Обеспечение работоспособности и ресурсосбережения при восстановлении и упрочнении сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой : на примере шлицевых деталей автотракторных карданных передач

• Автор: Годунов, Николай Борисович
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 261 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1 Постановка проблемы, цель и задачи исследования

1.1 Напряженное состояние шлицевых соединений

1.2 Основные дефекты шлицевых деталей карданных передач.

1.3 Способы восстановления сложнопрофильных деталей шлицевых и зубчатых соединений

1.3.1 Анализ и техническая характеристика способов восстановления

сложнопрофильных шлицевых и зубчатых поверхностей с нанесением компенсирующего износ металла

1.3.2 Анализ и техническая характеристика способов восстановления

сложнопрофильньтх шлицевых и зубчатых поверхностей без нанесения компенсирующего износ металла.

1.4 Обоснование условий обеспечения прочностных показателей

шлицевых деталей при восстановлении.
1.4.1 Анализ напряженного состояния ведомого вала коробки передач.
1.4.2 Прочностной анализ шлицевого соединения.
1.4.3 Прочностной анализ толщины сечения стенки шлицевого вала
1.5 Оценка ресурсосберегающего эффекта при восстановлении и
4 упрочнении деталей сельскохозяйственной техники
1.6 Выводы, цель и задачи исследования.
2 Теоретическое обоснование закономерностей
формообразования при восстановлении шлицевых поверхностен накаткой.
2.1 Рабочая гипотеза и программа исследования
2.2 Исследование и обоснование рациональных режимов
восстановления шлицевых поверхностей накаткой
2.3 Теоретическое моделирование процесса накатки шлицев
2.4 Модель формирования качества при восстановлении сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой.
2.5 Анализ износного состояния шлицевых деталей карданных передач
2.5.1 Методика исследования износного состояния шлицевых деталей карданных передач
2.5.2 Анализ износного состояния внешних и внутренних шлицевых поверхностей.
2.6 Теоретическое обоснование объема перемещаемого металла, компенсирующего величину износа и припусков на механическую обработку.
2.7 Расчет величины перемещаемого объема металла при
восстановлении шлицевых ступиц.
2.8 Анализ и обоснование схем формообразования шлицевых поверхностей при их восстановлении накаткой.
2.9 Теоретический анализ напряженнодеформированного состояния при формообразовании шлицевых поверхностей
2.9.1 Анализ схемы продольной деформации шлицевой ступицы.
2.9.2 Анализ схемы поперечной деформации шлицевой ступицы.
2.9.3 Анализ схемы раздачи отверстия ступицы пуансоном в
разъемном штампе 7
2.9.4 Анализ схемы формообразования шлицевой втулки поперечной
накаткой внешней поверхности
2.9.5 Анализ схемы одновременной продольной прокатки внешней поверхности и профилирования шлицев.
2. Выводы
3 Математическое моделирование ресурсосберегающего эффекта
I
при разработке восстановительных технологий.
3.1 Математическое моделирование рационального
технологического процесса.
3.2 Моделирование ресурсосбережения при восстановлении деталей
3.3 Выводы
4 Исследование технологического процесса восстановления шлицевых деталей карданных передач накаткой
4.1 Конструкции оснастки для восстановления шлицевых ступиц и втулок.
4.1.1 Конструкция оснастки при одновременной продольной деформации и поперечном профилировании шлицев ступицы
4.1.2 Конструкция оснастки при одновременной прошивке отверстия деформирующим пуансоном и профилирующей накатки шлицев ступицы.
4.1.3 Конструкция оснастки при поперечной накатке внешней поверхности втулки с формированием шлицев полости профилирующей оправкой.
4.1.4 Конструкция оснастки при одновременной продольной накатке внешней поверхности втулки с продольным профилированием шлицев.
4.2 Обоснование и назначение режимов восстановления.
4.2.1 Теоретическое моделирование режимов технологического процесса в зависимости от принятых схем формообразования.
4.2.2 Исследование и оптимизация режимов восстановления сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой
4.3 Выводы
5 Анализ показателей качества и эффективности технологий
восстановления накаткой сложнопрофильных шлицевых деталей карданных передач
5.1 Геометрические показатели качества восстановления.
5.1.1 Методика микрометражных исследований геометрических пара
метров шлицевых деталей
5.1.2 Методика анализа износного состояния ремфонда.
5.1.3 Геометрические показатели качества восстановленных накаткой шлицевых ступиц.
5.1.4 Геометрические показатели качества восстановленных накаткой шлицевых втулок.
5.2 Физикомеханические показатели качества восстановления
5.2.1 Методика исследования механических показателей качества
восстановления.
5.2.2 Анализ механических показателей качества восстановления сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой.
5.2.3 Методика исследования остаточных напряжений.
5.2.4 Методика исследования плотности дислокаций
5.2.5 Анализ результатов исследования физических показателей качества восстановления
5.2.6 Анализ исследования структурных составляющих
5.3 Выводы
6 Показатели техникоэкономической эффективности технологии
восстановления шлицевых деталей
6.1 Апробация результатов исследований.
6.2 Показатели техникоэкономической эффективности технологий
, восстановления шлицевых деталей накаткой.
Общие выводы
Литература


По сложности устранения отказов агрегатов трансмиссии ,1 отказов относятся к первой группе отказы, устраняемые ремонтом или заменой деталей, расположенных снаружи сборочных единиц без их разборки . Ко второй группе сложности относятся ,7 отказов, устраняемых ремонтом или заменой легко доступных сборочных единиц с раскрытием внутренних полостей агрегатов без их разборки. К третьей группе сложности устранение с разработкой и узлов относится ,2 отказов. В работе по коробке передач автомобилей МАЗ0А приведены следующие причины их выбраковки износ ,3 поломка, трещины 9,3 выкрашивание, задиры ,3 срез, смятие, срыв 4,4. В работе по результатам наблюдений за подконтрольной партией автомобилей ЗИЛММЗ5, определены основные причины отказов элементов коробки передач, которые приведены в таблице 1. Таблица 1. В работе также приведено распределение причин отказов по агрегатам трансмиссии, при этом установлено, что средняя наработка на отказ составляет тыс. Исследованиями профессора Сафонова В. А. установлена взаимосвязь в работоспособности агрегатов трансмиссии в эксплуатационный период, рисунок 2. I
Рисунок 2. В шлицевом соединении карданной передачи наиболее ощутим такой эксплуатационный показатель, как люфт в соединении, образуемый от износа шлицев ступицы и втулки. Интенсивность роста люфта в начальный период эксплуатации транспортного средства незначительна, но уже после пробега 0 тыс. Протекающие при эксплуатации изменения ужесточают работу трансмиссии в целом, резко возрастают нагрузки, рисунок 3. Рисунок 3. Таблица 2. Суммарный окружной люфт, характеризующий техническое состояние шлицевой передачи с сборе повышаем нагрузочный режим коробки передач, рисунок 3, что в итоге снижает показатели безотказности и долговечности. Суммарный люфт, град. Рисунок 4. Л
О
Суммарный люфт, град. Рисунок 5. Таким образом, приведенные на рисунках зависимости работоспособности трансмиссии от состояния шлицевых деталей карданных передач позволяют сделать вывод о том, что повышение износа и, соответственно, суммарного окружного люфта, ведет к ужесточению работы коробки передач и снижению работоспособности трансмиссии в целом. В этой связи мало изученным направлением в науке о восстановлении работоспособности и долговечности деталей является шлицевое сопряжение, состоящее из изношенных шлицевых вала и втулки. Одним из представителей данного типа сопряжений является шлицевая пара карданной передачи. Шлицевые и зубчатые передачи наиболее распространены в машиностроении, так как являются основными элементами механических приводов. Область их практического использования безгранична и, наряду с этим, к производству и восстановлению шлицевых деталей предъявляются особые условия. Долговечность, экономичность, массовые и габаритные характеристики машин и механизмов зависят от качества шлицевых передач. МПа . Основные виды поверхностного разрушения зубьев и шлицев усталостный, абразивный, адгезионный, коррозийномеханический и при заедании. Виды преимущественного разрушения говорят о необходимости использования при восстановлении технологий, обеспечивающих высокую контактную прочность зубьев и шлицев. Таким преимуществом обладают технологии, позволяющие получить моносгруктурную поверхность зуба и шлица. Одним из направлений являются технологии, основанные на пластической деформации с перемещением запасов металла с нерабочих зон на рабочие поверхности восстанавливаемых деталей. При передаче вращения зубья и шлицы сопряжения перемещаются друг относительно друга, рисунок 6, . Между зубьями и шлицами при этом возникает сила давления Р, направленная по линии зацепления и вызывающая напряжение изгиба Ср Наряду с этим, от скольжения зубьев возникает сила трения Рг , являющаяся производной от коэффициента трения и силы давления. Под действием Р и зубья и шлицы при работе находятся в сложном напряженном состоянии, порождаемом напряжениями изгиба ст действующими в поперечном сечении у основания зуба и контактными напряжениями тн в поверхностных слоях зуба. Исходя из эпюр напряженный Ог вызывает поломку зуба у его основания, а а усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев, рисунок 7.