ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
(ГБПОУ АО «АГКПТ»)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Разработка технологического процесса ремонта
детали "Коленчатый вал"
КП26.02.05.404-1БО.22
Выполнил Бадмаев О.В.
«____» _______2022 г.
Руководитель Хамидуллин А.Р.
«____» _______2022 г.
Проект защитил с оценкой
Астрахань 2022 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ДЕТАЛИ
2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ДЕТАЛИ
3. ДЕФЕКТАЦИЯ ДЕТАЛИ
4. ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА
5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшими факторами, определяющими эксплуатационную надежность и срок службы транспортных и технологических машин и оборудования являются эксплуатационные свойства поверхностного слоя материала и его прочность. При эксплуатации нередко изнашиваются рабочие поверхности деталей, что требует их полной замены и, как следствие, повышения себестоимости ремонта.
В ряде случаев изготовление деталей целиком вообще нерационально в связи с высокой стоимостью материалов и трудностью обработки. Поэтому для решения задач повышения физико-механических показателей рабочих поверхностей деталей и увеличения их срока службы в машиностроении и предприятиях сервиса применяют различные способы восстановления и поверхностного упрочнения.
Восстановление деталей стало одним из важнейших показателей хозяйственной деятельности крупных ремонтных и специализированных малых предприятий. В последние годы разработаны и применяются технологии, которые позволяют получить ресурс восстановленной детали на уровне серийной и даже выше. Поэтому для решения задач повышения физико-механических показателей рабочих поверхностей деталей и увеличения срока их службы на предприятиях лесопромышленного комплекса применяют различные способы восстановления.
Это является целесообразным и экономически выгодным. Себестоимость восстановления для большинства восстанавливаемых деталей не превышает 75% стоимости новых, а расход материалов в 15 - 20 раз ниже, чем на их изготовление.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ДЕТАЛИ
Коленчатый вал (рис 1.1) служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное и передачи крутящего момента потребителю мощности.
К конструкции коленчатого вала предъявляют следующие основные требования: возможно большая жесткость и прочность при наименьшей массе; высокая износостойкость шеек; динамическая уравновешенность (все массы должны быть расположены так, чтобы не было неуравновешенных пар).
Материал коленчатых валов: углеродистая сталь 35, 40, 45, 50, 35Г, 45Г (для МОД и СОД средней мощности), легированная сталь 40ХН, 40ХНВА и др. (для ВОД и мощных СОД). Легированная сталь не увеличивает жесткости вала, но повышает его усталостную прочность и износостойкость.
Валы дизелей малой и средней мощности иногда изготавливают из высокопрочного модифицированного чугуна со сферическим графитом ВЧ45-5, ВЧ50-2 и др.
Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен - шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.
В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:
* полноопорным - когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
* неполноопорным - когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.
В большинстве современных судовых двигателей применяются полноопорные коленвалы.
Итак, основными элементами коленвала являются:
* Коренная шейка - основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
* Шатунная шейка - деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
* Щеки - детали, соединяющие два типа шеек - коренные и шатунные.
* Противовесы - детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
* Фронтальная (передняя) часть или носок - часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
* Тыльная (задняя) часть или хвостовик - часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.
Рис 1.1 Коленчатый вал
2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ДЕТАЛИ
Коленчатый вал передает крутящий момент потребителю энергии и воспринимает нагрузки, создаваемые силами давления газов и инерции поступательно движущихся и вращающихся масс.
Эти силы определяют наличие в валах циклически действующих сжимающих и растягивающих нагрузок и переменных скручивающих и изгибающих моментов. Составляющие силы Рш (рис.2.1), производной от суммы сил давления газов и инерции, тангенциальная Рт и радиальная Рр и их реакции на рамовых подшипниках изгибают шатунную, шейку (опасное сечение I --I), щеки кривошипа (опасное сечение II --И) и рамовые шейки (опасное сечение III -- III).
Рис 2.1 Силы и моменты, действующие в пределах одного колена вала
Одновременно с деформацией возникают соответствующие им напряжения. Крутящий момент, передаваемый от соседних цилиндров Мв скручивает левую рамовую и мотылевую шейки рассматриваемого цилиндра. Правая рамовая шейка скручивается суммарным моментом Мв", представляющим собой сумму подходящего момента Мв и момента, создаваемого касательной силой рассматриваемого цилиндра.
Изгибающие напряжения в валу возникают также при нарушении оси вала вследствие его неправильной укладки на рамовых подшипниках или просадке подшипников при их большом износе.
Схематическое изображение возникающих в шейках вала нагрузок от рассматриваемых сил и моментов приведено на рис. 2.2. Помимо рассмотренных сил на коленчатый вал действуют неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и их моменты.
Особое место в нагружении вала и его поломках вызывают крутильные и осевые колебания вала, создаваемые переменным крутящим моментом.
Рис. 2.2. Схемы действия сил и моментов
Наиболее опасную величину напряжения кручения приобретают при резонансе вынужденных и собственных колебаний вала (работа двигателя в зоне критических оборотов).
Опасными местами, где чаще всего действуют концентраторы напряжения, являются галтели перехода шеек к щекам (см. рис. 2.3), испытывающие попеременные напряжения сжатия и расширения. Концентраторами напряжений могут быть также глубокие царапины и надрезы на шейках вала, а также дефекты материала, наличие в нем посторонних включений, нарушения технологии ковки и термической обработки.
Рис. 2.3. Схема нагружения галтелей коленчатого вала
3. ДЕФЕКТАЦИЯ ДЕТАЛИ
Технологический процесс, который носит название дефектация, служит для оценки технического состояния деталей с последующей их сортировкой на группы годности. В ходе этого процесса производится проверка соответствия деталей техническим требованиям, изложенным в технических условиях на ремонт или в руководствах по ремонту, при этом применяется сплошной контроль, т. е. контроль каждой детали.
Дефектация деталей - это также инструментальный и многостадийный контроль. Для последовательного изъятия невосстанавливаемых деталей из общей массы применяют следующие надлежащие стадии выявления деталей:
· с явными неустранимыми дефектами - визуальный контроль;
· со скрытыми неустранимыми дефектами - неразрушающий контроль;
· с неустранимыми геометрическими параметрами - измерительный контроль.
В процессе дефектации деталей используются следующие методы контроля:
· органолептический осмотр (внешнее состояние детали, наличие деформаций, трещин, задиров, сколов и т.д.);
· инструментальный осмотр при помощи приспособлений и приборов (выявление скрытых дефектов деталей при помощи средств неразрушающего контроля);
· бесшкальных мер (калибры и уровни);
· микрометрических инструментов (линейки, штанген-инструменты, микрометры и т.д.) для оценки размеров, формы и расположения поверхностей деталей.
Только те элементы детали, которые в процессе эксплуатации повреждаются или изнашиваются, подвергаются контролю в процессе дефектации.
Вследствие контроля детали необходимо подразделить на три группы:
1. годные, - характер и износ, которых находятся в пределах, допускаемых техническими условиями (детали этой группы используются без ремонта);
2. подлежащие восстановлению, - дефекты этих деталей могут быть устранены освоенными на ремонтном предприятии способами ремонта;
3. негодные.
Такое распределение деталей по группам годности отнюдь не является устойчивым. Учет их распределения по группам дает возможность прогнозировать благоприятные и неблагоприятные ситуации распределения деталей по группам и объективно оценить качество труда разборщиков и дефектовщиков (специалистов в области дефектовки деталей).
Разрабатывается стратегия дефектации на основе изучения вероятности возникновения дефектов на деталях, учета их взаимосвязи, дающая возможность повысить эффективность и производственную отдачу этого участка:
· годные без ремонта детали направляют в комплектовочное отделение, а годные габаритные детали отправляют прямо на сборку;
· негодные детали накапливают в контейнерах для черных и цветных металлов, которые затем направляют на склад утиля;
· базовые детали больших размеров (блок цилиндров, картер и т.д.), требующие ремонта, направляют прямо на посты восстановления;
· детали, подлежащие восстановлению, накапливаются на складе деталей, ожидающих ремонта, откуда они партиями направляются в производство цеха восстановления и изготовления деталей.
В мастерских хозяйств работа по дефектации проводится на рабочих местах по ремонту сборочных единиц. На специализированных ремонтных предприятиях организуют специальные участки.
При дефектации соединений и деталей определяют изменения размеров и формы рабочих поверхностей, нарушение взаимного расположения деталей, изменение физико-механических свойств (потеря упругости, магнитных свойств и т. д.), коррозионные и усталостные разрушения и другие дефекты.
В процессе дефектации все детали разделяют на пять групп и маркируют краской определенного цвета:
* годные -- зеленой
* годные в соединении с новыми деталями или отремонтированными до номинальных размеров -- желтой
* подлежащие ремонту на данном предприятии -- белой
* подлежащие ремонту на специализированных предприятиях -- синей
* негодные, подлежащие утилизации -- красной
4. ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА
Для определения технологий ремонта коленчатого вала перечислим основные виды дефектов:
- Изгиб вала;
- Износ наружной поверхности фланца;
- Биение торцевой поверхности фланца;
- Износ маслосгонных канавок;
- Износ отверстия под подшипник;
- Износ отверстий под болты крепления маховика;
- Износ коренных или шатунных шеек;
- Износ шейки под шестерню и ступицу шкива;
- Износ шпоночной канавки по ширине;
- Увеличение длины передней коренной шейки;
- Увеличение длины шатунных шеек.
Мною на ремонт было выбрано два дефекта: 1.Изгиб вала, 2.Износ коренных или шатунных шеек.
Изгиб вала. Существует несколько способов правки коленвалов. Один из них - холодная правка коленвала. Для правки вал устанавливается на призмы крайними коренными шейками, средняя шейка устанавливается под штоком гидравлического пресса таким образом, чтобы прогиб вала находился в верхней части. Вал прогибается на величину, превышающую изгиб вала в 10 раз.
К недостаткам вышеизложенных способов следует отнести то, что коленвал правится весь, а не в месте изгиба. Другой недостаток - большой прогиб коленвала 10 раз при правке, что ведет к образованию больших остаточных напряжений и микротрещин в местах перехода от одного сечения к другому.
Второй способ - правка коленвала с подогревом. Для устранения изгиба деталь выгибают под прессом в другую сторону на размер в несколько раз больший, чем прогиб, и выдерживают в этом состоянии 1,5-2 мин. Сразу после холодной правки нагревают деталь до температуры 400 - 450oC и выдерживают при этой температуре 0,5 - 1,5 часа. Стабилизирующий нагрев почти полностью снимает остаточные напряжения.