Восстановление шпоночного паза коленвала
У шпоночных пазов изнашиваются боковые грани. При их небольшом износе пазы фрезеруют до выведения следов износа. Допускается увеличение ширины паза на 15 %. В этом случае в соединяемой детали также увеличивают ширину шпоночной канавки и при сборке устанавливают шпонку ремонтного размера. Иногда шпоночный паз соединяемой детали не обрабатывают, а устанавливают ступенчатую шпонку.
Если шпоночный паз невозможно восстановить обработкой под ремонтный размер, то его заваривают и фрезеруют паз номинального размера на новом месте. Однако менять положение паза на валу нельзя, если шпонка служит одновременно и для фиксации соединяемой детали в строго заданном положении (например, шпоночный паз распределительного вала).
Шлицы изнашиваются преимущественно по боковой поверхности. Их износ по ширине у деталей автомобилей составляет 0,4. 0,6 мм, иногда до 1,0 мм, тракторов — 1. 2, иногда до 3. 4 мм. У шлицевых валов, центрируемых по наружному диаметру, изнашивается также и эта поверхность. Износ по наружному диаметру обычно составляет 0,1 . 0,2 мм, но может достигать 0,6. 0,7 мм.
Изношенные шлицы восстанавливают следующими способами:
– ручной или механизированной дуговой наплавкой;
– электроконтактной наплавкой с одновременной осадкой (комбинированный способ);
– заменой шлицевой части детали.
Широко применяют дуговую наплавку шлицев. Ручная наплавка малопроизводительна. Поэтому чаще используют механизированную наплавку в среде углекислого газа, под флюсом и вибродуговую наплавку. Наплавку выполняют продольными валиками или по винтовой линии. При продольной наплавке шлицев шириной до 5. 6 мм впадину полностью наплавляют, а у крупных шлицев наплавляют только изношенную сторону шлица.
После наплавки вал при необходимости правят, протачивают по наружному диаметру, фрезеруют и шлифуют шлицы. При центрировании шлицевого соединения по наружному диаметру его после обточки шлифуют. Если по техническим требованиям необходимо обеспечить повышенную твердость шлицев, то после фрезерования шлицы закаливают в масле при нагреве до температуры 850°С, отпускают при температуре 200. 250 °С и шлифуют.
Столкнулся я со следующей проблемой и оказывается данная проблема весьма распространена…
Проявление: стук внизу двигателя в такт. Ни глухой но и не звонкий. Иногда сильнее иногда вообще пропадает. Сначала думал что вкладыши. снимал поддон для проверки( заодно в очередной раз модернизировал масленный насос).
Диагностика: все просто: снимаем все навесные ремни, и беремся рукой за шкив коленвала — все сразу понятно…
Причины: их несколько: короткий носок коленвала, поэтому шкив висит практически ввоздухе, притягиваясь болтом. Шпонка которая торчит из коленвала -и при малейшей нагрузке на нее работает как рычаг. Плюс посадка самого шкива -ну больно уж свободная.
Можно прочитать это все и подумать: фу ерунда какая то, у меня все хорошо — так вот проблема глобальна и если при очередной заменегрм вы ей не озадачитесь будет плохо…Но в России как то данная проблема не особо освещается, а вот в США на форумах я нашел примеры таких разрушений:
www.miata.net/garage/crankshaft.html
mazdaracers.com/topic/126…ulley-key-and-crank-bolt/
И главное -Лечение:
1) Новые детали — для желающих сэкономить заказываем детали kia
а) шестерню грм 0K937 11321
б) шкив MB31C 11400
в) шпонку ( оригинал мазда, так как есть сведения что материал у киа хуже). ВНИМАНИЕ шпонка не квадртная, смотрите внимательно при установке!) B3C7-11-317
2) шпоночный паз надо восстановить в геометрии и вклеить в него шпонку навсегда — тогда она перестанет перемещаться и разбивать паз. Для это можно использовать:
а) анаэробные клеи для больших зазоров. у американцев в почете loctite 660 (цена космос но вдруг вам повезет как мне).
Аналоги:
WEICONLOCK AN 306-60 — стоит примерно 1500 в Новосибирске можно купить интернет магазине
loxial 89-51
chester molecular D80 или E80
permabond-hh167
Это не просто так придумано -это прямо рекомендация ух этих производителей как ремонтировать шпоночный паз.
б) Холодная сварка. Выпускается двух видов : это стержень который вы разминаете, или содержимое двух сосудов которое вы смешиваете. Сразу скажу — стержень более вязкий из него можно лепить, из двух составных компаундов лепить трудно — они больше подходят как клей.
Вопрос в том что если паз сильно разбит то Loctite 660 нельзя использовать — хоть в США так и делают, но данный клей всего лишь заполняет зазоры но никак не восстанавливает деталь а в больших объемах он может просто не затвердеть…Поэтому восстановить геометрию лучше холодной сваркой и вклеить на loctite 660 или полностью все заполнить холодной сваркой как здесь:
3) Лично я решил что узел будет хоть трудно -но разборным.
поэтому : из холодной сварки востановил геометрию паза . Сначала хотел воспользоваться холодной сваркой Permatex 84109 — но понял что для моих дел она не подходит. Поэтому поступил просто купил Момент холодная сварка с металлом и вылепил паз
затем вклеил шпонку ПРАВИЛЬНОЙ СТОРОНОЙ И В ПРАВИЛЬНОМ ПОЛОЖЕНИИ на loctite 660.
тут надо заметить что хоть и разбивает шкив и шестерню коленвал гораздо более стойкий -и он не уменьшается в диаметре, а увеличивается ( развальцовывается) поэтому восстанавливать вал необходимости нет.
Отступление: Для восстановления посадки подшипника с возможностью разборки — Loctite использует втулочный фиксатор средней фиксации, аналогом ему допустим есть продукт permatex который так же является и резьбовым фиксатором для резьб 3/4″» — тут же я выяснил что принципиального различия между анаэробными клеями втулочными и резьбовыми -разницы нет. Компонент один а вот различия в вязкости.
Поэтому для фиксации шкива я использовал что у меня было:
Им я обмазал вал( втулочный фиксатор) обмазал аккуратно шестерню ( фланцевая фиксация) -тем самым разгрузив воздействие на шпонку и сделать соединение шестерня — шкив единым.
Главное : при затяжке болта обязательно соблюсти момент затяжки, а не затягивать молотком или от руки «а «и так пойдет».
чтобы затянуть (а так же и открутить) болт коленвала я использовать не хитрое приспособление из уголка
которое упирал в чурбак как удобно. затягивал из под крыла обычной головкой и удлинителем ( боковая подушка двигателя снята).
Шпоночные соединения служат для подачи крутящего момента от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, втулки и других подобных смонтированных на нем деталей и, наоборот, от этих деталей — к валу. Соединительной деталью является шпонка. Шпонки, кроме этого, фиксируют на валу положение деталей в осевом положении. Основные типы шпонок и их размеры стандартизированы [31,45J. Шпоночные соединения (рис. 9.28) отличаются простотой, удобством сборки, разборки и ремонта. Главным их недостатком является ослабление из-за наличия шпоночных пазов сечения деталей и уменьшение жесткости при кручении. Это часто приводит к разрушению деталей соединения. Сечения шпонок и шпоночных пазов в сопрягаемых деталях подбираются в зависимости от диаметрального размера вала и характера сопряжения.
По условиям эксплуатации шпоночные соединения подразделяют на напряженные, в которых при отсутствии внешних сил и моментов постоянно действуют внутренние силы упругости, возникающие в результате предварительной затяжки, и ненапряженные. Для последних применяют призматические и сегментные шпонки, которые работают боковыми гранями.
Призматические шпонки (рис. 9.28, а) выполняют обыкновенными, высокими со скругленными или плоскими концами. Они служат для неподвижного соединения вала со ступицей.
Направляющие шпонки (рис. 9.28, г) используют в случаях, когда ступица должна перемещаться вдоль вала. Эти шпонки крепят к валу винтами.
Скользящие шпонки (рис. 9.28, в) перемещаются вдоль вала вместе со ступицей. Эти шпонки применяют вместо направляющих (см. рис. 9.28, г) шпонок в случаях, когда нужно обеспечить значительное перемещение ступицы вдоль вала. Скольжение шпонки сопрягают со ступицей посредством цилиндрического выступа.
Сегментные шпонки (рис. 9.28, б) используют только для передачи сравнительно небольших крутящих моментов. При необходимости по длине вала могут быть установлены две, а иногда и три такие шпонки. Преимуществом сегментных шпонок является легкость изготовления их самих, а также пазов под них, а недостатком — необходимость выполнения глубоких пазов в валах, что снижает их прочность.
Клиновые шпонки с уклоном 1:100 (рис. 9.28, д) в совокупности с валом и втулкой образуют напряженные шпоночные соединения. В эту группу входят четыре вида шпонок: врезные, на лыске, фрикционные и тангенциальные.
Рис. 9.28. Конструкция шпонок:
а – призматической; б – сегментной; в – скользящей; г – направляющей; д – клиновой: 1 – тангенциальной; 2 – фрикционной; 3 – на лыске; 4 – врезной
Врезная шпонка имеет в поперечном сечении форму прямоугольника. Эти шпонки устанавливают в пазы, выполненные в ступице и валу. Врезная шпонка обеспечивает надежное соединение и передачу значительных по величине крутящих моментов, однако паз снижает прочность вала на 6 — 10%.
Шпонка на лыске монтируется на специальную площадку, которая выполняется на валу. Лыска ослабляет вал незначительно. Однако такие шпонки хуже, чем врезные, сопрягают деталь с валом.
Фрикционная шпонка имеет на опорной поверхности сферическую выемку, которая соответствует диаметру вала. При использовании таких шпонок прочность вала не снижается. Однако эти шпонки не могут передавать значительные крутящие моменты, поэтому их применяют в основном в приборостроении.
Тангенциальная шпонка состоит из двух клиньев, которые устанавливают навстречу друг другу в канавку вала вдоль его образующей. Такая шпонка обеспечивает передачу крутящего момента только в одну сторону. При необходимости реверсирования — две шпонки под углом 120°, передающие значительные по величине крутящие моменты, но уменьшающие прочность вала.
Призматические шпонки передают крутящий момент боковыми гранями, поэтому их запрессовывают с гарантированным натягом по боковым сторонам канавки. Направляющие (призматические) шпонки устанавливают по более свободной посадке. Клиновые шпонки запрессовывают между сопрягаемыми деталями. Сложность пригонки таких шпонок заключается в том, что угол наклона паза установленной на вал детали должен совпадать с углом наклона шпонки. Пригонку осуществляют припиливанием и пришабриванием по месту с проверкой на краску.
В процессе эксплуатации детали шпоночных соединений под действием динамических нагрузок изнашиваются. Одной из основных причин, вызывающих нарушение правильности распределения нагрузки и смятие шпонки, является увеличение зазора в соединении. К смятию приводит также неправильное расположение шпоночного паза на валу. Перекос осей пазов вызывает перекос охватывающей детали на валу и изнашивание деталей соединения.
Для восстановления шпоночных пазов применяют различные способы. При значительном износе шпоночный паз ремонтируют посредством наплавки грани (рис. 9.29, а) с последующим фрезерованием. При обработке необходимо выдерживать размеры паза, регламентируемые стандартом. Для ремонта может быть использована вибродуговая наплавка, основным преимуществом которой является низкая температура нагрева детали (не выше (90—100) °С) [28, 41,45J. Такой нагрев не вызывает деформации и снижения твердости соседних закаленных участков ремонтируемой детали. Можно наращивать слой металла толщиной до 4 мм. В процессе наплавки электроду сообщаются колебания с частотой 50—100 Гц и амплитудой до 4 мм, а в зону дуги подается охлаждающая жидкость (5%-й раствор кальцинированной соды). Она уменьшает тепловое воздействие дуги на ремонтируемую деталь и увеличивает скорость охлаждения основного и наплавленного металла. При этом снижаются деформации и смягчается эффект самоотпуска соседних с ремонтируемым участков детали. Охлаждающая жидкость служит также защитой расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота.
Рис. 9.29. Ремонт шпоночных пазов
а – наплавкой грани; б – установкой ступенчатой шпонки
Ремонт выполняют на токарном станке, на суппорт которого устанавливают виброголовку, получающую продольную или поперечную подачу (рис. 9.30). Электрический ток подводится к ремонтируемой детали и электроду, который подается с барабана роликами. Деталь закрепляют в центрах или в патроне. В результате вибраций электрода посредством пружинно-электромагнитного устройства происходят замыкание и разрыв электрической цепи в зоне контакта электрода с поверхностью детали. Вследствие большой плотности тока (до 400 А/мм 2 ) при касании электрода детали зона контакта оплавляется, а электрод оставляет на поверхности детали часть расплавленного металла. Процесс повторяется с заданной частотой вибрации. При наплавке вибрация электрода уменьшает глубину основного металла и повышает коэффициент расплавления электрода. Вследствие этого снижаются потери металла и расход электроэнергии. В процессе вибродуговой наплавки ремонтируемые детали намагничиваются, поэтому после восстановления их нужно размагничивать. Благодаря вибрациям процесс наплавки может быть осуществлен при низком напряжении (12—18 В). Угол подвода электродной проволоки к детали — (15—30)°. Скорость подачи электрода не должна превышать 1,65 м/мин, скорость наплавки — 0,5—0,65 м/мин.
Структура и твердость наплавленного слоя зависят от химического состава электродной проволоки и количества охлаждающей жид-
Рис. 9.30. Схема вибродуговой наплавки:
1 – барабан с электродной проволокой; 2 – подающие ролики; 3 – пружина; 4 – насос; 5 – направляющий наконечник; 6 – ремонтируемая деталь; 7 – электромагнит; 8 – генератор; 9 – двигатель; 10 – редуктор кости. При наплавке проволокой Нп-80 (с содержанием углерода (0,75—0,85)%) наплавляемый валик закаляется в охлаждающейся жидкости до высокой твердости и частично отпускается. При этом образуется неоднородная структура от мартенсита закалки до троосто- сорбита отпуска с твердостью 25—55 НЯСэ. При наплавке низкоуглеродистой проволокой Св-08 получают твердость поверхности наплавки 14—19 НЯСэ [28,45].
Технологическая последовательность вибродуговой наплавки изношенной грани шпоночного паза следующая: устранение механической обработкой глубоких рисок и задиров, вызванных износом; подготовка детали к наплавке (очистка, промывка, обезжиривание); наплавка (при необходимости в несколько проходов); размагничивание детали; контроль детали для определения припусков на механическую обработку.
Все шпоночные пазы и отверстия с целью их сохранения заделывают графитовыми или медными вставками так, чтобы они выступали над поверхностью на величину, превышающую толщину наплавленного слоя. Это позволяет легко их удалить после наплавки. Поверхности, не подлежащие наплавке, закрывают мокрым асбестом.
Возможно применение такого вида ремонта: изношенный шпоночный паз посредством фрезерования расширяют и углубляют, полностью устраняя таким образом последствия износа; изготавливают специальную ступенчатую шпонку (см. рис. 9.29, б). Однако такой ремонт не обеспечивает высокой точности и качества соединения. Поэтому его следует использовать в исключительных случаях (при технических осмотрах, текущих ремонтах) [8, 45]. Если на чертеже детали отсутствуют указания о фиксированном положении шпоночного паза, то допускается его изготовление заново на другом месте (не более одного на поперечном сечении) без заделки изношенного паза. Новый паз выполняют параллельно последнему в диаметральной плоскости под углом к изношенному пазу, равным 90, 135 или 180°.
При ремонте шпоночных соединений изношенные шпонки не ремонтируют, а изготавливают новые. Исключения составляют клиновые шпонки: их запрессовывают в паз ударом молотка через мягкую прокладку так, чтобы они заклинивались по высоте. Кроме этого, клиновую шпонку нужно устанавливать так, чтобы при ослаблении ее можно было осаживать. Между головкой шпонки и торцом детали должно оставаться расстояние, равное высоте шпонки.
При ремонте извлечение шпонок из пазов обычно выполняют посредством мягких выколоток (рис. 9.31, а, б). Призматические шпонки можно вынимать из пазов без повреждения. В средней части шпонки выполняют сквозное резьбовое отверстие, в которое ввертывают винт (рис. 9.31, в). При вращении винта его конец упирается в дно паза и выталкивает из него шпонку. Клиновые шпонки извлекают
Рис. 9.31 . Способы извлечения шпонок из пазов:
а, б – нанесением удара при извлечении призматических и сегментных шпонок (стрелками показано направление удара); в – посредством винта; г – с помощью приспособления для извлечения клиновых шпонок; д- выполнением скоса на шпонке
посредством специального приспособления (рис. 9.31, г). Его надевают на головку шпонки / и закрепляют кольцом 2 и винтом 6. Груз 3 может свободно перемещаться вдоль стержня 4, на конце которого расположен упор 5. При ударе груза об упор возникают осевые силы, которые обеспечивают извлечение шпонки из паза. Для извлечения клиновых шпонок используют также рычажные инструменты. Если к закладной клиновой шпонке имеется доступ со стороны, противоположной ее головке, то шпонку выталкивают посредством специальной выколотки. При извлечении клиновых шпонок запрещается применять молоток и зубило. Забивание зубила между головкой шпонки и ступицей приводит к искривлению шпонки, порче торцовой поверхности ступицы, а в ряде случаев — и к деформации вала.
После ремонта сборку соединений с призматическими шпонками необходимо осуществлять в такой последовательности: снять заусенцы и притупить острые края шпонок и пазов под них; пригнать шпонку по пазу вала в соответствии с посадкой, указанной на чертеже; пригнать шпоночный паз ступицы по шпонке в соответствии с посадкой, указанной на чертеже; установить шпонку в паз вала посредством медного молотка, струбцин или под прессом; проверить щупом отсутствие бокового зазора между шпонкой и пазом; проверить щупом наличие радиального зазора между шпонкой и ступицей (величина этого зазора стандартизована).
При подгонке и сборке в процессе ремонта призматических шпонок рекомендуется делать специальный скос (рис. 9.31, д), а с обратной стороны выполнять соответствующую пометку. Это дает возможность извлечь шпонку из паза посредством выколотки и молотка: выколотку упирают в помеченный конец шпонки со стороны скоса и ударяют по ней молотком; с этой стороны конец шпонки прижимают к основанию, а с противоположной — приподнимают.
Пригонку шпоночного соединения выполняют в такой последовательности: устанавливают вал в горизонтальном положении на призмах, расположенных на плите; пришабривают боковые стенки паза вала, обеспечивая их параллельность (допускаемое отклонение от параллельности не более 1 мм на 200 мм длины паза); проверяют параллельность стенок паза индикатором, а его ширину — калибром; после установки шпонки в паз проверяют высоту ее выступающей части; индикатором контролируют взаимное расположение шпонок на валу.
Источник