Восстановление крестовины карданного вала

Введение

В настоящее время (начиная с 1988 г.) карданные валы ваз 2106, ваз 2107  и другой классики комплектуют  шарнирами повышенной долговечности. На них установлены крестовины с  шипами увеличенного диаметра, штампованные корпусы игольчатых подшипников, уплотнения радиально-торцевого типа без металлической  обоймы и вилки увеличенной толщины. Современные и ранее выпускавшиеся  крестовины взаимозаменяемы, но устанавливать  «новые» крестовины в вилки «старых» карданных валов не рекомендуется, так как при этом уменьшается  общая жесткость шарниров.

Крестовина (Рис.1)карданного вала в сборе состоит из:

1.Крестовины  2.Уплотнительный  сальник  3 Подшипник игольчатый  4 Шайба торцевая.

A,B,C - уплотнительные  сальниковые поверхности

Тело крестовины из однородного материала, наружная поверхность пальцев одновременно является внутренним диаметром игольчатого  подшипника. Внутри игольчатый подшипник  смазан пластичной смазкой, отверстие  под масленку отсутствует. Пластиковая шайба выполняет роль прокладки-отбойника, предотвращая соприкосновение внутренней поверхности наружной обоймы подшипника и тела крестовины.

Рис. 1 Крестовина карданного вала

 

1. Назначение, конструктивно-технологическая и  эксплуатационная характеристика  детали

Крестовина карданного вала предназначена для передачи крутящего момента от одного вала другому. При этом, оси валов могут  находится относительно друг друга  под некоторым углом. Крестовина карданного вала - это та часть, которую  можно найти в любом автомобиле. Трудно переоценить её значение, ведь эта деталь гасит динамическое сопротивление  кардана и может передавать крутящее усилие на колеса. Кроме того, крестовина обеспечивает постоянное подвижное  соединение, которое важно для  сохранения баланса автомобиля даже на самой неровной и опасной дороге.

 

 

Шарнир карданного вала, - это две вилки соединенные  крестовиной,  причем одна вилка, жестко закреплена с трубой вала. Шарнир работает на игольчатых подшипниках, загруженных  в шипы крестовины.

В отверстия вилок  устанавливаются игольчатые подшипники, которые фиксируются от смещения стопорами.  За счет толщины стопорных  колец, в крестовине выдерживается  осевой допустимый зазор не более 0,04 мм.

2.Материал  детали

Крестовины изготавливаются из стали 18ХГТ, 30Х, 18ХГН3А, 20ХГНТР

Примем к расчету  Сталь 18 ХГТ  ГОСТ 4543-71

Общие сведения

Заменитель

Стали: 30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А, 12ХН2Н4А, 20ХН2Н, 14ХГСН2МА, 20ХГР.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный  пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки  и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Назначение

Улучшаемые или  цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется  повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная  твердость, работающая под действием  ударных нагрузок.

 

 

Таблица 1

Химический состав  ГОСТ 4543-71 

Таблица 2

Механические свойства стали 18ХГТ при Т=20⁰ С ГОСТ 4543-71

Технологические свойства ГОСТ 4543-71

Температура ковки

Начала 1200, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-350 мм - в яме.

Свариваемость

Сваривается без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС.

Обрабатываемость  резанием

После нормализации при НВ 156-159 sB = 530 МПа Ku тв.спл. = 1.1, Ku б.ст. = 1.0.

Склонность к  отпускной способности

малосклонна

Флокеночувствительность

не чувствительна

 

3. Дефектация  детали

При осмотре крестовины обратите внимание на состояние; корпуса  игольчатого подшипника, элементов  подшипника, а также сальниковое  уплотнение, и если разрушены эти  элементы, крестовину необходимо поменять.

В зависимости от характера износа крестовины распределяются по следующим дефектам: крестовины, имеющие только размерный износ, - 30%; крестовины, имеющие размерный  износ в сочетании со смятием  шипов,- 52%; крестовины, имеющие размерный  износ в сочетании со смятием  и объемной деформацией (овальность, конусность), - 6%; крестовины, не подлежащие восстановлению,- 12%.

 Размерный износ  составляет 0,05-0,15 мм, глубина вмятин - 0,1-0,6 мм. Поскольку крестовины установлены  в вилках шарниров карданного  вала на игольчатых подшипниках,  то вмятины на поверхности  образуются от игольчатых роликов.

 К крестовинам  карданного вала, сдаваемым в  ремонт, предъявляются следующие  технические требования. Крестовины  не принимаются в ремонт при  наличии одного из следующих  дефектов: трещин; выкрашивания; овальности  и конусности свыше 1 мм; при  износе шипов более 1,3 мм на  диаметр. Для наплавки крестовин  исследованы следующие твердые  сплавы на основе железа: ПГ-С1, ПГ-УС25 с добавлением 6-8% Аl.

Основными задачами дефектации и сортировки деталей  являются:1. Контроль деталей для  определения их технического состояния 2. Сортировка деталей на три группы (годные к дальнейшей эксплуатации, подлежат восстановлению, негодные) 3. Накопление информации о результатах  дефектации и сортировки с целью  использования ее при совершенствования  технических процессов.

Результаты дефектации и сортировки фиксируют путем  маркировки деталей краской: годные - зеленой, негодные - краской, требующие  восстановления - желтой. Составим дефектовочную  карту на контроль и сортировку детали (см. Приложение 1)

 

 

4. Выбор  способа восстановления детали

В качестве плазмообразующего  газа можно использовать аргон, защитного  газа — аргон, азот, углекислый газ. Для транспортирования порошка  и защиты сварочной ванны с  точки зрения технико-экономических  соображений наиболее целесообразно  применять технический азот. При  использовании для защиты сварочной  ванны углекислого газа качество наплавки ниже, чем при использовании  азота: формирование валиков более  грубое, деталь перегревается, и после  наплавки каждого шипа необходимо охлаждение.

Плазменную наплавку крестовин выполняли на токарном станке плазмотроном конструкции ВСХИЗО , расположенным под углом 10° относительно вертикальной оси и смещенным  с зенита на 4 мм по ходу наплавки. Наплавку шипов крестовины диаметром 15 мм выполняли  по винтовой линии при следующих  параметрах:

Сила тока - 110 А

Напряжение - 40 В

Скорость наплавки - 1,6 см/c

 

Расход газа, (л/мин) :

плазмообразующего (аргона) - 1,7

защитного (азота) - 10

Расход порошка 36 (г/мин)

Плазменная наплавка крестовин на указанных режимах  обеспечила толщину слоя 1,7 мм при  глубине проплавления 0,45 мм. Твердость  поверхности, наплавленной сплавом  ПГ-УС25+8%А1 HRC 55. На Рис.2 представлен результат технологической операции наплавки.

Рис.2 Крестовина после  наплавки

5. Маршрутная  технология восстановления

Разработаем план операции по устранению комплекса дефектов, объединенных общим маршрутом. При  этом технологический маршрут составляется не путем сложения технологических  процессов устранения каждого дефекта  в отдельности, а с учетом следующих  требований:

  1. Одноименные операции по всем дефектам маршрута должны быть устранены;

  2. Каждая последующая операция должна обеспечить сохранность качества рабочих поверхностей детали, достигнутого при предыдущих операциях;

 Под технологическим  процессом понимают часть производственного  процесса, в течение которого происходит последовательная смена состояния  ремонтируемого объекта.

 

 

 

Рис. 3 Схема технологического процесса

Разработанный и  окончательно принятый маршрут технологического процесса сведем в маршрутную карту, см. Приложение 2.

 

6. Операционная  технология восстановления

Опишем подробно технологию восстановления посадочного  места под подшипник.

Таблица 3

Технология восстановления крестовин(основные операции)

	Восстановление  плазменной наплавкой
№ операции	Содержание операции	Время, мин
1 2 3	Наплавка Резание Шлифование	5 1 1 Итого - 7

 

Разработанный и  окончательно принятый маршрут технологического процесса сведем в операционную карту, см. Приложение 3.

6.1 Расчет  режимов резания

Учитывая высокую  точность и малую шероховатость (Ra 2,5мкм) поверхности детали, обтачивание следует выполнять за два перехода. На чистовое шлифование оставлен припуск 0,5 мм на диаметр.

Режимы резания  назначаем исходя из материала детали, твёрдости материала.

Для точного точения  при непрерывном резании поверхности  из Стали 18ХГТ ГОСТ 1050-88  по Прилож. 1 [1] рекомендуется для режущей  части резца применять металлокерамические  твердые сплавы. Используем предпочтительную марку Т15К6. 

Для  наружного  продольного точения открытой  цилиндрической      поверхности по Прилож. 2 [1]  выбираем проходной отогнутый с металлокерамическим сплавом резец ГОСТ 18868-73 (рис. 4) :  В × Н = 16 × 10  мм. 

      - форма заточки передней поверхности  режущей части резца - 3_Т, т.е.  плоская с отрицательным передним углом;

      -  углы  в  плане:   φ  = 45°, φ' = 45° ;

      -  углы  в  сечении:  α = 6°,  γ= 15° ,  λ = 0° .

 

Чертеж  резца  показан на  рис. 4.

Рис. 4 Выбранный  резец

Глубина резания  (t)принимается равной припуску на обработку. Подачи при точении выбирают в зависимости  от требуемых параметров шероховатости, радиуса при вершине угла и глубины резания (t). Глубину резания (t)  для чистовой операции  точения принимаем с учетом единственности прохода резца,  тогда глубина резания (t)  равна:

 

t = 1,6 мм.

Продольную подачу  (S_прод) для наружного чистового точения стальной при  глубине резания t = 1.5 мм  принимаем по  Прилож. 4 [1].

S_прод = 0,15…0,4 мм / об.

 

Скорость резания (расчётная):

 

, м/мин    (1)

где   – табличная скорость резания ;

 

К1 – коэффициент, зависящий  от обрабатываемого материала ; К2 – коэффициент, зависящий от стойкости марки твёрдого сплава ; К3– коэффициент, зависящий от вида обработки             

 

 

 

 

Расчётная частота  вращения шпинделя:

(2)

где  d – диаметр обработки, м.

 

Полученное значение частоты вращения корректируется (принимается меньшее  по паспорту станка и принимается  окончательно):

Для токарного станка 1К62

n_д=40 об/мин.

 

Действительную (фактическую) скорость  резания (V_д) определяем   по  формуле:

= dn, м/мин  (3)

= 3,14 • 0,016•40 = 1,884 (м/мин).

 

Тангенциальную  составляющую силы резания (Р_z) определяем по формуле:

P_z = C_p•t^xp• S ^yp•V^np•K_p,Н(4)

где  C_p,  x_p, y_pиn_p принимаем по  Прилож. 4 [1]:

C_p= 300;   x_p = 1,0 ;  y_p= 0,75 ; n_p = 0.

Значения  поправочных  коэффициентов  для  определения  коэффициента K_p определяем  по Приложениям П5 [1]   и П6 [1]:

 

K_Mp= (217/ 750)^0,75 =  0,39;  К_φp = 1,08;  K_γp = 1,25; К_λp = 1,0,

K_p = 0,39•0,75• 1,0 • 1,0 = 0,3.

Тогда:  P_z  = 300•1.6^1,0•0.25^0,75•29,6⁰•0,3 =  48 Н = 4,8 кгс.

 

Мощность, затрачиваемую  на резание (N_P) определяем по формуле :

 

N_p = 1,63• 10^-5•P_z•V_д  =  1,63 • 10^-5•48 •1,884 = 0,1  кВт.

 

 

 

 

 

 

 

Загрузку  станка  по  мощности  определяем  по  формуле :

 

η_N= (N_p / N_ст)•100 = (0,1/ 10,0)•100 = 1,0  (%);