СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА Российский патент 1994 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к технике восстановления поверхностей трения коленчатых валов, изношенных в пределах и сверх пределов ремонтных размеров, а также при изготовлении новых коленчатых валов.

Известен способ восстановления шеек коленчатых валов, изношенных сверх пределов ремонтных размеров, при котором осуществляют механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности с одновременной обработкой дополнительных галтелей, являющихся продолжением обработанной цилиндрической поверхности, способ включает закрепление на обработанных шейках полукольцевые накладки с последующим шлифованием в номинальный размер [1] .

Известный способ восстановления коленчатых валов, изношенных сверх пределов ремонтных размеров, предусматривает выполнение в процессе механической обработки на шейках дополнительных галтелей под подставку и приварку компенсирующего износ металла. Основными недостатками способа является то, что не устраняются волновые колебания наружной поверхности металла из-за упругой деформации и микроперемещений под действием возмущающих и инерционных сил, что приводит к образованию фреттинг-коррозии по цилиндрической части шейки, повышающей вероятность отказа коленчатых валов по критерию заедания и снижающей сопротивления усталости. В связи с возникновением волновых колебаний возрастает напряжение в сварных швах, которыми металл приваривается к шейкам. Возникают ударные циклические нагрузки, вызывающие фреттинг-коррозию, ведущую к росту концентрации напряжений в этих галтелях и снижению усталостной долговечности коленчатого вала.

Техническим результатом изобретения является повышение долговечности коленчатых валов.

Указанная цель достигается тем, что способ восстановления изношенных коленчатых валов, при котором осуществляют механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливают поверхности с одновременной обработкой галтелей постоянного радиуса, являющихся продолжением обработанной цилиндрической поверхности, включает выполнение галтелей с поднутрением постоянного радиуса оптимальной формы и закрепление на обработанных шайках полукольцевых накладок с демпфирующим покрытием с натягом и последующим шлифованием в номинальный размер с одновременной обработкой галтелей постоянного радиуса, стыки которых размещают на расстоянии х = (0,20-0,25) dн от маслопроводящих отверстий, а торцы и внутреннюю поверхность накладок выполняют с профилем, соответствующим профилю прилегающей галтели постоянного радиуса и галтели с поднутрением, причем параметры каждой накладки находятся с параметрами номинального размера соответствующих шеек коленчатого вала с следующих соотношениях
r_в - (3,0-4,0) d_н r_n = (0,02-0,03) d_н
l₁ = (0,30-0,35) l Δ _н = 0,010-0,020 мм
в = (0,05-0,06) d_н h_н = (0,06-0,08) d_н
L_в = l + 2r_n L_н = l + 2r_n + 2 Δ _н, где d_н - номинальный диаметр соответствующей шейки вала, мм;
r_в - радиус галтели после механической обработки шейки, мм;
r_n - радиус галтели с поднутрением после механической обработки шейки, мм;
l₁ - длина переходного участка шейки с галтелью постоянного радиуса после механической обработки, мм;
l - расстояние между краями соответствующей шейки, мм;
Δ _н - допуск на натяг полукольцевых накладок при установке на соответствующей шейке после механической обработки и внесения демпфирующего клеевого покрытия, мм;
h_н - толщина полукольцевых накладок до механической обработки шлифованием шеек в номинальный размер, мм;
L_в - расстояние между галтелями с поднутрением, мм;
L_н - ширина полукольцевых накладок, мм;
в - глубина механической обработки в цилиндрической части шейки.

Благодаря выполнению галтели с поднутрением увеличивается длина переходного участка и повышается несущая способность на величину до 10 % , а установка полукольцевых накладок на демпфирующее клеевое покрытие с натягом обеспечивает плотное прилегание полуколец соединения с равномерным распределением напряжений по поверхности шейки и вала и снижает концентрацию напряжений, а также устраняет волновые колебания поверхности полуколец и фреттинг-коррозию, ведущие к росту концентраций напряжений и снижению усталостной долговечности коленчатых валов.

Однако в случае клеевого соединения накладок с шейками, после отверждения клея, в соединении производят механическую разделку стыков полукольцевых накладок с внесением износостойкого клеевого состава с последующим его отвердением. При этом, благодаря выполнению стыков накладок в местах наиболее удаленных от зон концентрации напряжений от изгибающих и крутящих моментов возмущения) повышается долговечность коленчатых валов.

Оптимизация указанных в формуле соотношений между параметрами накладок и параметрами соответствующих шеек вала позволяет на основании результатов экспериментов, сведенных в табл. 1, 2, повысить долговечность коленчатых валов. Многочисленные лабораторные испытания валов показали, что эффективным средством повышения долговечности и несущей способности коленчатых валов является выполнение галтели с поднутрением постоянного радиуса определенный формы r_n = (0,02-0,03) d_н, так как за счет поднутрения увеличивается длина переходного участка, и галтели постоянного радиуса r_в = (3,0-4,0) dн с переходным участком l₁ = (0,3-0,35) l обработанной цилиндрической поверхности шейки вала с нанесенной на них демпфирующего клеевого покрытия и установкой полукольцевых накладок длиной L_н = l + 2r_n + + 2 Δ _н с натягом, величина допуска которых на натяг составляет Δ _н = = 0,010-0,020 мм, что обеспечивает полное прилегание полуколец на шейку вала с равномерным распределением напряжений по поверхности их соединения и дает возможность практически избавиться от волновых колебаний и концентрации напряжений, возникающих в переходных участках шейки вала. Результаты испытаний сведены в табл. 1, 2. Следует добавить, что исключаются эффекты в виде фреттинг-коррозии в опасных сечениях за счет исключения упругих микроперемещений полуколец относительно шеек. Это уменьшает концентрацию напряжений в галтельных переходах и повышает усталостную долговечность коленчатого вала. При этом, как показали испытания, допуск на натяг полукольцевых накладок составляет 10-20 мкм, при которых гарантировано плотное прилегание накладок к поверхности цилиндрической части шейки вала и нараскрытие стыков торца накладок и галтелей с поднутрением при переменных изгибающих и крутящих нагрузках, что избавляет возникновение упругих микроперемещений в соединениях между торцами накладок и прилегающими галтелями с поднутрением при одновременном исключении трения этих торцов с поверхностью прилагающих галтелей.

На фиг. 1 показано технологическое заглубление на длине шейки вала с галтелями радиуса r_в и с поднутрением радиуса r_n; на фиг. 2 - положение галтелей после восстановления шеек до номинального размера.

Способ осуществляется следующим образом.

Шлифование шеек 1 вала для создания технологического заглубления под установку накладок. Заглубление производят на глубину в цилиндрической части длиной l - 2l₁ шейки в = (0,05-0,06) d_н, считая от номинального размера диаметра шейки вала, с образованием галтели с радиусом r_в = (3,0-4,0) d_н на длине l₁ = (0,3-0,35) l и переходом их на галтели с поднутрением в щеках 2 радиусом r_n = (0,02-0,03) d_н. Если вал подвергался до восстановления перешлифовкам на ремонтные размеры, то технологическое заглубление производят с учетом полученных размеров перешлифовкой шеек.

Полукольцевые накладки 3 выполняют из листового материала толщиной h_н = = (0,06-0,08) d_н, их изготавливают штамповкой с последующей сверловкой маслоподводящих отверстий, расточкой по внутренней поверхности радиуса r_в = (3,0-4,0) d_н на длине l₁ = (0,3-0,35) l от торцов накладок и с закруглением радиусом r_n = (0,20-0,03) d_н торцов с обеспечением необходимой ширины полуколец L_н = l + 2r_n + Δ _н и закалкой с целью обеспечения оптимальной твердости по наружной поверхности. Далее, полукольцам 3 придают выпуклую форму штамповкой, затем по внутренней поверхности и шейки вала подвергаются очистке и обезжириванию. На подготовленные поверхности наносят демпфирующее клеевое покрытие 4 и производят сборку соединений с использованием специального пресса. После этого при необходимости производят приварку накладок продольными швами 5 к шейкам и между собой на расстоянии х = (0,20-0,25) d_н от маслопроводящих отверстий. После отвердения клея производят окончательную механическую обработку шлифованием шеек в номинальный размер с одновременной обработкой исходной галтели с радиусом R.

Пример выполнения. Производим восстановление шатунных и коренных шеек коленчатого вала двигателя автобуса "Икарус", номинальные диаметры шеек вала d_нш = 83_-0,012^-0,034 мм d_нк = 96_-0,012^-0,034 мм, радиус исходной галтели R = 5^-0,2 мм, длина между щеками l_щ = 42,16мм^+0,039 и l_к = = 46 мм.

Шлифование шеек вала для создания технологического заглубления под установку накладок произведено на глубину в_ш = 4,5 мм, в_к = 5 мм в цилиндрической части длиной в_ш - 2 l_1ш = 14,16 мм и l_к , 2l_1к = 18 мм шейки, считая от номинального размера диаметра шейки вала с образованием галтели с радиусом r_вк = r_вш = 300 мм на длине l_1ш = = l_1к = 14 мм и переходом их на галтели с поднутрением в щеках радиусом r_nш = 2_nк = = 2,25 мм.

Полукольцевые накладки изготовлены штамповкой из листового материала толщиной h_нк = 6 мм, h_нш = 5 мм, шириной L_нк = = 50,53 мм и L_нш - 46,69 мм. Далее произведено сверление маслопроводящих отверстий расточкой внутренней поверхности радиусом r_в = 300 мм на длине l₁ = 14 мм от торцов накладок и закругление радиусом r_nк = r_nш = 2,25 мм торцов накладок, прилегающих к галтелям с поднутрением, и придают выпуклую форму штамповкой для установки полуколец на шейку вала, затем по внутренней поверхности и шейки вала подвержены очистке и обезжириванию. На подготовленные поверхности нанесено демпфирующее клеевое покрытие и проведена сборка соединений специальным обжимным прессом. После этого производят приварку накладок продольными швами к шейке и между собой на расстоянии х_ш = 18 мм и х_н = 21 мм, а затем окончательную механическую обработку шлифованием шеек в номинальный размер с одновременной обработкой исходной галтели радиусом R = = 5^-0,2 мм.

При отказе от использования сварки испытывались соединения, в которых после расчистки стыков от наплывов клея внесено в зону этих стыков антифрикционный износостойкий состав, например, на базе анаэробных материалов с наполнителем в виде медных, железных или алюминиевых порошков. После отверждения клея производят окончательную механическую обработку шлифованием шеек, в номинальный размер. Коленчатые валы, восстановленные предложенным способом, обладают в несколько раз больше усталостной долговечностью по сравнению с коленчатыми валами, восстановленными по прототипу. (56) Авторское свидетельство СССР N 1442325, кл. B 23 P 6/00, 1988.

Использование: восстановление поверхностей трения коленчатых валов, изношенных в пределах и сверх пределов ремонтных размеров. Сущность изобретения: способ включает механическую обработку по ширине шейки с образованием галтелей постоянного радиуса и переход их на галтели с поднутрением, и установку полукольцевых накладок с демпфирующим клеевым покрытием. При этом полукольцевые накладки с демпфирующим клеевым покрытием устанавливаются по ширине шейки с натягом, торцы которых выполнены с профилем, соответствующим профилю прилегающей галтели постоянным радиусом и переходом их на галтели с поднутрением, а стыки размещены в местах x = (0.20-0.25)d_н , удаленных от зон концентрации напряжений, причем основные параметры накладок находятся с параметрами номинального размера соответствующих шеек в следующих соотношениях r_п= (0.02-0.03)d_н , h_н= (0.06-0.08)d_н ; Δ_н= 0.01-0.02 мм , L_н= l+r_п+2Δ_н , где r_п - радиус галтели с поднутрением, h_н - толщина полукольцевых накладок до механической обработки, Δ_н - допуск на натяг полукольцевых накладок при установке на шейку, L_н - ширина полукольцевых накладок, l - расстояние между шеками шейки. 2 ил. , 2 табл.

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА изношенных в пределах и сверх пределов ремонтных размеров, при котором осуществляют механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности и закрепление на обработанных шейках компенсирующего износ металла с последующим его шлифованием в номинальный размер d_н, отличающийся тем, что технологические углубления выполняют на всей ширине l между щеками шейки с образованием галтелей постоянного радиуса r_в на расстоянии l₁ от щек и переходом их на галтели с поднутрением радиусом r_п в щеках коленчатого вала, закрепление компенсирующего износа металла осуществляют путем установки с натягом полукольцевых накладок или разрезного кольца на демпфирующем клеевом покрытии, торцы которых соответствуют профилю прилегающих галтелей с постоянным радиусом и с поднутрением, а стыки накладок размещают на расстоянии X от осей маслопроводящих отверстий, при этом параметры каждой кольцевой накладки и параметры механической обработки определяют по формуле
r_в = (3,0 - 4,0) d_н;
r_п = (0,02 - 0,03) d_н;
h_н = (0,06 - 0,08) d_н;
b = (0,05 - 0,06) d_н;
l₁ = (0,3 - 0,35) l;
Δ_н = 0,01 - 0,02 мм;
L_в = l + 2 r_п;
L_н = l + 2r_п + 2Δ_н,
где h_н - толщина полукольцевых накладок до шлифования;
b - глубина механической обработки в цилиндрической части шейки;
L_в - расстояние между галтелями с поднутрением;
L_н - ширина полукольцевых накладок
Δ_н - допуск на натяг полукольцевых накладок при установке на шейку;
X = (0,2 - 0,25) d_н.