Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

коленчатый вал технологический износ

В процессе эксплуатации детали, узлы и в целом механизмы под действием различных факторов теряют свои первоначальные свойства и качества, приданные им при изготовлении и ремонте.

Вследствие этого ухудшаются его технико-эксплуатационные показатели СЭУ и для их восстановления необходимо проводить различные виды ремонта.

В настоящее время, капитальный ремонт судовых дизелей производится в специализированных цехах, технологический процесс ремонта двигателей предусматривает выполнение операций: демонтажа навесных агрегатов и приборов с проведением их ремонта, общей мойки дизеля, разборки его на детали, мойки и очистки деталей, их дефектации различными методами, восстановления работоспособности изношенных деталей, узловой и общей сборки дизеля, его испытания и окраски.

Ремонт судового валопровода начинается с разборки и дефектации его элементов. После ремонта деталей валопровода в цеховых условиях производится его сборка на судне и центровка одним из методов: по изломам и смещениям или по нагрузкам на подшипники.

В процессе ремонта валопровода может производиться его конструкторско-технологическая модернизация, например замена шпоночного соединения гребного винта с валом на безшпоночное гидропрессовое.

К основным видам износов, приводящих к выбраковке коленчатых валов судовых дизелей, относится изменение формы и размеров шеек, нарушение параллельности осей шатунных и коренных шеек, возникновение трещин.

В процессе дефектации определяется техническое состояние коленчатого вала. По результатам дефектации принимается решение о восстановлении работоспособности коленчатого вала. Восстановление валов с размерным износом может быть осуществлено механической обработкой шеек на ремонтный размер или наращиванием металла плазменным напылением, хромированием с последующей механической обработкой до требуемого диаметра шеек. Работоспособность коленчатых валов с трещинами в отдельных случаях обеспечивается выборкой их специальным инструментом.

1. Основы старения и расчеты износов деталей судовых механизмов

коленчатый вал технологический износ

Основными причинами образования износов деталей судовых механизмов является трение и усталость металла. Изнашиванию от трения подвергаются в процессе эксплуатации сопряжённые поверхности деталей. Под воздействием различных процессов, возникающих в пятнах касания (микрорезание, упругое и пластическое деформирование, схватывание окисных пленок и чистых металлов) происходит разрушение металла, изменяется форма и размеры деталей. размерный износ определяется микрометрированием с помощью измерительного инструмента, обеспечивающего точность измерения от 0,002 до 0,010 мм. На основании данных, полученных при измерениях, рассчитывают фактические износы, скорости изнашивания и сроки службы деталей, а также ресурсы машин.

Таблица 1.1. Исходные данные для расчета диаметра изношенной шейки коленчатого вала

марка дизеля	Диаметр шейки, мм	Ресурс до среднего ремонта Т, тыс. ч.	Наработка t, тыс. ч.	Расчетный диаметр шейки dрасч., мм
6ЧСП18/22	Коренная dр=134,730	18	20	149,323

Радиальный износ шейки коленчатого вала за время наработки t:

где d_H - первоначальный диаметр шейки коленчатого вала, мм;

d₁ - диаметр шейки после наработки t, мм.

При анализе износов деталей судовых машин различают фактическую, среднюю и нормативную скорость изнашивания, которые определяют по следующим формулам:

фактическая скорость изнашивания

средняя скорость изнашивания

где N - число измеряемых деталей (шеек).

Таблица 1.2. Расчет средней скорости изнашивания

№	dр, мм	d1, мм	W, мм	оф•103, мм/т.ч.	оСР, мм/т.ч.
1	134,730	134,637	0,0465	2,3	3,36•10-3
2		635	0,0475	2,4
3		626	0,052	2,6
4		625	0,0525	2,6
5		614	0,058	2,9
6		617	0,0565	2,8
7		616	0,057	2,85
8		615	0,0575	2,88
9		615	0,0575	2,88
10		607	0,0615	3,07
11		603	0,0635	3,18
12		605	0,0625	3,13
13		604	0,0630	3,15
14		606	0,0620	3,10
15		604	0,0630	3,15
16		606	0,0620	3,10
17		60	0,0650	3,25
18		605	0,0625	3,13
19		594	0,0680	3,40
20		594	0,0680	3,40
21		597	0,0665	3,33
22		597	0,0665	3,33
23		596	0,0670	3,35
24		596	0,0670	3,35
25		596	0,0670	3,35
26		595	0,0675	3,38
27		595	0,0675	3,38
28		595	0,0675	3,38
29		586	0,0720	3,75
30		587	0,0715	3,58
31		585	0,0725	3,63
32		584	0,0730	3,65
33		584	0,0730	3,65
34		587	0,0715	3,58
35		586	0,0720	3,60
36		585	0,0725	3,63
37		585	0,0725	3,63
38		573	0,0785	3,93
39		574	0,0780	3,90
40		577	0,0765	3,83
41		576	0,0770	3,85
42		575	0,0775	3,88
43		564	0,083	4,15
44		565	0,0825	4,13
45		134,555	0,0875	4,3

Таблица 1.3. Результаты статической обработки скоростей

Изнашивания шеек коленчатого вала

№№ интервала	оNmin=2,3•10-3 мм/т.ч. оNmax=4,3•10-3 мм/т.ч. ?о10=0,2•10-3 мм/т.ч.
	Скорость изнашивания, мм/тыс. ч.	Количество значений скоростей изнашивания nоi	Вероятность появления значений скоростей изнашивания в каждом интервале pi
	Наименьшая оimin•10-3	Наибольшая оimax•10-3	Средняя оiср•10-3
1	2,3	2,5	2,4	2	0,044
2	2,51	2,71	2,61	2	0,044
3	2,72	2,92	2,82	5	0,111
4	2,93	3,13	3,03	5	0,111
5	3,14	3,34	3,24	6	0,133
6	3,35	3,55	3,45	8	0,177
7	3,56	3,76	3,66	9	0,200
8	3,77	3,97	3,87	5	0,111
9	3,98	4,18	4,08	2	0,044
10	4,19	4,39	4,29	1	0,022

Для определения среднего квадратического отклонения у_о производят (табл. 1.3.) статическую обработку скоростей изнашивания N деталей в следующем порядке:

· по массиву полученных расчетом скоростей изнашивания выбирают наименьшее о^N_min и наибольшее о^N_max их значение;

· определяют полигон рассеяния значений скоростей изнашивания

· разбивают полигон рассеяния скоростей изнашивания на десять равных интервалов ?о₁₀;

· вычисляют средние значения скоростей изнашивания в каждом интервале о_срi и количество значений скоростей n_оi, попадающих в каждый интервал;

· для каждого интервала скоростей изнашивания рассчитывают вероятность p_i появления значений скоростей изнашивания данного интервала в общей совокупности N по формуле:

Расчет основных параметров распределения производят по следующим формулам:

Математическое ожидание

среднее квадратическое отклонение

Все вычисления удобно производить в табличной форме (табл. 1.4.).

Таблица 1.4. Расчет математического ожидания и среднего квадратичного отклонения

№№ интервала	оicр•103	nоi	оicp•nоi	оicp-M(о)	[оicp-M(о)]2	[оicp-M(о)]2•nоi
1	2,3	2	4,6•10-3	-0,9•10-3	0,81•10-6	1,620•10-6
2	2,51	2	5,2•10-3	-0,69•10-3	0,476•10-6	0,952•10-6
3	2,72	5	13,6•10-3	-0,48•10-3	0,230•10-6	1,150•10-6
4	2,93	5	14,65•10-3	-0,27•10-3	0,073•10-6	0,365•10-6
5	3,14	6	18,84•10-3	-0,06•10-3	0,003•10-6	0,018•10-6
6	3,35	8	28,4•10-3	0,15•10-3	0,022•10-6	0,176•10-6
7	3,56	9	32,04•10-3	0,36•10-3	0,130•10-6	1,170•10-6
8	3,77	5	18,85•10-3	0,57•10-3	0,325•10-6	1,625•10-6
9	3,98	2	7,96•10-3	0,78•10-3	0,608•10-6	1,216•10-6
10	4,19	1	4,19•10-3	0,99•10-3	0,980•10-6	0,980•10-6

Параметр распределения скоростей изнашивания вычисляется по формуле:

принимаем т=6.

Нормативная (предельная) скорость изнашивания:

где о_min - минимальная скорость изнашивания в партии контролируемых деталей, мм/тыс. ч.;

k₈₀ - коэффициент функции распределения скоростей изнашивания, принимаем в зависимости от т из [1].

K₈₀=15,8.

Диаметр шейки коленчатого вала, подлежащей восстановлению до номинального размера:

.

2. Обнаружение усталостных повреждений коленчатых валов магнитопорошковым методом

Усталостный износ возникает при работе деталей в условиях переменных напряжений. Если значения действующих напряжений в локальном объеме металла превышают определенный уровень, называемый пределом усталости или пределом выносливости, то в металле накапливаются повреждения, возникают трещины, развитие которых в конечном итоге приводит к разрушению детали.

Усталостный износ на стадии микротрещин и начального развития микротрещин может быть обнаружен с использованием физических неразрушающих методов контроля: магнитопорошкового, капиллярных, вихретокового и ультразвукового. Наибольшее распространение для контроля деталей дизелей из ферромагнитных материалов имеет магнитопорошковый метод.

Магнитопорошковый метод контроля предназначен для обнаружения дефектов типа трещин в деталях из ферромагнитных металлов.

Магнитопорошковым методом выявляются в основном поверхностные дефекты, но в отдельных случаях могут быть обнаружены и подповерхностные, залегающие на глубине не более 2 мм от контролируемой поверхности.

Магнитопорошковый контроль заключается в создании магнитного рассеивания над дефектом и выявления этого поля при помощи магнитного порошка. напряженность поля рассеивания над дефектом, а, следовательно, и его выявляемость, зависит в основном от трех факторов:

· ориентации плоскости дефекта к направлению магнитного потока;

· глубины залегания дефекта;

· напряженности намагничивающего поля.

Наилучшая выявляемость дефекта будет в том случае, когда его плоскость расположена перпендикулярно направлению магнитного потока.

Для направления магнитного потока перпендикулярно плоскостям предполагаемых дефектов, применяют продольный, циркулярный и комбинированный способы намагничивания.

Выбор способа намагничивания детали определяется ориентацией предполагаемых дефектов. При неопределенном расположении дефекта контроль производится дважды по двум взаимно перпендикулярным направлениям или при использовании комбинированного намагничивания.

Различают два вида контроля:

· контроль в приложенном поле, при котором нанесение магнитного порошка производится в присутствии намагничивающего поля. Этот вид контроля более чувствителен при выявлении подповерхностных дефектов и обязателен при неизвестных магнитных характеристиках материала деталей;

· контроль по остаточной намагниченности, при котором нанесение магнитного порошка производится после прекращения действия приложенного поля. Такой вид контроля возможен только в том случае, если металл детали обладает значительной коэрцитивной силой и рекомендуется для выявления поверхностных дефектов.

После проведения магнитопорошкового контроля детали нужно размагничивать. Детали, подвергаемые после магнитного контроля нагреву выше 600-700?С, размагничиванию не подвергаются.

Контроль деталей магнитопорошковым методом состоит из четырех основных операций:

· намагничивание;

· нанесение на поверхность детали магнитной суспензии;

· осмотр поверхности детали;

· размагничивание.

Исходные данные:

Таблица 2.1. Выбор параметров магнитопорошкового контроля

Марка дизеля	Наименование шейки	Расчетный диаметр, мм	Длина шейки lд, м	Расположение дефекта на шейке	Режим намагничивания Iц, Iп, А
6ЧСП	коренная	134,595	0,088	поперечная трещина	Iп=69

Так как расположение дефекта на шейке вала неизвестно, то выбираем комбинированное намагничивание.

Выбираем способ контроля шейки вала:

Так как магнитные характеристики материала детали неизвестны, то выбираем контроль в приложенном поле.

Таблица 2.2. Уровни чувствительности при магнитопорошковом контроле

Условный уровень чувствительности	Размеры выявляемых дефектов, мкм
	Раскрытие	Глубина
А	2,5	25
В	10	100
С	25	250

Таблица 2.3. Напряженность магнитного поля при магнитопорошковом контроле

Способ контроля	Напряженность поля для уровня чувствительности, А/м
	А	В	С
Приложенное поле	6000-7000	3500-4500	2500-5500
После остаточной намагниченности	12000-15000	8000-10000	6000-7000

Расчет режимов намагничивания шейки вала:

Значение тока продольного (полюсного) намагничивания рассчитывается с учетом конструктивных параметров магнитопровода конкретного дефектоскопа по следующей формуле:

где: м₀=1,25•10^-6 - магнитная постоянная;

м_д=м_М=200 - относительная магнитная проницаемость материала детали и магнитопровода;

W=5•10² - число витков катушки электромагнита;

S_M=0,01 м² - площадь сечения магнитопровода;

l_M=3,75 м - длина магнитопровода;

l_д - длина шейки коленчатого вала, м (табл. 2.1.);

S_д - площадь сечения шейки вала, м²;

Н - напряженность поля, А/м (табл. 2.3.)

Принимаем Н=6500 А/м.

3. Восстановление работоспособности коленчатых валов среднеоборотных дизелей нанесением покрытий

Ремонт коленчатых валов с шейками, износ которых достиг предельного значения, осуществляется наращиванием металла с последующей обработкой до 3 номинальных размеров или только механической обработкой по системе ремонтных размеров.

Нанесение металла на изношенные поверхности шеек может производиться хромированием или плазменным напылением.

На выбор процесса наращивания покрытия влияют толщина и физико-механические свойства (твердость, прочность сцепления материала восстановленного слоя с основой, внутренние напряжения и т.д.).

Толщину S слоя металла, наносимого на шейки коленчатого вала, можно рассчитать по следующему выражению:

где: Z_ш - толщина слоя металла, удаляемого с восстанавливаемой поверхности для обеспечения ее правильной геометрической формы, мм;

W - радиальный износ шейки на сторону для расчетного диаметра d_расч, мм:

Z - припуск на механическую обработку после нанесения покрытия, мм.

Численные значения Z_ш и Z условно можно принять по табл. 4.1. [1].

Так как S?0,5 мм, то для восстановления изношенных шеек вала в качестве основного метода используем хромирование.

4. Восстановление коленчатых валов хромированием

Хромирование-процесс осаждения ионов хрома на поверхности восстанавливаемой детали при электролизе. При прохождении тока через электролит происходит движение положительно заряженных ионов хрома к катоду-детали, а отрицательно заряженных - к аноду.

Процесс хромирования осуществляется с применением нерастворимых анодо-

в, обычно свинцовых с добавкой 5-10% сурьмы. В зависимости от применяемого электролита (сульфатного, сульфатно - кремнефторидного, тетрахроматного) и режимов хромирования (плотности тока D_к и температуры Т_э) могут быть при хромировании получены три типа осадков, отличающихся свойствами и внешним видом: молочные, блестящие и серые.

Таблица 3.1. Исходные данные для выбора параметров восстановления шеек вала хромированием.

Вид осадка хрома	Сцепляемость хромового покрытия с металлом Сц	Выход хрома по току, %	Остаточные напряжения в покрытии , ГПа.	Режим хромирования Dk,Тэ.
Блестящий	60	24	0,13

Механическая обработка шеек коленчатого вала перед хромированием должна обеспечить правильную геометрическую форму. Такая обработка выполняется на специальных шлифовальных станках.

С целью уменьшения шероховатости поверхности шейки и повышения усталостной прочности коленчатого вала после шлифования рекомендуется гладкое обкатывание шариком поверхностей шейки (включая галтели) с помощью приспособления, устанавливаемого на шлифовальном станке, со следующими режимами:

Диаметр шарика d_ш -8 мм;

Сила давления на шарик P - 600H;

Подача S - 0.07 мм/об;

Скорость обкатывания V - 97 м/мин.

Хромирование вала осуществляется следующим образом. Электролит подается через штуцер 6 в нагнетательную полость А, проходит через перфорацию анода в рабочую полость Б, омывает поверхность шейки вала, поступает в сливную полость В и затем через расширительную полость Д и штуцер 5 попадает в ванну для последующего использования.

Для удаления окисной пленки с целью повышения прочности сцепления с основным металлом производится анодное декодирование (деталь служит анодом).

Операция выполняется в ванне такого же состава, как и для хромирования. По следующему режиму:

Температура электролита 323…328 К;

Анодная плотность тока D_a=3…3,5 кА/м²;

Продолжительность t=30…40 С.

Промывка вала после электрохимического травления и хромирования осуществляется прокачиванием через электролизер холодной воды в течении 0,5…1 мин.

Хромирование шеек коленчатого вала производится анодно-струйным методом в универсальном электролите следующего состава:

Хромовый ангидрид CrO₃-220-250 кг/м³;

Серная кислота -2,2-2,5 кг/м³;

Режимы хромирования:

Ток реверсивный;

Катодный период t_к=600с;

Анодный период t_а=10с;

Катодная плотность тока D_к=8 кА/м²;

Анодная плотность тока D_a=8 кА/м²;

Температура электролита Т=328 К;

Скорость протока электролита V_пр=0,8 м/с.

Продолжительность хромирования в зависимости от режимов определяется по формуле:

где _xp=6,710³ кг/м³ - плотность хрома;

Dк-плотность тока, А/м²

С=0,32410³ кг / Ач-электрохимический эквивалент;

=0,10,2 - выход по току.

По известны данным, снимаем значения с графикоф;

С графика 4.3 снимаем значение Т_э1=321К,

С графика 4.4 снимаем значение Т_э2=330К, Д_к1=4.6кА/м²,

С графика 4.2 (а) снимаем значение Д_к2=12кА/м²,

С графика 4.2 (б) снимаем значение Т_э3=318К,

С графика 4.1 снимаем значение Д_к по среднему значению Т_э=323К.Д_к=8кА/м².

Перед началом процесса осаждения рекомендуется <<толчок тока>>-ток в 1,5-2 раза превышающий номинальный. На повышенном токе процесс ведется в течение 30 с, затем плавно снижается в течении 300 с до рабочей величины.

После промывки вала производится демонтаж электролизера, просушивание покрытия сжатым воздухом, его контроль внешним осмотром и физическими методами.

Перед механической обработкой удаляются свинцовые заглушки с масляных отверстий шеек. Обработка производится шлифованием до номинального размера. Рекомендуется использование кругов на электрокорунде зернистостью 25-16 и твердостью CMI - CI на керамической связке, при окружной скорости вращающегося круга 30-35 м/с, с продольной подачей не более 20 мм/об.

Таблица 3.2. Технологическая схема восстановления изношенных шеек коленчатых валов методом плазменного напыления

№	Наименование операции	оборудование	материалы	режимы
1	Очистка и мойка деталей	Моечная ванна	Моечный препарат лобомид	t=70…80?С
№	Наименование операции	оборудование	материалы	режимы
2	Дефектация	Микрометр, магнитопорошковый дефектоскоп ДМ-76	Магнитная суспензия	In=67 А
3	Механическая обработка (шлифование)	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об
4	Пескоструйная обработка поверхностей шеек	Пескоструйный аппарат	Электрокорунд грануляция 0,6-0,8 мм	РВ=0,4 МПа
5	Обезжиривание поверхности шеек	Кисть	Ацетон
6	Изоляция щек кривошипа		Лакоткань
7	Установка вала на токарном станке	Подъемный кран, токарный станок
8	Плазменное напыление	Установка УПМ-3Д плазмотрон ПМ-25	Порошок ПХ20Н80	I=440 А U=75 В Н=140 мм V=4..5 мм/об n=1 с-1
9	Демонтаж вала	Подъемный кран
10	Осмотр и обмер шеек	Микрометр
11	Шлифование черновое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=6 мм/об t=0,02 мм
12	Шлифование чистовое	Круглошлифовальный станок	Абразивный круг ЭБ40СМ	Vкр=30 м/с Vд=0,5 м/с Sпр=3 мм/об t=0,005 мм
13	Дефектация	Магнитопорошковый дефектоскоп ДМ-76	Магнитная суспензия

5. Ремонт коленчатого вала механической обработкой

Существо метода ремонта механической обработкой состоит в том, что восстановление работоспособности деталей осуществляется путем дополнительной обработки без нанесения каких-либо покрытий.

Для многих деталей судовых дизелей (блоки цилиндров, фундаментные рамы, поршни, шатуны, коленчатые валы и т.д.) по отдельным изнашивающимся поверхностям установлены ремонтные размеры.

Ремонтные размеры - совокупность установленных размеров с предельными отклонениями, технологическое обеспечение точности которых обуславливает требуемое качество и характер сопряжения отремонтированных деталей.

Количество ремонтных размеров детали определяется следующими факторами:

· эксплуатационными - значением предельного радиального износа - W_пр;

· технологическим - припуском на механическую обработку Z;

· браковочным размером детали.

Таблица 4.1. Расчет ремонтных размеров шеек коленчатых валов

Марка дизеля	Номинальные размеры шеек вала dн, мм	Срок службы до капитал. ремонта Т, тыс. ч	Нормативная скорость изнашивания он, мм/тыс. ч	Припуск на механическую обработку Z, мм	Браковочный диаметр шейки dбр, мм	Ремонтный интервал г, мм	Количество ремонтных размеров, n	Ближайший ремонтный размер изношенной шейки dpi, мм
6ЧСП18/22	Коренная 135-0,025	36	3,69•10-3	0,10	71	0,464	120	134,536 134,072 133,608

Таблица 4.2. Расчет браковочного размера шейки коленчатого вала.

Расчетная формула	Численное значение
	79
	0,98
Коэффициент, б	0,9
Временное сопротивление материала при растяжении, Rm, МПа	780
Диаметр цилиндра дизеля, мм	180
Коэффициент, зависящий от рядности дизеля, А	1,0
Максимальное давление сгорания, pz, МПа	8
Расстояние между серединами коренных шеек, м	0,275
Коэффициент, В	1,0
Коэффициент, ц	5,95
Коэффициент,	0,8
Среднее индикаторное давление, МПа	0,97
Ход поршня, S, мм	220

Значение предельного радиального износа шейки вала:

Ремонтный интервал:

где z_min=0,1 - припуск на механическую обработку.

Число ремонтных размеров шеек коленчатого вала:

Поскольку двигатель проходит не более трех капитальных ремонтов, то следует принять первые три ремонтных размера.

Значение любого диаметрального ремонтного размера шейки коленчатого вала:

где d_p(i-1) - значение предшествующее i - му ремонтному размеру, мм.

6. Сборка коленчатого вала с подшипниками после ремонта

Сборка узла шейка вала-подшипник осуществляется по принципу полной взаимозаменяемости.

Для обеспечения полной взаимозаменяемости деталей сборочной единицы необходимо при изготовлении или восстановлении обрабатывать и шейку коленчатого вала и подшипник с определенными квалитетами точности, определяющими поля допусков деталей.

Если при обработке партии деталей инструментом, настроенным на размер отклонения размера от формируются под влиянием большого количества независимых или слабо зависимых случайных факторов, то кривая их распределения соответствует нормальному закону или кривой Гаусса. Для нормального закона распределения из условий полной взаимозаменяемости допуск принимают равным ±3у, т.е. 6у (у - среднее квадратическое отклонение).

Таблица 5.1. Исходные данные для расчета сборки коленчатого вала с подшипниками

Марка дизеля	Ремонтный диаметр вала dр, мм	Предельные отклонения размера шейки вала, мм	Предельные отклонения погрешности К	Значение монтажного зазора, мм	Предельные отклонения диаметра подшипника, мм
				Smax	Smin	ES(Dp)	EI(Dp)
		Верхнее es(dp)	Нижнее ei(dp)
6ЧСП18/22	Коренная 134,536	0	-0,025	±2,5	0,16	0,12	+0,2	+0,1

Определим число шеек коленчатого вала в партии 200 штук, отклонения которых находятся в пределах ±2,5у:

По таблице 6.1 [1] находим, что Ф (2,5)=0,09275, а так как кривая Гаусса симметрична относительно среднего арифметического размера, то 2Ф (2,5)=0,1855. Отсюда следует, что 86,64% шеек имеют заданные пределы отклонений.

Число их будет равно:

Допуск на обработку шеек:

Поскольку кривая симметрична, средний арифметический размер:

Значения отклонений диаметра деталей в пределах ±1,5у:

Таким образом, у 37 деталей из партии 200 штук размеры будут в пределах с допуском 0,02 мм.

Предельные отклонения диаметра подшипника, обеспечивающие сборку узла по принципу полной взаимозаменяемости:

EI и ei - нижние предельные отклонения подшипника и шейки вала, мм;

ES и es - верхние предельные отклонения подшипника и шейки вала, мм;

S^max(M) и S^min(M) - максимальное и минимальное значения монтажного зазора, мм;

Средний арифметический диаметр:

Среднее квадратическое отклонение:

Коэффициент распределения:

Значение интеграла:

По таблице 6.1 [1] находим, что Ф(К₁)=0,2257, и Ф(К₂)=0,4641.

Вычитание дает относительное число деталей в партии с отклонениями от К₁ до К₂.

Число подшипников, обеспечивающих требуемые условия сборки с шейками вала:

.

7. Анализ точности сборки КШМ судовых дизелей при ремонте

Сборка КШМ дизелей, как и сборка любых других механизмов, представляет собой процесс, сочетающий в полной мере выполнение чисто технических процедур последовательного соединения деталей в узлы и механизмы в целом, а также решение ряда принципиальных вопросов, связанных с выбором методов и средств оценки точности сборки, разработкой предложений по уменьшению суммарных погрешностей сборки и т.п.

Из всего многообразия погрешностей, влияющих на вид и характер математической модели технологической операции узловой сборки и центровки поршня КШМ в цилиндре, примем в рассмотрение следующие:

· отклонение от взаимной перпендикулярности осей цилиндровой втулки, вставленной в блок цилиндров двигателя, и коленчатого вала, уложенного во вкладыши коренных подшипников фундаментной рамы, ш₁;

· отклонение от идеального взаимного расположения осей коренной и шатунной шеек коленчатого вала

,

где ш_2n и ш_2с - непараллельность и перекрещивание осей коренных и шатунных шеек соответственно.

;

· отклонение от идеального взаимного расположения осей подшипников шатунов

где ш_3n и ш_3с - непараллельность и перекрещивание осей подшипников поршневой и кривошипной головок шатуна соответственно.

.

С учетом известных геометрических соотношений в КШМ:

,

где - геометрическая характеристика механизма;

r - радиус кривошипа, мм;

L - длина шатуна, мм;

· отклонение от взаимной перпендикулярности осей отверстия под поршневой палец и тронка поршня, ш₄.

Под математической моделью понимается изменение рассматриваемых величин в функции от первичных погрешностей, влияющих качественно на эти изменения.

Применительно к оценке точности сборки КШМ дизелей по перекосам поршня в цилиндре математическая модель представляет собой выражение, описывающее траекторию перемещения образующей тронка поршня проходящей через ось коленчатого вала и поршневого пальца, в зависимости от производственных погрешностей во взаимном расположении базовых поверхностей основных деталей и углов поворота коленчатого вала.

При некотором угле поворота коленчатого вала будем иметь для перекосов поршня в цилиндре:

Таблица 6.1. Исходные данные для анализа точности сборки КШМ судовых дизелей при ремонте

Радиус мотыля r, мм	Длина шатуна L, мм	l1, мм	l2, мм	Ш1	Ш2п	Ш2с	Ш3п	Ш3с	Ш4
				мм/100 мм
140	246	132	-0,6	-0,03	0,003	0,005	-0,004	0,050	0,020

Таблица 6.2. Расчет перекосов поршня

ц?, мм/100 мм	0?	30?	60?	90?	120?	150?	180?	210?	240?	270?	300?	330?	360?
Ш1	-0,03
Ш2	0,003	0,005	0,006	0,005	0,003	-0,0001	-0,003	-0,005	-0,006	-0,005	-0,003	0,0001	0,003
Ш3	-0,004	0,01	0,023	0,026	0,023	0,01	-0,004	-0,02	-0,03	-0,035	-0,03	-0,02	-0,004
Ш4	0,020
ШУ	-0,011	0,005	0,019	0,021	0,016	-0,0001	-0,017	-0,025	-0,046	-0,05	-0,043	-0,03	-0,011

По полученным данным строим графические зависимости перекосов поршня в цилиндре, вызванных каждой отдельной погрешностью (рис. 6.1), и суммарных перекосов (рис. 6.2) в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Выполним графический анализ суммарной зависимости.

На рисунке 6.2 _max>[]=0.04 кг/100 мм, последовательность практического решения вопроса о возможности, необходимости и выборе метода уменьшения перекосов до допустимых пределов принимается следующей:

- из графической зависимости изменения суммарного перекоса поршня в цилиндре от первичных погрешностей и угла поворота коленчатого вала выделим постоянную составляющую

_n =-0.05 мм/100 мм.

- определяется доля превышения максимального перекоса поршня в цилиндре над допустимым значением и эта доля сравнивается с постоянной составляющей

_max - []?[]

0.021-0.05=0.029 мм/100 мм,

0.029?0.04

Основное условие качественной сборки удовлетворяется. Из этого сравнения следует, что решение задачи успешно достигается технологическими приемами.

Т.е. поворотом поршня на 180⁰ (компенсация перекосов). На рис 6.3 представлен график изменения суммарного перекоса поршня после компенсации перекосов.

8. Центровка валопровода по изломам и смещениям

Ось валопровода представляет собой прямую линию, соединяющую центр фланца коленчатого вала с центром диска винта.

Смещением называется такое положение валов, при котором их геометрические оси параллельны, но не лежат на одной прямой.

Изломом называется положение валов, при котором их геометрические оси в пространстве пересекаются.

На практике наиболее широко используется метод центровки валопровода по изломам и смещениям, измеряемым на фланцах валов.

Для определения численных значений изломов и смещений на фланцах валов устанавливаются стрелы.

При центровке за базу обычно принимается ось гребного вала, на фланце которого закрепляется охватывающая (Г - образная) стрела.

Таблица 7.1. Данные для расчетов по центровке валопровода

Наименьшее расстояние между тремя опорами Lmin, м	Наружный диаметр валов d, м	Положение стрел	Значение зазоров, характеризующих	Расстояние между точками измерений 2R, м	Расстояние от фланца до подшипника, м
			Смещение, мм	Излом, мм		Кормового l1	Носового l2
6	0,09	Верх Низ Пр. борт Лев. борт	3,6 1,2 3,2 2,2	1,5 3,5 1,2 3,2	0,7	0,25	2,7

В табличной форме (табл. 7.2) используя данные табл. 7.1, рассчитаем значения смещения и излома проверяемого вала, определим их положение:

Таблица 7.2. Результаты измерения зазоров на фланцах валов

Положение стрел	Значение зазора характеризующего	Смещение мм	Излом мм/м	Положение
	Смещение мм	Излом мм
					Смещения	Раскрытия фланцев
Верх Низ	a1=3,6 b1=1,2	c1=1,5 d1=3,5	1,2	-1,4	Вниз	Вниз
Прав. борт Лев. борт	a2=3,2 b2=2,2	c2=1,2 d2=3,2	0,5	-1,4	Левый борт	Левый борт

Строим схему расположения проверяемого вала относительно базового для вертикальной линии горизонтальной плоскости:

Максимальное допустимое значение смещения и излома:

Для расчета используется зависимость

где - среднее расстояние между опорами трех смежных пролетов, общая длина которых наименьшая для данного валопровода

Полагая в уравнении ц=0, определим д_max, при д=0 рассчитывается ц_max.

При ц=0:

При д=0:

Расчет перемещений подшипников проверяемого вала для устранения расцентровок его с базовым:

С целью упрощения расчетов разделим процесс подцентровки проверяемого вала на два этапа.

Сначала устраним излом проверяемого вала относительно базового.

Причем за центр разворота вала примем точку О - центр фланца проверяемого вала. Значения величины перемещений подшипников вала: кормового Х и носового y можно определить из подобия треугольников 1 и 2, 1 и 3 соответственно (рис. 7.2).

Из треугольника 1:

где U - абсолютное значение излома, мм;

ц - излом проверяемого вала, мм/м.

тогда

где l₁ и l₂ - расстояние от фланца до кормового и носового подшипников.

Теперь проверяемый вал занимает положение, параллельное базовому, но его ось смещена вниз на величину д=1,2 мм, поэтому нужно поднять оба подшипника на эту величину:

- поднять вверх носовой подшипник

- опустить вниз кормовой подшипник.

9. Расчет гидропрессового соединения валов валопровода

Одним из способов соединения валов между собой при использовании для валопровода подшипников качения является муфтовое гидропрессовое соединение.

Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения, возникающих при упругой деформации материалов валов, гильзы и муфты при создании натяга.

Таблица 8.1. Данные для расчета гидропрессового соединения валов

Марка дизеля, мощность, частота вращения	Диаметр валов d, м	Длина муфты Lф, м	Наружный диаметр гильзы Dг, м	Наружный диаметр муфты Dн, м	Конусность соединения К	Диаметральный зазор между валом и гильзой Д, мм
6ЧСП 18/22 N=110 кВт n=12,5 с-1	0,09	0,25	0,12	0,19	1:50	0,12

Крутящий момент:

где Ne - передаваемая мощность, кВт;

n - частота вращения, с^-1.

Контактное давление на сопрягаемых конических поверхностях муфты и гильзы:

где Е - модуль упругости материала промежуточной гильзы, для стали 2,1•10⁵ МПа;

d - диаметр шейки вала, м.

Диаметральный натяг между муфтой и гильзой:

где А и В-безразмерные коэффициенты, зависящие от диаметра вала, гильзы и муфты:

Контактное давление на сопрягаемых поверхностях вала и гильзы, обеспечивающее передачу крутящего момента:



где - момент сопротивления вала кручению, м³;

f_m=0,18 - коэффициент трения при круговом смещении;

К=3 - коэффициент запаса несущей способности соединения по трению.

Диаметральный натяг между гильзой и валом:

Контактное давление на сопрягаемых конических поверхностях муфты и гильзы в рабочем состоянии:

Диаметральный натяг между втулкой и гильзой в рабочем состоянии:

Осевое перемещение муфты по конусу гильзы:

Усилие установки муфты в начальное положение (до плотного соприкосновения поверхностей):

где - контактное давление на сопрягаемых поверхностях;

- фактическая площадь контакта сопрягаемых поверхностей, м²;

- коэффициент трения при осевом смещении.

Усилие окончательной напрессовки муфты с подачей масла на сопрягаемые конические поверхности:

где - давление масла на сопрягаемых поверхностях;

- коэффициент трения при осевом смещении муфты с подачей масла.

Приведенные напряжения на внутренней поверхности муфты:

Из условия прочности ,

где - предел текучести материала муфты.

Условие прочности не выполняется, по этому необходимо менять материал муфты.

Приведенные напряжения на внутренней поверхности гильзы:

,

где у_t - тангенциальные напряжения, МПа;

у_r - радиальные напряжения, МПа.

Из условия прочности , где - предел текучести материала гильзы.

Условие прочности не выполняется, поэтому необходимо менять материал гильзы.

Список литературы

1. Методические указания к курсовому проектированию «Технология ремонта СЭУ» Журавлев В.П. Темплан ЛИВТ 1992 г.

Размещено на Allbest.ru