Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

..pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
33.91 Mб
Скачать

Г л а в а 20

ПОТЕРЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ

20 .1 . Работоспособность зубчатых передач

Работоспособность зубчатых передач может снижаться в процессе эксплуатации из-за возникновения: несплошностей материала на рабочих поверхностях деталей; кон­ тактных разруш ений и повреждений поверхностных слоев материала; износа и заедания деталей передачи; повышенных уровней вибраций и шума; увеличенных энергетических потерь; увеличенной против исходной рассогласованности вращения зубчатых колес; различных повреждений в механизмах переключений зубчатых передач.

В зависимости от вида повреждения и ремонтопригодности зубчатой передачи в це­ лом и ее отдельных деталей различают полную или частичную (временную) утрату их ра­ ботоспособности. В последнем случае работоспособность зубчатой передачи можно под­ держивать на требуемом уровне путем предупреждения, своевременного обнаружения и устранения повреждений и отказов в процессе эксплуатации и ремонта. Поврежденные детали в зависимости от их ремонтопригодности либо восстанавливают соответствующи­ ми ремонтными способами, либо заменяют на новые.

Степень пригодности зубчатых передач и их деталей к дальнейшей эксплуатации оп­ ределяют путем контроля их фактического состояния, исходя из установленных нормати­ вов на отдельные повреждения.

20.2 . Нормативы на допустимые повреждения зубчатых колес и передач [1]

При разработке нормативов на допустимые повреждения зубчатых передач и их дета­ лей следует принимать во внимание: назначение механизма или машины, включающих в себя рассматриваемую зубчатую передачу; характер и размеры повреждения, место его расположения и ориентацию; условия работы передачи и напряженное состояние мате­ риала деталей в местах расположения повреждений; чувствительность материала детален к рассматриваемому повреждению; срок службы детален до очередного контроля их со­ стояния при техническом обслуживании или ремонте механизма или машины; надеж­ ность имеющихся средств для обнаружения и количественной оценки повреждений; воз­ можные последствия от выхода из строя рассматриваемой зубчатой передачи или ее от­ дельных деталей и др.

7 8 2 Глава 20

2 0 .2 .1 . Н еспл о ш но сти м атер и ал а

Наиболее опасными для деталей являются различные несплошности в поверхност­ ных слоях материала, главным образом трещины.

По экспериментальным данным предел выносливости плоских цементованных и за­ каленных образцов из стали марки 18ХНВА при переменном изгибе, при наличии на них шлифовочных трещин глубиной 0,1-0,2 мм, снижается в 3 раза; предел же выносливости твердой шарикоподшипниковой стали снижается при этом в 5 -1 0 раз.

Волосовины, расположенные перпендикулярно к направлению действия наибольших рас­ тягивающих напряжений (или близко к этому направлению), сильно снижают усталостную прочность термически обработанной стали, в то время как волосовины, направленные вдоль наибольших растягивающих напряжений, сказываются на усталостной прочности мало.

Чем больше отношение максимального напряжения при перегрузках к пределу текуче­ сти, тем меньше при прочих равных условиях ослабляющее влияние данного дефекта в ус­ ловиях однократного нагружения. Однако при одноименных плоских и объемных напря­ женных состояниях и при наличии резкой неоднородности напряжений перегрузка может даже увеличить опасность дефекта, так как возможности пластической деформации в таких случаях сокращаются. Наиболее опасна перегрузка, вызывающая напряжение выше преде­ ла текучести, при повторном знакопеременном нагружении в связи с ускорением «расша­ тывания» структуры и возможностью более раннего появления очагов разрушения.

Дефекты зубчатых колес оказывают существенное влияние на их несущую способ­ ность и надежность лишь в тех случаях, когда они располагаются в наиболее напряжен­ ных зонах. Исследования показали, что неметаллические включения в материале зубча­ тых колес, располагающиеся в основаниях впадин между зубьями, могут приводить к по­ следующему развитию от них усталостных трещин.

С другой стороны, крупные неметаллические включения и даже шлифовочные тре­ щины, располагающ иеся в относительно слабо напряженных зонах зубчаты х колес, не приводили к их разрушениям в процессе эксплуатации.

В процессе эксплуатации зубчатой передачи на ее деталях могут возникать трещины двух видов: усталостные и хрупкие. Наряду с трещинами эксплуатационного происхожде­ ния при дефектации деталей в процессе ремонта машин нередко выявляю т также трещи­ ны, возникшие при изготовлении деталей на заводе: трещины, образовавшиеся в процессе литья, пластической деформации (штамповки и ковки), термической и химико-термиче­ ской обработки (закалочные трещины), механической обработки, правки и монтажа; сва­ рочные трещины.

Отличить перечисленные виды трещин друг от друга, а также трещины от других ви­ дов несплошностей материала (заковов, закатов, расслоений, волосовин и др.), применяя для контроля деталей неразрушающие методы, во многих случаях очень трудно или невозможно, а поэтому в ответственных машинах детали с нарушениями сплошности ма­ териала чаще бракуют.

2 0 .2 .2 . К о н та ктн ы е п о в р еж д ен и я зубьев

За критерий контактной выносливости материала при испытаниях обычно принима­ ют некоторую степень повреждения рабочих поверхностей зубьев, которая по данным раз­ ных специалистов колеблется в пределах от 60 до 50% общей площади рабочих поверхно­ стей зубьев.

Опыт эксплуатации зубчатых передач показывает, что наличие выкрашиваний мате­ риала на зубьях колес во многих случаях не снижает эксплуатационных показателей пере­ дач. В ряде случаев ограниченное выкрашивание материала на зубьях оказывает на несу­

Потеря работоспособности зубчатых передач, методы контроля и восстановления

783

щую способность и надежность колес такое же положительное влияние, как и приработочный износ, способствуя более благоприятному распределению нагрузки между колесами в многопоточных передачах и по длине зубьев колес. В некоторых случаях, возникшие на це­ ментованных и закаленных зубьях колес выкрашивания материала при последующей экс­ плуатации не только не развивались далее, а наоборот, — даже уменьшались в размерах за счет некоторого изнаш ивания зубьев в поврежденных выкрашиванием зонах.

Известно, что чем большие погрешности допущены при изготовлении и сборке дета­ лей зубчатой передачи, тем скорее и в большей степени возникает выкрашивание мате­ риала на зубьях, а одноименные, но изготовленные с разной точностью, зубчатые переда­ чи нередко имеют одинаковую несущую способность при различном выкрашивании мате­ риала на зубьях.

Выкрашивание материала на зубьях прямозубых колес в виде цепочки раковин, вытя­ нутой вдоль образующих боковых поверхностей зубьев и охватывающей даже значитель­ ную часть зоны однопариого зацепления на их ножках, не нарушает нормальной работы пе­ редачи. Уровень шума зубчатой передачи при этом не повышается, а КПД ее не снижается.

Распространение раковин выкрашивания материала в зону двухпарного зацепления вызывает усиление шума, а поражение раковинами всей поверхности ножек зубьев колеса или шестерни приводит к заметному ухудшению всех эксплуатационных показателей пе­ редачи (увеличению потерь на трение в зацеплении, повышению уровня шума и т. п.). Од­ нако мелкие, разобщенные раковины выкрашиваний материала даже на всей рабочей час­ ти боковых поверхностей азотированных зубьев, обусловленные наличием е-фазы в по­ верхностном слое материала, сами по себе не оказывают заметного влияния на несущую способность и надежность зубчатых передач.

Впередачах с косозубыми колесами выкрашивание материала на ножках, прогресси­ рующее в начальный период эксплуатации, в дальнейшем прекращает развиваться. Ника­ кого ухудшения эксплуатационных показателей передачи при этом не происходит, и она может работать нормально неограниченно длительное время. Отслаивания материала на зубьях, даже малых размеров, у азотированных колес недопустимы, так как они очень бы­ стро развиваются в опасные формы, обусловливающие возникновение высоких дополни­ тельных динамических нагрузок в зацеплении. Исключением являются краевые сколы материала на азотированных зубьях, которые после соответствующего ремонта не пред­ ставляют собою опасности.

Контактные разрушения и повреждения торцов зубьев у переключаемых осевым пе­ ремещением колес и полумуфт, а также контактные повреждения на шлицах и посадоч­ ных поверхностях деталей зубчатых передач (в частности, коррозию сухого трения) сле­ дует ограничивать по их характеру, занимаемой площади и глубине.

Взубчатых (шлицевых) соединениях уравнительных устройств планетарных передач

спостоянным направлением вращения колес увеличение боковых зазоров между ш лица­ ми, имеющее место в результате смятия материала и дополнительной механической обра­ ботки шлицев, не должно являться основанием для замены деталей. Сравнительно жест­ кие ограничения на допустимое увеличение этих зазоров, предусматриваемые существую­ щими техническими условиями для зубчатых соединений уравнительных устройств, можно считать необоснованными.

2 0 .2 .3 . И зн о с и за е д а н и е

Износ деталей зубчатой передачи ограничивают максимально допустимыми измене­ ниями размеров сопряженных элементов деталей и зазоров (или натягов) между ними.

Равномерное по длине изнашивание опорных элементов зубчатых колес и сопряжен­ ных с ними элементов валов или осей приводит лишь к некоторому увеличению расстоя­

784

Глава 20

ний между осями вращения зацепляющихся колес и боковых зазоров между зубьями, а поэтому до определенных значении не оказывает заметного влияния на несущую способ­ ность и надежность зубчатых передач с эвольвентным зацеплением. В многопоточных пе­ редачах приработочное изнашивание такого вида способствует обеспечению более равно­ мерного распределения нагрузки между сателлитами или промежуточными колесами.

При начальном неравномерном распределении нагрузки по длине зубьев в передачах с прямозубыми колесами снижению концентрации нагрузки на зубьях, как правило, спо­ собствует неравномерное по длине изнашивание опорных элементов колес, валов и осей.

С увеличением глубины изнашивания зубьев по профилю снижается их изгибная прочность, что связано с уменьшением толщины зуба и образованием дополнительного концентратора напряжений — уступа в основаниях зубьев. Неравномерное по профилю изнашивание твердых зубьев может приводить к контактным разруш ениям материала и его следует ограничивать минимально допустимым радиусом кривизны профиля зуба в полюсной зоне. Величину этого радиуса следует определять отдельно для каждого зубча­ того колеса.

У колес, включаемых осевым перемещением, возможно неравномерное изнаш ивание зубьев по их длине, что приводит к снижению надежности переключений передачи. Вели­ чину такого износа следует ограничивать максимально допустимой продольной конусно­ стью зубьев.

2 0 .2 .4 . П овы ш енны е уровни вибраций и ш у м а в зуб чато й п ер е д а ч е

При появлении этого дефекта необходимо определить их основные источники, вы ­ явить возможные повреждения и устранить их.

Предельно-допустимые частотные спектры воздушного шума и уровни вибраций для многих типов машин и их зубчатых передач устанавливаются соответствующими отрасле­ выми техническими условиями.

Увеличенные энергетические потери в зубчатых передачах сопровождаются сниже­ нием их КПД. Каких-либо нормативов на допустимое изменение КПД силовых зубчатых передач в процессе их эксплуатации не устанавливают.

Увеличенная против исходной рассогласованность вращ ения зубчаты х колес мо­ жет возникать в процессе эксплуатации передачи преимущественно вследствие износа и заедания трущихся элементов и увеличения энергетических потерь в передаче. Она осо­ бенно недопустима для механизмов точной механики.

2 0 .3 . Основные методы контроля работоспособности зубчатых колес и передач

М етоды выявления нссплошностсй материала в деталях зубчатых передач. Все из­ вестные методы выявления несплошностей материала в деталях машин можно разделить на неразрушающие (не требующие разрезания деталей для обеспечения возможности их контроля) и на разрушающие (связанные с необходимостью разрезания деталей). В про­ изводственных условиях преимущественное распространение получили неразрушающие методы контроля, основные из которых применительно к деталям зубчатых передач при­ ведены в табл. 20.1.

Потеря работоспособности зубчатых передач, методы контроля и восстановления

785

Таблица 20.1

Основные нсразруш аю щ ис методы контроля для выявления нссплош ностсй материала в деталях зубчатых передач

Метол

Физические

Области

Обнаруживаемые

Чувствительность

основы

применения

дефекты

 

 

Рентгсионросвечи-

вапис

Просвечивание

гамма-лучами

э5

I

с

1

*!

Р

я

V

g

Я

5

3

г

4

1 3 I I

I I 1 "

Различное поглоще­ ние лучей здоровым и дефектным сече­ ниями изделия

Главным образом ли­

 

Протяженность де­

тье и стыковые свар­

 

фекта в направлении

ные соединения.

 

просвечивания долж­

Предельные

толщи­

 

на быть нс менее 3%

ны:

 

 

для стали и 10% для

для стали 80 мм

 

легких сплавов от

для легких сплавов

Поверхностные и глу-

толщины изделия.

350 мм

 

Ширина раскрытия

 

 

биппыстрещипы, иду­

трещины нс менее

 

 

щие вдоль направле­

0,025 мм

 

 

ния просвечивания;

 

Массивные

литые

раковины, рыхлоты,

Примерно та же, что

ликвационные скоп­

детали и сварные со­

ления, неметалличе­

и при рентгепопро-

единения

 

ские включения и т. д.

свсчивании

Детали сложной кон­ фигурации, не позво­ ляющие направить рентгеновские лучи в нужное место.

Предельная толщина для стали 300 мм

Рассеивание магнит­ Детали из ферромаг­ Трещины, волосови­

Ширина трещин и во­

ного потока вблизи

нитных

материалов

ны, флоксны

и дру­ лосовин от 0,005 мм,

дефекта и

оседание

(большинство

дета­

гие дефекты,

распо­

высота от 0,01 мм

магнитного

порошка

лей зубчатых

пере­ ложенные па поверх­

 

в этом месте

 

дач)

 

 

ности или неглубоко

 

 

 

 

 

 

 

(до 0,3-2,5 мм) под

 

 

 

 

 

 

 

пей

 

 

Заполнение

полости

Детали из магнитных

Трещины, рыхлоты,

Трещины шириной

трещины жидкостью,

и немагнитных мате­

поры, выходящие на

от 0,01 мм, глубиной

светящейся при осве­

риалов, имеющие

поверхность

 

от 0,03 мм. При ваку­

щении изделия ульт­ сложную конфигура­

 

 

умном варианте —

рафиолетовыми лу­ цию (преимущест­

 

 

шириной от 0,003 мм

чами

 

венно корпусные

 

 

при той же глубине

 

 

 

детали)

 

 

 

 

 

Тс же, что и в магнит­

Те же, что и при маг­

Тс же, что и в магнит­

Ширина трещин

ном методе, по части­

нитном

методе,

по

ном методе

 

0,0002-0,0005 мм,

цы

магнитно-люми­ с повышенной чувст­

 

 

высота от 0,01 мм

несцентного порошка

вительностью и воз­

 

 

 

светятся при освеще­

можностью контроля

 

 

 

нии

ультрафиолето­

сталей с темной по­

 

 

 

выми лучами

верхностью

 

 

 

 

786

Глава 20

 

О ценка поражения зубчатых колес контактными повреждениями в общем случае

сводится к определению характера, места расположения, размеров отдельных поврежде­ ний, занимаемой ими относительной площади и сопоставления их с действую щими тех­ ническими условиями.

Характер контактных повреждений определяют внешним осмотром рабочих боковых поверхностей зубьев, шлицев и кулачков зубчатых колес, а при необходимости — допол­ нительным их осмотром с помощью простых и бинокулярных (стереоскопических) луп и металлографических микроскопов.

Места расположения повреждений определяют внешним осмотром, с помощью луп и линейными измерениями.

Размеры отдельных повреждений и занимаемую ими относительную площадь весьма приближенно можно определить с помощью линейных измерений, а более точно — изме­ рениями с помощью планиметра по увеличенным отображениям повреждений.

Практически для определения допустимости контактных повреждений, в том числе при ремонте авиационных двигателей, используют сравнение нх с предельными натурны­ ми эталонами или фотоэталонами, выполненными при тех увеличениях, которые исполь­ зуют при осмотре повреждений на деталях. По мере накопления опыта эксплуатации ус­ тановленные эталоны систематически (например, 1 раз в год) корректируют.

О ценка повреждений трущ ихся элементов от изнаш ивания и заедания сводится к определению характера изнашивания (равномерное или неравномерное) и заедания (стадии развития), мест расположения поврежденных изнашиванием и заеданием участ­ ков соответствующих поверхностей, глубины повреждений, занимаемой ими относитель­ ной площади и сопоставления их с действующими техническими условиями. Д ля этих це­ лей применяют соответственно внешний осмотр, осмотр с помощью луп и линейные изме­ рения, выбор конкретных средств для выполнения которых зависит от ответственности передачи и требуемой в связи с этим точности измерений.

И змерения и анализ вибраций и шума зубчатых передач. Методы оценки качества зубчатых передач по вибрационным показателям позволяют избежать влияния помех от окружающего шума и организовать 100%-ный контроль механизмов машин в существую­ щих цеховых условиях. Для измерения вибраций при сопоставлении с акустическими ха­ рактеристиками можно применять как измерения скорости, так и измерения ускорения колебаний. Д ля измерения ускорений колебаний наиболее широко применяют пьезокри­ сталлические датчики, обладающие в сравнении с другими (оптическими, механически­ ми, электрическими, магнитоэлектрическими и т. п.) повышенной чувствительностью, широким диапазоном частот ( - от 5 до 20 000 Гц) и относительно малым весом.

О пределение энергетических потерь в силовых зубчатых передачах ответственного назначения можно производить на специальных испытательных стендах с замкнутым си­ ловым контуром.

Об энергетических потерях зубчатых передач механизмов точной механики судят косвенно по их эксплуатационным показателям (в приборах — по их показаниям, в ча­ сах — по точности их хода и т. д.).

О пределение степени рассогласованности вращения зубчатых колес в передаче сво­ дится к определению ее кинематической точности и плавности работы. В механизмах точ­ ной механики их контролируют косвенно по основным эксплуатационным показателям.

Контроль пятна контакта зубьев колес в собранной передаче позволяет комплексно оценить точность изготовления деталей передачи и ее сборки. Д ля ускорения проверки пятна контакта чаще применяют краску, нанося ее тонким слоем (не более 4 - 6 мк) на зу­ бья шестерни зацепляющейся пары. Степень прилегания зацепляющихся зубьев опреде­ ляю т по отпечаткам краски, получающимся на зубьях колеса после обката шестерни с ко­

Потеря работоспособности зубчатых передач, методы контроля и восстановления 787

лесом, или по стертым участкам краски на зубьях шестерни. Для этой цели используют растворенную в воде модификацию берлинской лазури, турнбулевую синь, голландскую сажу, а для оксидированных поверхностей — свинцовые или цинковые белила.

20.4 . Методы восстановления работоспособности зубчатых колес и передач

Восстановление работоспособности зубчатых передач и их деталей сводится к устра­ нению их повреждений с соблюдением всех размеров и других параметров в пределах, ус­ тановленных соответствующими техническими условиями.

20 .4.1. Восстановление зубчатых колес с несплошностями материала

Несплошности материала малых размеров, даже трещины, расположенные в относи­ тельно малонапряженных зонах зубчатого колеса и не выходящие на сопрягающиеся с другими деталями поверхности, можно выводить местной зачисткой с последующим по­ лированием мест зачистки, обеспечивая при этом плавные переходы их к смежным по­ верхностям детали.

Шлифовочные трещины на сопрягающихся с другими деталями элементах можно во многих случаях выводить повторным шлифованием с последующим восстановлением их до требуемого размера хромированием, если толщина слоя хрома на окончательно восста­ новленной детали не превышает установленной для нее техническими условиями (обыч­ но не более 0,05 мм, реже до 0,10 мм). При малых толщинах хрома применяют размерное хромирование без последующей механической обработки, а при больших толщинах — хромирование с припуском и последующее шлифование до требуемого размера.

Шлифовочные трещины на свободных элементах зубчатых колес можно выводить либо ш лифованием, либо местной зачисткой на определенную глубину. После удаления дефектного слоя материала с трещинами деталь необходимо подвергнуть повторному контролю одним из физических методов; при отсутствии остатков трещин ее можно ис­ пользовать для дальнейшей эксплуатации.

Несплошности материала в виде коррозионных раковин следует выводить зачисткой и места зачистки полировать лишь в случаях расположения этих повреждений в основаниях впадин между зубьями или вблизи их на торцах зубчатого венца. Коррозионные раковины, расположенные в других местах зубчатых колес, как правило, можно не выводить.

2 0 .4 .2 . В о сстан о в л ен и е зубчаты х ко л ес с ко н тактн ы м и п о в р еж д ен и ям и

Мелкие контактные повреждения на зубьях можно устранить шлифованием, хонин­ гованием и профильной притиркой боковых поверхностей зубьев. Краевые сколы мате­ риала на профильных кромках зубьев можно выводить местной зачисткой, обеспечивая при этом плавные переходы от боковых поверхностей зубьев к их торцам. На зубьях после этого, вблизи мест расположения сколов материала, не должно быть остатков трещин,

7 8 8

Г л а в а 20

в чем следует убедиться применением повторного контроля зубьев одним из физических методов.

При наличии недопустимых по своим размерам контактных повреждений на зубьях симметричных по длине зубчатых колес последние следует устанавливать в передаче в по­ вернутом на 180е относительно первоначального положении. У зубчатых колес, зубья ко­ торых контактируют только одной боковой поверхностью, такое их повертывание в пере­ даче приводит к тому, что ранее рабочие боковые поверхности зубьев становятся нерабо­ чими и наоборот. У сателлитов и промежуточных зубчатых колес ведущие боковые поверхности зубьев становятся ведомыми, а ведомые — ведущими, что приводит к изме­ нению направлений скольжения зубьев на противоположные первоначальным, к измене­ ниям приведенных контактных напряжений в материале зубьев и тем самым — к тормо­ жению дальнейшего развития ранее возникших контактных повреждений.

При наличии существенного продольного уклона боковых поверхностей у зубьев ре­ комендованная выше переустановка колес в передаче может привести к значительному увеличению неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев, а поэтому в таких случаях переустановку колес допускать не следует. То же самое нужно сказать и о зубча­ тых передачах пониженной точности, в которых первоначально неудовлетворительный контакт зубьев по длине в процессе предшествующей эксплуатации стал достаточно хо­ рошим за счет приработки. В последнем случае переустановку колеса с недопустимыми контактными повреждениями зубьев можно допускать лишь при условии обеспечения требуемого пятна контакта зацепляющихся зубьев или при одновременной переустановке парного колеса. Если и то и другое невозможно, то оба колеса следует заменить на новые.

2 0 .4 .3 . В о сс та н о в л е н и е зуб ч аты х ко л ес п ри нал и ч и и и зн о с а и п о в р е ж д е н и й от за е д а н и я

При наличии на зубьях и шлицах колес недопустимых по техническим условиям по­ вреждений от изнашивания и заедания можно использовать приведенные выше рекомен­ дации для колес с контактными повреждениями на зубьях.

Повреждения от изнашивания и заедания на опорных элементах зубчатых колес во многих случаях можно устранить с помошыо шлифования и последующего восстановле­ ния их поверхностей до требуемых размеров хромированием.

Восстановление несущей способности и работоспособности зубчатых передач, имею­ щих повышенные уровни вибраций и шума, увеличенные энергетические потери и рассо­ гласованность вращения зубчатых колес, пониженную вероятность включений зубчатых колес и наличие их самопроизвольных выключений и переключений, сводится к опреде­ лению и устранению вызывающих их повреждений или замене поврежденных деталей.

2 0 .4 .4 . М ето д ы р е м о н та зуб чаты х ко л ес н ео тв етс тв е н н ы х п ер е д а ч [2 ]

В зависимости от назначения зубчатых колес, их размера и материала, наличия тер­ мообработки применяют следующие способы восстановления: наплавку торцов зубьев, сварку, горячую объемную штамповку, ротационное пластическое деформирование [2]. Кроме указанных факторов, использование того или иного способа восстановления опре­ деляется наличием на ремонтной базе соответствующего оборудования. Как правило,

Потеря р аботоспособности зубчатых передач, методы контроля и восстановления 7 89

небольшие ремонтные предприятия не имеют необходимого оборудования для изготовле­ ния новых колес. Н а них можно применять приведенные ниже способы ремонта зубчатых колес большого диаметра и модуля.

Зубчатые колеса можно ремонтировать путем наплавки изношенных зубьев. Обра­ ботка наплавленных зубьев отличается сложностью. В целях ее облегчения зубья колес средних и больш их модулей наплавляют с использованием пары медных шаблонов. По­ следние имеют форму впадин между зубьями колеса и образуют боковые поверхности зу­ ба, подлежащего восстановлению. Перед наплавкой медные шаблоны соединяют между собой планками и закрепляю т на венце колеса планками (или струбцинами) так, чтобы они не мешали процессу наплавки. При его выполнении наплавляемый металл не прива­ ривается к шаблонам, так как медь обладает высокой теплопроводностью. Поэтому после наплавки зуба шаблоны легко удаляются. Наплавку осуществляют толстообмазанными электродами (Э -Зу, Э-42, ОМ М -5 и др.). После наплавки необходимо обеспечить медлен­ ное остывание колеса. Д ля этого помещают в горячий песок все колесо или ту его часть, где наплавляют зуб.

При автоматической наплавке изношенных торцов зубьев наплавляется каждый зуб с принудительным формированием слоя металла в медной форме (кристаллизаторе), кото­ рая охлаждается водой. Наплавка производится высокоуглеродистой проволокой под сло­ ем флюса. Под воздействием высокой температуры часть его плавится и образует вокруг дуги эластичную оболочку, защищающую расплавленный металл от воздействия кисло­ рода и азота. После перемещения дуги металл затвердевает вместе с флюсом, образуя на наплавленной поверхности ломкую шлаковую корку. Нерасплавившийся флюс может быть использован снова. Автоматическая наплавка эффективна тогда, когда необходимо наплавить слой металла толщиной более 3 мм. При этом нежелательно глубокое проплав­ ление, так как оно увеличивает деформацию восстанавливаемой детали.

Н аплавку осуществляют головками типа А-580, ОКС-Ю 31Б, ОКС-1252М . В качестве источников питания дуги применяют преобразователи типа ПСГ-500, выпрямители ВС-600, ВДУ-504, ВДГ-301 с жесткой внешней характеристикой.

Зубчатые колеса наплавляют проволокой Нп-ЗОГХСА, Нп-40Х2Г2М, Нп-50ХФА, в со­ став которых входят: С, Mn, Si, Cr, Ni, используется флюс АН-348А, содержащий стабили­ зирующие и шлакообразующие элементы. Однако в состав этого флюса не входят леги­ рующие добавки, что не способствует повышению прочности и износостойкости наплав­ ленного металла.

Поэтому чаще применяют флюсы-смеси на основе флюса АН-348А, в который добав­ ляют ферро-хром, ферромарганец и графит. Таким образом получают легирующий флюс, использование которого обеспечивает получение направленного слоя однородного хими­ ческого состава, высокой твердости и износостойкости. На качество восстановления зна­ чительно влияет режим наплавки. Восстановление зубьев колес наплавкой целесообразно только в том случае, когда другие способы использовать не представляется возможности.

Зубчатые колеса можно ремонтировать путем установки зубчатых вкладышей, кото­ рые закрепляют сваркой.

Зубчатые колеса восстанавливают также путем горячей объемной штамповки. Колесо нагревают и помещают в закрытый штамп. Под давлением металл в пластическом состоя­ нии перемещается из нерабочих участков в изношенные. Если запаса металла недостаточ­ но, то зубчатое колесо предварительно наплавляют по нерабочей поверхности зубьев. Ш тамповку выполняют на переоборудованных прессах (усилие 4000-6300 кН ) с ускорен­ ным ходом. После штамповки зубчатое колесо подвергают механической, химико-терми­ ческой обработке в такой же последовательности операций технологического процесса, как и при изготовлении новых колес. Этот способ восстановления отличается высокой се-

7 9 0 Г л а в а 20

 

бестоимостыо. Его применение ограничивают невысо­

 

кая надежность и сложность штамповой оснастки.

I Дефектация [

Зубчатые колеса можно восстанавливать ротацион­

ным пластическим деформированием. Сущность этого

 

способа заключается в том, что изнош енный зубчатый

Подогрев

венец, нагретый ТВЧ (250-300 вС), раздается пуансо­

тном или роликами и одновременно обкатывается зубча­

Наплавка торцов зубьев и

тыми накатниками, которые формируют зубчатый ве­

промежуточный контроль

нец с минимальными припусками на последующую ме­

 

Отжиг

ханическую обработку.

 

Технологический процесс восстановления зубча­

I Дробеструйная обработка |

тых колес комбинированным способом состоит в на­

плавке зубьев проволокой Нп-ЗОХГСА под слоем флю ­

 

 

са АН-348А. Перед наплавкой (до температуры 250 -

 

| Прошивюа отверстия |

300 °С) для формирования припуска под последующую

 

 

обработку по толщине зуба наплавленный венец под­

|

Нагрев зубчатого венца |

вергают нагреву ТВЧ до температуры 1150-1200 вС.

 

 

Затем его осаживают в открытом штампе на гидравли­

|

Осадка зубчатого венца |

ческом прессе (1600-2500 кН). Далее зубчатый венец

 

 

подвергают нормализации. После этого прошивкой на

 

| Нормализация]

гидравлическом прессе в холодном состоянии форми­

 

 

руют размеры отверстия ступицы, а потом осуществляют

Токарная обработка по

обработку резанием, химико-термическую и финиш ­

наружному диаметру торцов

ную подготовку зубчатых колес. Этот способ обеспечи­

 

 

вает прочность соединения и плотность наплавленного

 

| Зубозакругление]

металла, достаточный его объем для ф орм ирования

 

 

полного профиля зубьев по длине и толщине, хорошую

 

| Зубошевингование]

обрабатываемость обычным режущ им инструментом,

 

 

удовлетворительную последующую химико-термиче­

 

 

скую обработку с обеспечением твердости поверхности

 

 

зубьев в пределах 5 7 -60 HRC.

| Промежуточный контроль]

Схема технологического процесса восстановления

 

 

зубчатых колес показана на рис. 20.1.

 

[""термообработка \

Технологический процесс ремонта зубчатого коле­

 

са с посадочным шлицевым отверстием (рис. 20.2) осу­

 

 

| Дробеструйная обработка]

ществляется в следующей последовательности: про­

мывка колеса; зачистка центровых отверстий шлицево­

 

 

 

| Обкатка |

го вала ремонтируемого механизма; обточка зубчатого

 

венца на токарном станке; установка зубчатого колеса

 

 

|

Прошивкаотверстия |

на снятый шлицевой вал, закрепление колеса; установ­

ка шлицевого вала в центрах токарного станка, обточка

 

 

| Зачистка заусениц и забои н]

колеса на диаметры 160/7 и 130/sè (рис. 20.2, а); выточ­

ка кольца по чертежу (рис. 20.2, б) с обеспечением раз­

 

| Контрол ь качества |

меров поверхностей 1 ,2 ,3 и 4\ установка кольца на сту­

 

пицу, сверление шести отверстий под резьбу М10; раз­

 

 

борка и рассверливание в кольце отверстия диаметром

Рис. 2 0 .1 . Схема технологи­

10(77 под развертывание; сборка детали; установка соб­

ранного зубчатого колеса на шлицевой вал, закрепле­

ческого восстановления зуб­

чатых колес

ние колеса от осевого смещения; установка вала с зуб­