Совершенствование технологии восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок карданных передач осадкой с продольным профилированием шлицев тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат технических наук Магомедов, Рамазан Ярахмедович

• Магомедов, Рамазан Ярахмедович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Магомедов, Рамазан Ярахмедович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Условия работы и причины потери работоспособности шлицевых деталей.ц

1.2 Анализ существующих способов восстановления и упрочнения шлицевых и зубчатых поверхностей.

1.3 Обоснование структуры и программы исследований.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНА ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК.

2.1 Исследования возможности изменения конструктивных размеров деталей шлицевого соединения.

2.1.1 Расчёт нагруженного состояния шлицевых деталей от воздействия крутящего момента.

2.1.2 Расчёт нагруженного состояния шлицевых деталей карданного вала от воздействия изгибающего момента.

2.1.3 Расчёт допустимой толщины стенкишлицевойвтулки.

2.2 Теоретическое обоснование схемы формообразования при восстановлении шлицев втулки накаткой.

2.2.1 Анализ кинематики перемещений металла в процессе осадки шлицевой втулки.

2.2.2 Расчёт конструктивных параметров накатной установки для восстановления шлицевых втулок накаткой.

2.2.3 Расчёт перемещаемого объёма металла.

2.2.4 Расчёт энергосиловых параметров радиальной осадки и продольного перемещения металла при накатке шлицевых втулок.

2.3 Выводы.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Методика исследования процесса осад ки при восстановлении шлицевых втулок.

3.2 Методика микрометражных исследований шлицевых втулок.

3.3 Методика прочностных исследований.

3.3.1 Методика испытаний на твёрдость и микротвёрдость.

3.3.2 Методика исследований статической прочности.

3.4 Методика проведения физических испытаний.

3.4.1 Методика исследования остаточных напряжений.

3.4.2 Методика исследований плотности дислокаций.

3.5 Методика макро- и микроструктурных исследований.

3.6 Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Моделирование режимов осадки при восстановлении шлицевой втулки накаткой.

4.2 Конструкция оснастки для восстановления шлицевых втулок карданных передач.

4.3 Результаты исследования геометрических показателей изношенных и восстановленных шлицевых втулок.

4.4 Механические показатели восстановленных накаткой шлицев.

4.4.1 Микротвёрдость профиля шлицев.

4.4.2 Статическая прочность восстановленных шлицевых втулок.

4.5 Физические показатели восстановленных накаткой шлицев.

4.5.1 Остаточные напряжения.

4.5.2 Плотность дислокаций.

4.6 Макро- и микроструктурные исследования.

4.7 Технологический процесс восстановления шлицевых втулок осадкой с продольным профилированием шлицев.

4.8 Выводы.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок карданных передач осадкой с продольным профилированием шлицев»

Одной из причин нестабильного состояния современного сельскохозяйственного производства России является плохое финансово -материальное положение, складывающееся из многих составляющих.

Основной из них является слабая, недостаточная инвестиционная политика государства. Собственные средства большинства сельскохозяйственных предприятий, полученные от хозяйственной деятельности, зачастую недостаточны даже для обеспечения затрат на повседневную деятельность, не говоря уже о целеустремленной политике повышения энерговооруженности. Новая техника приобретается только в случае конъюнктурной необходимости, в своем большинстве используются старые, неоднократно использовавшие свой ресурс машины.

В связи с этим сложилась ситуация, когда порядка 85% машинно-тракторного парка находится за пределами срока амортизации. Это обстоятельство негативно отражается на сроках и качестве производства работ, ведет к значительным потерям энергоресурсов и произведенной продукции, повышает ее себестоимость. В итоге резко снижается конкурентоспособность не только по отношению к развитым государствам, но и к некоторым странам СНГ, в частности Белоруссии и Балтии.

Решением проблемы обеспечения работоспособности сельскохозяйственной техники является повышение качества ремонтно-обслуживающих мероприятий на основе новых технологий и технических решений, повышающих ресурс отремонтированных машин и восстановленных деталей до номинальных показателей с экономией материальных средств.

Надежность трансмиссий мобильных технических средств во многом определяет технический уровень элементно-агрегатной базы, в частности: работоспособности - до 70 - 80%, материалоёмкости - до 40%, условия труда - до 70%. При этом многими исследованиями [1-7], установлено, что 5 одним из ресурсоопределяющих агрегатов механических трансмиссий являются карданные передачи.

Исследованиями Авдонькина Ф. Н., Денисова A.C., Сафонова В.А. и других ученых, [2,4,5,7] Саратовский государственный технический университет, установлены зависимости изменения динамических нагрузок на агрегаты трансмиссии от окружного люфта в карданной передаче, таблица 1.

Таблица 1. - Влияние окружного люфта в карданной передаче на загруженность агрегата трансмиссии на различных режимах движения

Динамическая нагрузка, Им

Окружной люфт, При трогании на При трогании на При медленном град 2-й передаче 3-й передаче режиме движения

0,5 137,5 51,7 39,3

3,17 200,0 78,0 60,0

Работоспособность изношенных шлицевых деталей карданных передач снижается на всех режимах движения, увеличивающиеся при этом динамические нагрузки воздействуют на агрегаты трансмиссии, вызывая тем самым повышенные износы и отказы.

В связи с этим и с учетом того, что у деталей шлицевого соединения карданных передач имеется возможность использования остаточного ресурса, возникает целесообразность их восстановления.

Большой вклад в развитие науки восстановления изношенных деталей внесли такие ученые, как Воловик Е. П., Ерохин М.Н., Загородских Б. П., Кряжков В. М., Лялякин В.П., Рассказов М.Я., Ульман И.Е., Шадричев В.А., Цыпцын В.И.и др. [8-18]. Их работы позволили создать и внедрить в производство современные, ресурсосберегающие технологии восстановления, основанные, в своем большинстве, на использовании дополнительных ремонтных материалов.

В последующем большое распространение получило научное направление, основанное на восстановлении изношенных поверхностей путем перемещения методом пластической деформации запасов металла с нерабочих зон. Этому направлению посвящены работы профессоров СГАУ им. Н.И. Вавилова Вадивасова Д.Г., Пашина Ю.Д., Рудик Ф.Я., Богатырева С.А., Элькина С.Ю., Годунова Н.Б., Гутуева М.Ш. и других ученых [19-29].

Технологии восстановления изношенных деталей пластической деформацией могут быть использованы для деталей разнообразных форм, размеров, величин износов. На основании проведенных исследований установлено, что в большинстве случаев у изношенных деталей вполне достаточен запас металла в нерабочих, неизношенных поверхностях. Исходя из приведенных расчетов также установлено, что абсолютная величина перемещаемого металла столь незначительна, что его вполне достаточно для устранения износов. Причем технологии восстановления пластической деформацией обладают существенным преимуществом - возможностью конструктивного управления прочностными показателями. Это позволяет обеспечить ресурс восстановленной детали соответствующим номинальному, установленному для новой.

В связи с этим исследования, направленные на восстановление изношенных деталей со 100 % обеспечением ресурса, являются актуальными и практически значимыми.

Актуальность диссертационной работы также подтверждается тем, что она выполнялась по планам развития Саратовской области: научному направлению 1.2.9 «Комплексная региональная программа научнотехнического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона» на двадцать лет (№ Гос. Регистрации 840005200), приоритетному направлению научного развития ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» № 01201151795

- «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» по планам 7

Разработка ресурсосберегающих технологий ремонта и технического сервиса для предприятий АПК» и «Проведение научных исследований по повышению надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйств»

Цель работы: совершенствование технологии восстановления размеров неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок радиальной осадкой с продольным профилированием шлицев и с обеспечением нормативных прочностных показателей.

Объект исследования: шлицевые втулки карданных передач автомобилей ГАЗ и УАЗ.

Предмет исследования: закономерности формообразования шлицевых втулок при их восстановлении профилирующей накаткой.

Научная новизна заключается:

- в теоретическом анализе, обосновании и выборе рациональной схемы формообразования с условием использования при восстановлении геометрической формы и размеров неравномерно изношенных по длине шлицев собственных запасов металла методом радиальной осадки и продольного перемещения избыточного валика в зону повышенных износов;

- в разработке математической модели рациональных режимов восстановления шлицевых втулок осадкой с продольным профилированием поверхностей шлицев;

- в экспериментальном подтверждении стабильного восстановления размеров и упрочняющих процессов, протекающих на поверхности восстанавливаемых шлицев по разработанной схеме формообразования.

Практическая ценность работы состоит в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении технологии с комплектом оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок осадкой с обеспечением приращения размеров для финишной протяжной операции и нормативных прочностных показателей.

При этом установлены:

-закономерности перемещения запасов металла радиальной осадкой внешней поверхности втулки к неравномерно изношенным по длине восстанавливаемым шлицам с профилированием размеров и геометрической формы в радиальном и продольном направлениях и с обеспечением при этом нормативных прочностных показателей; математическая модель, адекватно описывающая выбор температуры преддеформационного нагрева, степени, скорости, усилия и времени деформации радиально-продольного перемещения металла при восстановлении шлицевой втулки;

- конструктивные параметры оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицев втулок с обеспечением прочностных показателей, соответствующих нормативным.

Лично автором получено:

1. Разработана новая схема формообразования, учитывающая неравномерность износа шлицев по длине шлицевой втулки;

2. Исследована кинематика одновременного радиально-продольного перемещения металла при осадке внешней поверхности втулки путем изучения радиальной, высотной и угловой деформаций сдвига, определены зависимости объемных и силовых составляющих процесса осадки.

3. Усовершенствована конструкция накатной установки, экспериментально исследованы режимы и показатели качества восстановления шлицевых втулок осадкой (Патенты № 73814, №108332).

Реализация результатов работы.

Технологический процесс с комплектом оснастки для восстановления шлицевых втулок автомобилей семейства ГАЗ и УАЗ внедрены на действующей поточно-технологической линии ОАО «Саратовский подшипниковый завод».

Материалы научно-исследовательской работы используются при проведении занятий по дисциплинам «Надежность и ремонт машин», «Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования» в ФГБОУ ВПО СГАУ им. Н.И. Вавилова.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены:

-на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (2008-2012 г.г.);

-на Международной конференции Спб. ГТУ в 2008г.; -на Международной конференции, посвященной 100-летию профессора В.В. Красникова в 2008 г.;

-на Международной конференции, посвященной 100-летию профессора Д.Г. Вадивасова в 2009г;

-на Международных конференциях «Вавиловские чтения» (20082011 г.г.);

-на научно-технических советах (содокладчик Годунова Н.Б.) ОАО «Ульяновский автозавод» и ОАО «Автоваз» в 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ объемом 9,46 печатных листов, в том числе 5 статей - в изданиях, включенных в перечень ведущих журналов и изданий ВАК РФ. Лично автору принадлежит 2,76 печатных листов. Получено 2 патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 144 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Магомедов, Рамазан Ярахмедович

4.8 Выводы

На основании данных, представленных в четвертом разделе имеются следующие выводы:

1. Разработана модель процесса зависимости радиальной осадки шлицевой втулки накаткой с продольным профилированием шлицев по времени и скорости деформирования, при этом графической интерпретацией модели установлены интервалы рациональных режимов восстановления, усилия осадки накаткой при варьируемых показателях преддеформационнош нагрева и скорости деформации, составляющими:

Р = 550 - 600 кН, Т = 1150 - 950 °С и = 0,00074 - 0,00086 м/с;

2. Микрометражными исследованиями установлены зоны и величины максимальных износов шлицев по их длине, находящиеся в центре шлицевой втулки и объясняемые возникновением сил от моментов при изменении угла зацепления и уменьшении длины контактных поверхностей шлицевого соединения. После осадки приращение профиля шлица находится в интервале от 2,0 до 2,3 мм, что при величине износа 0,6.0,8 мм дает абсолютное приращение в 1,4. 1,5 мм, вполне достаточное для устранения износа и создания припусков на шлицепротяжную операцию;

3. Обоснована конструкция накатного ролика, позволяющая вести поэтапную осадку с созданием избыточного валика металла, перемещаемого профилирующим роликом с целью формирования профиля и размеров шлица вне зависимости от величины его износа по длине;

4. Установлено, что у восстановленных шлицевых поверхностей вследствие поверхностно - пластического деформирования возрастает на 30% показатель микротвердости, а показатели статической прочности при кручении на 40 % превышают допустимые, установленные заводом -изготовителем;

5. Остаточные напряжения и плотность дислокаций находятся в пределах установленной нормы, а некоторые их превышения также объясняют протекающий при восстановлении процесс упрочнения;

6. Иллюстрации макро - и микроструктурных исследований позволяют охарактеризовать исследуемый способ восстановления как с позиции достаточности перемещаемого металла для восстановления неравномерно изношенного по длине шлица, так и об образовании вытянутости зерен по направлению линий скольжения, отсутствия дефектов, складок и вытянутой в направлении деформации высокодисперсной структуры.

Технико-экономическая эффективность оценивалась в соответствии с источниками [139-144].

При этом в качестве исходных данных брались следующие показатели:

- материал шлицевой втулки - сталь 40Х;

- масса шлицевой втулки - 2380 грамм;

- себестоимость при изготовлении шлицевой втулки - 276 руб.;

- годовая программа восстановления - 10 тыс.шт. Себестоимость восстановления шлицевой втулки определяется из выражения

Св — Зп + Совм + А0 + Ри + 32, (85) где Зп - заработная плата производственным рабочим с налоговыми отчислениями, руб.;

С0вм ~~ стоимость основных и вспомогательных материалов, руб.; А0 - амортизационные отчисления, руб.; Ри - расходы на инструмент, руб.;

32 - суммарные затраты на содержание, технические обслуживания и ремонт оборудования, руб.

Заработная плата производственным рабочим устанавливается исходя из затрат на основную 30 и дополнительную Зд заработные платы и отчислений на социальное страхование

Зп =: 30 + Зд + Зс с . (86)

Основная заработная плата равна: п где Тшт - штучное время на выполнение операций технологического процесса, мин;

Тчас - часовая ставка соответствующего разряда работ, руб/час.;

Кпр. — коэффициент, учитывающий премиальные надбавки к заработной плате, принимается КГф =1,3.

Дополнительная заработная плата определяется посредством коэффициента К!, учитывающего различные доплаты, принимаем К, = 0,2

Зд = 30 • Кх. (88)

Размер основной заработной платы определяется исходя из норм времени на выполнение операций технологического процесса и часовой тарифной ставки применяемых в ремонтном производстве, данные сведены в таблицу 10.