Разработка технологического процесса восстановления ведущего вала коробки передач автомобиля ГАЗ-51

Ведомый вал выполняется  вместе с ведущей шестерней главной  передачи: конической или гипоидной  при продольном расположении двигателя, цилиндрической – при поперечном.

Применяются главным образом  зубчатые колеса с постоянным зацеплением. Лишь для передачи заднего хода применяется  передвижная шестерня. На схемах показаны типичные варианты построения передачи заднего хода и расположения передач  прямого хода и их синхронизаторов. Синхронизатор первой-второй передач  обычно устанавливается на выходном валу; его установка на входном  валу затруднена, поскольку ведущая  шестерня первой передачи имеет малый  диаметр. Синхронизатор высших передач  иногда устанавливается на входном  валу для уменьшения приведенного момента  инерции. В ряде случаев несоосная  двухвальная коробка передач  конструктивно объединяется с двигателем.

Конструкция редукторной  части коробки передач должна быть жесткой. В наибольшей степени  жесткость конструкции в целом  зависит от конструкции валов  и картера. При преобладающем  применении двухопорных валов конструкцию  достаточной жесткости возможно выполнить, ограничивая длину валов  и тем самым число передач. Обычно между опорами размещают  не более шести передач. Таким  образом, требование жесткости двухопорных  валов является одним из факторов, ограничивающих число ступеней в  коробках передач с двумя степенями  свободы. Картер выполняется обычно цельнолитым.

Отливка имеет местные  утолщения и ребра. Отверстия  под подшипники в передней и задней стенках картера должны быть такими, чтобы между отверстиями в  стенке оставалась перемычка достаточного размера. Жесткость конструкции  в сборе зависит от степени  затяжки болтов крепления крышки, в которой монтируется механизм переключения передач. Картер с разъемом применяется лишь в случаях, когда  это диктуется условиями сборки.

Смазывание деталей большинства  коробок передач производится окунанием  и разбрызгиванием. Масляная ванна  размещается в картере. Уровень  масла в ванне достигает оси  промежуточного вала, а расход его  на одну заправку зависит главным  образом от передаваемой мощности.

Реже с целью уменьшения потерь мощности картер выполняют сухим, помещая масло в обособленный отсек, откуда оно подается для смазывания деталей насосом. В обычных конструкциях с несухим картером также может  устанавливаться насос. Насос имеется, например, в коробках передач некоторых  тяжелых автомобилей. Его ставят для подачи масла к подшипникам  ведомых зубчатых колес постоянного  зацепления. Масло подается через  центральное и радиальные сверления  вторичного вала. Для такого способа  подачи масла к подшипникам зубчатых колес постоянного зацепления иногда используется не насос, а маслонагнетающее кольцо, устанавливаемое впереди  подшипника первичного вала. Для заправки и контроля уровня масла, а также  его слива в картере делаются соответствующие отверстия.

Герметичность собранной  коробки передач обеспечивается применением для маслоналивного и спускного отверстий пробок с конической резьбой, установкой уплотнительных прокладок под все крышки и манжетных уплотнителей на входе в коробку и на выходе из нее. Во избежание повышения давления в картере он должен сообщаться с атмосферой. Если конструкция крышки с механизмом переключения передач не обеспечивает этого, на картере сверху предусматривается установка сапуна.

Как правило, на выходном валу коробки передач устанавливается  ведущий элемент привода спидометра; ведомый его элемент располагается  в крышке заднего подшипника вала. Привод спидометра не устанавливается  в коробке передач лишь в тех  случаях, когда между ней и  ведущими колесами автомобиля имеется  еще один механизм с переменным передаточным числом.

 

а)        б)

Рис. 1. Схема двухвальной (а) и трёхвальной (б) коробки передач:

1 – первичный вал

2 – вторичный вал

3 – подвижная муфта

4 – промежуточный вал

 

Таблица №1. Техническая характеристика коробки передач а/м ГАЗ-51

Наличие ступеней	Ступенчатая механическая трехвальная
Управление	Рычагом, установленным  в кабине водителя
Кинематическая  схема	С неподвижными осями валов
Расположение  валов относительно автомобиля	Продольное
Механизм переключения передач	Со скользящими  зубчатыми муфтами
Число передач	4
Шестерни	прямозубые

 

3. Основные неисправности  коробки передач а/м ГАЗ-51

 

Таблица №2. Основные неисправности коробки передач а/м ГАЗ-51

 

Неисправность и её признаки

Вероятная причина

Самопроизвольное  выключение передачи     Затруднения при включении  и выключении передач               Повышенный шум         Течь масла из коробки

а) Сильный износ  зубьев шестерен б) Сильный износ деталей  фиксирующего устройства (шарики и  пружины) а) Износ подшипников  и шлицевых соединений, вызывающих перекосы шестерен б) Нарушения регулировки  механизма управления коробкой передач в) Заедание в подвижных  шлицевых соединениях вследствие попадания  в них металлических частиц от износа деталей г) Туго затянуты гайки сальников  штоков переключения передач а) Износ зубьев шестерен б) Износ вилок и штоков в) Износ подшипников г) Износ отверстий вилок  тяг, пальцев и отверстий рычагов а) Повреждены или изношены сальники б) Ослабло крепление  крышек в) Завышенный уровень масла  в картере г) Засорение сапуна д) Повреждение прокладок

 

4. Литературный  обзор современных технологии  восстановления деталей машин

 

Существует множество  способов восстановления деталей машин.

Ученые ВНИИТУВИД «Ремдеталь» разработали большое количество новых эффективных технологий по восстановлению и упрочнению деталей машин. Одна из них

Электроконтактная приварка металлического слоя (ленты, проволоки, порошковых материалов). Преимущества контактной приварки – отсутствие нагрева деталей, возможность приварки слоя стальной ленты, проволоки и твердых сплавов, закалка слоя непосредственно в процессе приварки, отсутствие выгорания легирующих примесей и значительное улучшение условий труда. К недостаткам этого способа можно отнести снижение прочностных свойств КВ после обработки.

Технология  газопорошковой наплавки. Процесс состоит в нанесении на разогретую поверхность порошкового материала и не требует сложного оборудования. Газопорошковой наплавкой восстанавливают стальные и чугунные малогабаритные детали с локальным износом. С помощью газопорошковой наплавки можно также восстанавливать и упрочнять детали почвообрабатывающих машин – плоскорезы, лапы культиватора, ножи. Недостаток: разогрев поверхности КВ до высокой температуры может привести к деформированию.

Плазменная  металлизация – наиболее экономичный метод покрытий на изношенные детали. Покрытие обладает высокой износостойкостью, без пор и трещин. Процесс является высокопроизводительным. Недостатком этого способа является высокие начальные капиталовложения в оборудование. В нынешних условиях при отсутствии оборотных средств у предприятий этот недостаток не позволяет рекомендовать способ к повсеместному использованию.

Кислородно-ацетиленовая наплавка заключается в нанесении на предварительно подготовленную (без окалины, грязи, жира) поверхность восстанавливаемой детали слоя наплавки из электрода, который расплавляется в пламени ацетилена с кислородом. Оптимальная толщина наплавленного слоя – до 3 мм. Допускается наплавка в несколько слоев общей толщиной до 5 мм. Из-за перегрева поверхности детали нельзя рекомендовать этот метод для восстановления КВ.

Электродуговая  наплавка с применением дополнительной обмазки электродов заключается в зажигании дуги между наплавляемой деталью и электродом. Обмазка способствует стабилизации дуги и получению ровного слоя наплавки. Большое значение имеет толщина наплавляемого слоя. Недостаток: наплавка снижает усталостную прочность детали до 50%.

Газоплазменное  напыление. Для напыления покрытий и резки используется сверхзвуковая газовая струя, генерируемая специальной горелкой. Рабочий процесс в горелке аналогичен процессу, реализуемому в микроракетных двигателях. Преимущества: портативность (оборудование является переносным); простота устройства; меньшая стоимость (примерно в десять раз) по сравнению со стационарными зарубежными установками. Характеристики покрытий соответствуют характеристикам, полученным с помощью лучшего современного плазменного оборудования при снижении стоимости в 1,5… 2 раза; качество покрытий в 2…3 раза выше, чем при дозвуковом газопламенном напылении. Установки принципиально нового класса позволяют поднять на качественно новый уровень технологическое обеспечение работ по упрочнению и восстановлению деталей машин и механизмов (в особенности выполняемых на средних и мелких предприятиях). Параметры сверхзвуковой струи: скорость до 2600 м/с, температура 2500…3000 К. Характеристика покрытий: адгезия до 80 МПа, пористость не более 5,0%, толщина 0,1…5 мм. Система подачи напыляемого порошка эжекционная без дополнительного несущего газа. Для восстановления КВ КамАЗа этот метод не приемлем т. к. поверхность разогревается до высокой температуры, что может привести к деформации вала.

Детонационное напыление – сущность процесса заключается в использовании энергии детонационных волн для нагрева и ускорения частиц порошка напыляемого материала. Детонационные покрытия намного превышают соответствующие показатели для покрытий, полученных

 

методами газоплазменного  и плазменного напыления. К недостаткам  стоит отнести дороговизну и  сложность оборудования.

Лазерный  способ восстановления. Этот способ не может быть рекомендован к использованию на данном этапе в силу высокой стоимости оборудования и высокой требовательности к обслуживающему персоналу и культуре производства.

Вибродуговая  наплавка в жидкости. При этом способе качество наплавленного металла зависит от многих факторов и резко ухудшается при изменении режимов наплавки и химического состава электродной проволоки. Применение этого способа наплавки для восстановления коленчатых валов двигателей грузовых автомобилей из-за значительного снижения усталостной прочности становиться не приемлемым. 
Однослойная наплавка под флюсом. Этот способ наплавки исследовался в НИИАТе и КАЗНИПИАТе. Наплавку производили при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов. Наплавленный металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры, трещины и шлаковые включения.

Электродуговая  метализация – простой, высокопроизводительный (до 20 кг присадочного металла в час) способ, технологичный, не требующий высокой квалификации исполнителей, использующий только сжатый воздух (давление 0,5–0,6 МПа, расход 1,8–2,0 м /мин), не вызывает деформацию коленчатых валов (деталь нагревается до 130 °С), не снижает усталостную прочность, обеспечивает ресурс восстановленных коленчатых валов не ниже новых. Толщина покрытия 0,1–10 мм и выше. Металлизационное покрытие в 2 раза дешевле наплавленного. С помощью ЭМ можно получать покрытия из различных материалов (стали, алюминия, цинка, меди, бронзы, латуни и других металлов), а также из их комбинаций, получая износостойкие сплавы, псевдосплавы, антикоррозионные, защитно-декоративные и антифрикционные покрытия. Структура таких покрытий микропористая, способная впитывать в себя до 10% горячего масла и удерживать его не только в микропорах, но и на поверхности за счет микрократеров, образованных пористостью. Масло, находящееся на поверхности в таких микроемкостях, компенсирует дефицит смазочного материала в экстремальных условиях работы пары трения. Особенно ценным является способность металлизационных покрытий в течение длительного времени продолжать нормальную работу без подачи смазочного материала. Это уникальное свойство металлизационного покрытия не менее эффективно проявляется при пуске холодного двигателя, когда масло под воздействием нагрева покрытия шейки начинает по капиллярам подниматься к поверхности шейки, улучшая ее смазку. Металлизационные покрытия обладают весьма привлекательными не только техническими свойствами, но и механической прочностью. Электродуговая металлизация имеет преимущества перед другими методами металлопокрытий, экономически целесообразна, так как себестоимость восстановления коленчатых валов составляет 20 – 40% стоимости новых при гарантированном ресурсе не ниже номинального.

 

 

5. Выбор методов восстановления

 

Выбор способа восстановления детали следует осуществлять поэтапно, применяя последовательно технологический, технический и технико-экономический  критерий.

Перечень основных способов восстановления изношенных поверхностей:

1. Газоплазменное напыление.

Процесс сопровождается нагревом напыляемой поверхности, что может привести к деформации изделия.

2. Плазменная металлизация.

Производительный  процесс, невозможный без дорогостоящего оборудования.

3. Электродуговая метализация.

Процесс плавления напыляемого материала  в электрической дуге, в последствие  разносимого на восстанавливаемую  поверхность сжатым воздухом.

После перечисления основных способов восстановления детали, необходимо выбрать основной способ.

Технологический критерий. Он оценивает каждый способ и определяет принципиальную возможность  применимости того или иного способа  восстановления.

Отобранные  по этому критерию способы восстановления должны удовлетворять двум условиям:

1. по своим технологическим особенностям они должны быть приемлемы к данной детали;
2. устранять имеющиеся дефекты.

Технический критерий

Он  оценивает каждый способ (выбранный  по технологическому критерию) устранения дефектов детали с точки зрения восстановления.

Для каждого выбранного способа дают комплексную оценку по значению коэффициента долговечности  , который определяется

 

, (2.1)

 

где , , – соответственно коэффициенты износостойкости, выносливости и сцепляемости покрытий;

– поправочный коэффициент, учитывающий  фактическую работоспособность  восстановленной детали. .

Расчет  коэффициента по способам:

1. _{Кд =0,95 * 0,7* 1*0,9 = 0,59}
2. _{Кд = 0,9 * 0,68* 1* 0,9 = 0,55}
3. _{Кд = 0,97 * 0,8 *1 * 0,9 = 0,69}

Рациональным  по этому критерию будет способ, у которого, этому условию удовлетворяет метод электродуговой металлизации.