1.3 Конструкторська проробка і розрахунок кулачка розтискного на міцність

В звязку, що відстань між гумовими втулками невелика, то впливом згину можна знехтувати і розраховуємо вал лише на крущення.

Розрахунок вала складається з обчислення величини крутних моментів, побудови їх епюри і підбору величини порепечного перерізу вала з умови міцності або з умови жорскості.

Для того, щоб визначити величину крутильних моментів потрібно знати величину моментів зовнішніх пар сил, що передаються на вал. Їх обчислюють за одною потужнічтю N, що передається на вал при заданій кутовій швидкості:

М_кр=N/, (1.1)

де Nпотужність, що передається на вал.

кутова швидкість

М_кр =2800/0,5=5600 Hм

Перевірка міцності валів, виготовлених з матеріалів, що руйнуються при крученні пластично, полягає у порівнянні найбільшого дотичного напруження у поперечному перерізі вала з допустимим дотичним наруженням:

_max   (1.2)

Підставляючи замість _max його величину одержемо остаточно:

М_кр /W_p  (1.3)

Полярний момент опору вала суцільного круглого перерізу обчислюється за формулою:

W_p=r³/2 , або (1.4)

визначення через діаметр вала:

W_p =d³/16=0,2d³ (1.5)

Звідси:

0,2d³  М_кр/ (1.6)

d  ³ М_кр/0,2 = ³5600/0,2250  0,037м  37мм (1.7)

1.4 Аналіз можливих методів відновлення, їх принципові схеми та описання, вибір методу відновлення

Згідно ремонтного креслення дана деталь має три основні дефекти, на які спрямована наша відновна діяльність. Це такі:

зношування власне кулачка, котрий служить для розтискання колодок гальма;

зношування поверхонь під підшипники;

зношування шліців.

Забезпечити їх нормальну роботоздатність можна кількома способами, проте, враховуючи тип виробництва, технологічні показники та показники отриманих властивостей відновленої деталі після тої чи іншої обробки доцільним буде використання способу, котрий забезпечить найоптимальніше їх поєднання.

Кулачок. Одним з можливих способів відновлення є напівавтоматичне наплавлення самозахисними порошковими дротами.

Для цього можна використати установку для наплавлення УД-209, а в якості дроту можна обрати самозахисний дріт ПП-АН3. Причому зварювання вестиметься в режимі лінійного наплавлення з поступовим обертанням шпінделя верстата до наплавлення всієї поверхні кулачка. Режими наплавлення обираємо як ті, що придатні для дроту і для установки.

U_д=27 В;

I_зв=300 А;

V_напл=24 м/год.

При цьому важливо сказати про характеристики поверхневого шару. Зокрема склад валика буде наступним:

С – 0,1-0,15%;

Mn – 0,7-1,3%;

Si – 0,2-0,45.

При цьому не допускається зберігання дроту у вологих приміщеннях для запобігання попадання вологи у дріт і тим самим зменшення захисних властивостей порошку.

Та використання такого способу для усунення дефекту 1 (ремонтне креслення КР.ТВ-12.00.00.015 Р) має ряд недоліків, що не дозволяє застосування його у технологічному маршруті відновлення. До таких належать:

застосуваання установки для наплавлення є недоцільним через те, що наплавлення за схемою лінійного є досить тривалим процесом, котрий має часті зупинки для обертання деталі, а також, враховуючи, тип виробництва (одиничний) можна сказати, що використання автоматів чи напівавтоматів має бути обмежене;

використання самозахисного дроту теж недоцільне. Серед чинників, котрі негативно впливають на процес відновлення, можна назвати такі: дороговизна самого дроту для деталі, котра не працює в важких умовах; хімічний склад наплавленого матеріалу відрізняється від металу основного, що може викликати різного роду дефекти, серед яких незадовільні механічні властивості для даної пари тертя, викришування та ін.

Тому проаналізувавши варіанти відновлення даної поверхні, вважаю найкращим застосування ручного дугового зварюваання наплавочним електродом.

Ручне дугове зварювання для одиничного типу виробництва є найвигіднішим варіантом, адже не потребує закупівлі спеціального обладнання і може бути використане для різних потреб підприємства. Крім того, ним легко можна наплавляти поверхню неправильного перерізу, що є також важлвим для нашої деталі.

Використання наплавочного електроду певної марки здатне забезпечити потрібні властивості наплавлюваної поверхні при помірних затратах на матеріали.

Тому обираю для відновлення розглядуваної поверхні ручне дугове наплавлення покритим електродом.

Поверхні під підшипники. Відновлення даного дефекту можливе за допомогою контактного приварювання стрічки за допомогою напівавтомата.

Оскільки поверхня під підшипники є правильною і зношується приблизно однаково по всій площі, то використання стрічки у таких випадках є дуже розповсюдженим. Зокрема для нашого випадку найвигіднішим є застосування стрічки 0,5х30х94,2 Сталь 40Х ГОСТ 2284-79. Така стрічка здатна забезпечити товщину наплавленого шару до 0,5 мм по всій висоті підшипника (30 мм) і по всій площі дефекту (L=3,14x30=94,2). Матеріал стрічки є максимально приближений до матеріалу основного металу, що відповідно і позитивно впливає на зчеплення і механічні властивості поверхневого шару, котрі наближаються до вихідних. Як напівавтомат, що забезпечить приварювання стрічки, може бути використано С-установку ДКС, котра працює при зварювальному струмі більше 200 А з швидкістю зварювання понад 180 м/год. І відповідно після приварювання стрічки йде механічна обробка, котра надає відповідних розмірів відновленій ділянці деталі.

Однак застосування даного методу також не є можливим, через те, що для приварювання стрічки потрібен напівавтомат і джерело живлення для нього, а технологічний процес для відновлення одиничної партії деталей повинен якомога менше містити обладнання для здійснення операцій відновлення чи зміцнення. Отож, з економічної точки зору використання різного обладнання для різного роду дефектів є небажаним. Тому потрібно шукати більш універсального обладнання і методів для забезпечення роботоздатності відновлювальної деталі.

Таким методом може слугувати напівавтоматичне наплавлення зношених поверхонь на установці УД-209 різними дротами під шаром флюсу і різними способами.

Для наплавлення поверхні вала під підшипники використовуватимемо спіральне наплавлення на установці з використанням як наплавочного матеріалу дроту Нп-30 ГОСТ 10543-63. Як уже зазначалось вище, даний дріт забезпечить характеристики поверхні найбільш наближені до тих, що мала поверхня перед відновленням.

Аналогічно для відновлення шліців застосовуємо вказану установку і вказаний наплавочний матеріал, за однією тільки зміною того, що наплавлення ведемо не по спіралі, а по лінійній схемі роботи УД-209, обертаючи при цьому заготовку в шпінделі для наплавлення всіх шліців. Режими вказаних операцій будуть розглядатися далі.

Як альтернатива для наплавлення шліців може бути використане ручне дугове наплавлення покритими електродами.

Як джерело живлення можна використовувати випрямляч для ручного дугового наплавлення ВД-301. Наплавлення можна вевсти електродом АНВМ-1-0ВГ Е-500/60-БЖ30 ГОСТ 9466-75, котрий здатний забезпечити потрібні механічні характеристики наплавленого шару, а саме твердість до 46 HRC, ударну в’язкість понад 80 Дж/с, відносне видовження – 14%.

Для даного електрода діаметром 4 мм застосовуються наступні характеристики наплавлення:

Зварювальний струм, А 100-140

Напруга дуги, В 27

Продуктивність, кг/год 1,8

Коефіцієнт наплавлення 10,5

Розхід електроду на 1кг

Наплавленого металу, кг 1,6

Проте застосування цього способу для відновлення деталей також вважаю недоцільним через те, що швидкість наплавлення на УД-209 є вищою і якість отриманого шару буде більшою, ніж наплавлення вручну.

Таким чином ми вияснили найбільш ефективні і зручні способи відновлення та усунення різного роду дефектів для даної деталі.

В даний час існує ряд методів, якими можна здійснювати відновлення кулачка розтискного гальма.

Всі ці методи можна поділити на два види, це такі, які здійснюються напиленням або наплавленням.

Напилення  найбільш сприятливиий спосіб формування покриття на поверхні деталей, які мають різну конфігурацію. При напиленні спостерігається інорідність основних властивостей нанесеного шару з спеченого порошковим шаром.

Наплавлення проходить в результаті розплавлення основного матеріалу з присадковим матеріалом.

Існує ряд методів наплавлення, таких як:

наплавлення в середовищі захисного газу;

наплавлення неплавким електродом;

наплавлення плавким електродом.

Також є ряд методів газополуменевого напилення.

Газополумене напилення являє собою процес нанесення покриття, який полягає на нагріві вихідного матеріалу до рідкого або пластичного стану і розпилення його на виріб з допомогою газового струменю. 3

В результаті виконаних розрахунків отримали наступні дані: чиста теперішня вартість 69082, індекс прибутковості 1,51, термін окупності 1,87.