RU2064854C1 - Worn roll neck repair method - Google Patents
Worn roll neck repair method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2064854C1 RU2064854C1 SU5031623A RU2064854C1 RU 2064854 C1 RU2064854 C1 RU 2064854C1 SU 5031623 A SU5031623 A SU 5031623A RU 2064854 C1 RU2064854 C1 RU 2064854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- necks
- repair
- neck
- half rings
- fillet
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к механосборочному производству к способам восстановления изношенных шеек валов, при которых на изношенные шейки устанавливают дополнительные ремонтные детали и фиксируют их. The method relates to mechanical assembly production to methods for restoring worn shaft necks, in which additional repair parts are installed on worn necks and fixed.
В частности, изобретение относится к восстановлению шеек валов, например коленчатых валов поршневых автотракторных двигателей, компрессоров, вакуумных насосов и т. д. когда на изношенные и поврежденные шейки устанавливают и закрепляют ремонтные детали, выполненные в виде закаленных стальных ремонтных полуколец. In particular, the invention relates to the restoration of shaft necks, for example crankshafts of reciprocating tractor engines, compressors, vacuum pumps, etc., when repair parts made in the form of hardened steel repair half rings are installed and fixed on worn and damaged necks.
Изобретение может быть использовано для восстановления шеек валов на ремонтных предприятиях и в ремонтных мастерских. The invention can be used to restore the necks of the shafts at the repair enterprises and repair shops.
Известен способ-аналог восстановления коленчатых валов. A known method is an analogue of the restoration of crankshafts.
Способ-аналог описан в [1] По способу-аналогу изношенные шейки на всю длину обрабатывают на заданные размеры под ремонтные детали, изготовленные в виде двух стальных полуколец с буртиками. Толщина ремонтных полуколец 7,5 мм. Ось внутренней цилиндрической поверхности смещена на 2,5 мм. Ремонтные полукольца изготовлены из среднеуглеродистых сталей, прошли закалку. В стыках изготовлены фаски, а стыковые зазоры равны 3 мм. An analogous method is described in [1]. According to an analogous method, worn necks are processed to the full length to specified sizes for repair parts made in the form of two steel half rings with beads. The thickness of the repair half rings is 7.5 mm. The axis of the inner cylindrical surface is offset by 2.5 mm. Repair half rings made of medium-carbon steels, hardened. Chamfers are made at the joints, and butt gaps are 3 mm.
Перед сваркой стыки подогревают до температуры 150 200oС, поджимают к шейкам и производят сварку стыков без приварки к шейке за один проход, затем шейки обрабатывают на заданные размеры.Before welding, the joints are heated to a temperature of 150-200 o C, tightened to the necks and welded joints without welding to the neck in one pass, then the necks are processed to the specified dimensions.
Недостатки способа-аналога состоят в следующем. Положение стыков ремонтных полуколец на шейках не регламентировано. Поэтому стыки, представляющие ослабленное место, могут быть размещены на наиболее нагруженных участках, где наблюдается наибольший износ шеек, и это приведет к уменьшению надежности и ресурса шеек. Внутренние размеры ремонтных полуколец выбраны без учета возможности использования при их сборке пружинения для облегчения процесса временной фиксации. Не приведено соотношение для выбора рациональных диаметров шеек в зависимости от параметров ремонтных полуколец, что усложняет применение способа. Не применяют дополнительные галтели для повышения усталостной прочности галтельных переходов и соответственно отсутствуют условия построения продольного профиля шеек с учетом параметров ремонтных полуколец. На внутренних поверхностях ремонтных полуколец не применяют фаски, уменьшающие концентрацию напряжений в торцевых плоскостях, возникающих от натяга при усадке швов в стыках ремонтных полуколец. Не предусмотрены операции заделки пор, пустот и трещин в сварочных швах и не регламентированы направления движения электродов при сварке первого и второго стыков. Поэтому наблюдают разной величины напряжения в торцевых плоскостях. Кроме того, недостатки способа-аналога состоят в том, что ремонтные детали не соединяют сваркой с телом детали и не применяют дополнительную фиксацию их на шейках. The disadvantages of the analogue method are as follows. The position of the joints of repair half rings on the necks is not regulated. Therefore, joints representing a weakened place can be placed in the most loaded areas where the neck wear is greatest, and this will lead to a decrease in the reliability and resource of the necks. The internal dimensions of the repair half rings were chosen without taking into account the possibility of using spring when assembling them to facilitate the process of temporary fixation. Not given the ratio for the selection of rational diameters of the necks depending on the parameters of the repair half rings, which complicates the application of the method. Additional fillets are not used to increase the fatigue strength of fillet transitions and, accordingly, there are no conditions for constructing a longitudinal profile of necks taking into account the parameters of repair half rings. On the inner surfaces of repair half rings do not use chamfers that reduce the concentration of stresses in the end planes arising from interference when shrinkage of joints in the joints of repair half rings. The operations of sealing pores, voids, and cracks in the welds are not provided, and the direction of movement of the electrodes during welding of the first and second joints is not regulated. Therefore, different voltage values are observed in the end planes. In addition, the disadvantages of the analogue method are that the repair parts are not connected by welding to the body of the part and do not use their additional fixation on the necks.
В процессе эксплуатации происходит смятие, износ микро- и макронеровностей контактирующих поверхностей и ослабление посадки ремонтных полуколец на шейках, происходит смещение деталей относительно друг друга и отказы по этой причине. During operation, crushing, wear of micro- and macro-irregularities of the contacting surfaces and weakening of the repair half-rings on the necks occur, parts are displaced relative to each other and failures occur for this reason.
Подогрев ремонтных полуколец перед сваркой стыков, хотя и повышает пластичность материала в зонах сварки, но сопровождается увеличением напряжений растяжения в полукольцах и повышением вероятности образования трещин, что можно объяснить следующим образом. The heating of repair half rings before welding the joints, although it increases the ductility of the material in the welding zones, is accompanied by an increase in tensile stresses in the half rings and an increase in the likelihood of cracking, which can be explained as follows.
Ремонтные полукольца установлены на холодных шейках и поджаты к ним. Микронеровности и неприлегаемость ремонтных полуколец к шейкам затрудняет переход тепла от ремонтных деталей к восстанавливаемым. Repair half rings are mounted on cold necks and are drawn to them. Microroughnesses and the non-attachability of repair half rings to necks make it difficult to transfer heat from repair parts to recoverable ones.
Поэтому при нагреве ремонтных полуколец открытым газовым пламенем их температура становится больше температуры тела шеек. Therefore, when heating repair half rings with an open gas flame, their temperature becomes higher than the body temperature of the necks.
Поэтому ремонтные полукольца увеличивают свои размеры больше чем тело шейки. Зазоры в стыках ремонтных полуколец дополнительно уменьшаются. В этом состоянии стыки ремонтных полуколец сваривают и образуют сплошное ремонтное кольцо. Therefore, repair half rings increase their size more than the body of the neck. The gaps in the joints of the repair half rings are further reduced. In this state, the joints of the repair half rings are welded and form a continuous repair ring.
Затем в процессе охлаждения и выравнивания температур ремонтных деталей и шеек происходит следующее. Then, in the process of cooling and equalizing the temperatures of the repair parts and necks, the following occurs.
Часть тепла ремонтных полуколец в процессе охлаждения переходит в восстанавливаемую деталь, ее температура повышается и увеличиваются ее размеры. Одновременно происходит уменьшение температуры ремонтных деталей и уменьшение их размеров. В результате возрастает натяг, происходит дополнительное растяжение ремонтных полуколец и увеличение вероятности разрушения. Part of the heat of repair half rings during cooling goes into the part being restored, its temperature rises and its size increases. At the same time, the temperature of the repair parts decreases and their size decreases. As a result, the interference increases, there is an additional extension of the repair half rings and an increase in the probability of fracture.
Следовательно, в способе-аналоге внешний подогрев ремонтных полуколец перед сваркой способствует образованию трещин. Для уменьшения образования трещин необходимо создать равную или более высокую температуру в шейках по сравнению с температурой ремонтных полуколец в период сварки второго стыка. Therefore, in the analogue method, external heating of repair half rings before welding contributes to the formation of cracks. To reduce the formation of cracks, it is necessary to create an equal or higher temperature in the necks in comparison with the temperature of repair half rings during the welding period of the second joint.
В данном изобретении это требование удовлетворяется. In the present invention, this requirement is satisfied.
Известны способы-аналоги механической обработки изношенных шеек коленчатых валов под слой материала компенсирующий износ, в которых для увеличения выносливости галтельных переходов изготавливают дополнительные галтели на некотором расстоянии от торцевых поверхностей щек. Known methods are analogues of machining worn necks of crankshafts under a layer of material to compensate for wear, in which to increase the durability of the fillet transitions additional fillets are made at a certain distance from the end surfaces of the cheeks.
Эти способы описаны в изобретении [2]
Радиусы новых галтелей задают примерно равным половине исходного радиуса. Основной недостаток этого способа состоит в том, что исходная и дополнительная галтели имеют разные радиусы.These methods are described in the invention [2]
The radii of the new fillets are set approximately equal to half the original radius. The main disadvantage of this method is that the original and additional fillets have different radii.
Поэтому дополнительные галтели не могут быть изготовлены на тех шлифовальных станках, на которых шлифуют шейки на ремонтные размеры. Требуется дополнительное шлифовальное оборудование. Therefore, additional fillets cannot be made on those grinding machines on which the necks are polished for repair dimensions. Additional grinding equipment required.
Известны способы восстановления деталей [3, 4] которые по своей технической сущности являются наиболее близки к описываемому. Known methods for the restoration of parts [3, 4] which in their technical essence are closest to the described.
Способ-прототип [4] применяется для восстановления чугунных коленчатых валов автомобильных двигателей ЗМЗ-53, который имеет номинальный диаметр шатунных шеек 60 мм, коренных 70 мм. Поэтому способу на изношенные и поврежденные шейки, после их механической обработки, устанавливают ремонтные полукольца, выполненные в виде стальных закаленных полуколец и создают зазор в стыках равный 3 мм. Толщина полукольца после окончательной обработки выбрана 2 мм. После установки, ориентации и поджатия их к шейкам, ремонтные полукольца в стыках сваривают электросваркой между собой, приваривают к шейкам и заполняют зазор расправленным металлом за один проход. При этом происходит резкое охлаждение шва и образование хрупких закалочных структур. The prototype method [4] is used to restore the cast iron crankshafts of automobile engines ZMZ-53, which has a nominal diameter of connecting rod journals of 60 mm, radical 70 mm. Therefore, the method for worn and damaged necks, after their mechanical treatment, install repair half rings made in the form of hardened steel half rings and create a gap at the joints of 3 mm. The thickness of the half ring after final processing is selected 2 mm. After installation, orientation and preloading them to the necks, repair half rings at the joints are welded together, welded to the necks and fill the gap with straightened metal in one pass. In this case, a sharp cooling of the seam and the formation of brittle quenching structures occur.
В способе-прототипе заданы зазоры в стыках без достаточного обоснования. Поэтому в процессе восстановления наблюдаются случаи, что стыки оказываются не приваренными к шейкам. В этом случае происходит смещение ремонтных полуколец на шейках, перекрытие масляных каналов и отказы. Толщина ремонтных полуколец и зазоры в стыках выбраны без расчетного и опытного обоснования. По этой причине в стыках после сварки появляются трещины. Положение стыков ремонтных полуколец не оговорено. Поэтому стыки ремонтных полуколец, представляющие собой ослабленное место, размещают в зонах наибольшего износа и нагружения. Это уменьшает ресурс и надежность шеек. При обработке шеек под ремонтные полукольца не применяют упрочнение галтельных переходов. In the prototype method, the gaps in the joints are given without sufficient justification. Therefore, in the recovery process, there are cases that the joints are not welded to the necks. In this case, the repair half rings on the necks are displaced, the oil channels are blocked and failures occur. The thickness of the repair half rings and the gaps in the joints are selected without a calculated and experimental justification. For this reason, cracks appear in the joints after welding. The position of the joints of repair half rings is not specified. Therefore, the joints of repair half rings, which are a weakened place, are placed in the areas of greatest wear and tear. This reduces the resource and reliability of the necks. When processing necks for repair half rings, hardening of fillet transitions is not used.
Не применяют для установки на шейках ремонтных полуколец, снабженных на внутренней поверхности разгружающими фасками в плоскостях торцов, с целью уменьшения концентрации напряжений от натяга. Не предусмотрены условия выбора элементов продольного профиля шеек с учетом размеров ремонтных полуколец. Отсутствуют операции устранения пор, пустот и трещин в сварочных швах в процессе восстановления, не применяют регулировку напряжений натяга, возникающих в результате усадки сварочных швов между ремонтными полукольцами и шейками. Поэтому в стыках и зонах сварки увеличивается вероятность возникновения трещин. Do not use for installation on the necks of repair half rings equipped on the inner surface with unloading chamfers in the planes of the ends, in order to reduce the stress concentration from the interference. There are no conditions for the selection of elements of the longitudinal profile of the necks, taking into account the size of the repair half rings. There are no operations to eliminate pores, voids, and cracks in the welds during the repair process; they do not use the adjustment of the interference tension resulting from the shrinkage of welds between repair half rings and necks. Therefore, in the joints and welding zones increases the likelihood of cracks.
В связи с изложенным целью изобретения является повышение надежности и качества восстановленных валов и упрощение процесса восстановления. In connection with the stated objective of the invention is to increase the reliability and quality of the restored shafts and simplify the recovery process.
Поставленная цель достигается тем, что зазоры в стыках ремонтных полуколец выбирают в пределах 1,6 4,5 толщин заготовок ремонтных полуколец, подготовленных для закрепления на шейках, стыки ремонтных полуколец размещают в зоне наименьшего износа шеек, выбирают границы зоны наименьшего износа по обе стороны от точки наименьшего износа для диаметров шеек свыше 70 мм, ограниченные центральным углом 50o, а для диаметров шеек меньше 70 мм, ограниченные центральным углом 60o, диаметры обработанных внутренних поверхностей ремонтных полуколец выбирают меньше диаметров шеек, подготовленных для их установки в шейки, величину разности диаметров выбирают равной величине, которая без затруднений допускает поджатие ремонтных полуколец вручную к шейкам, выбирают диаметры шеек валов под ремонтные полукольца с учетом размеров ремонтных полуколец по следующему соотношению:
d2=d1-2δ,
причем для номинальных диаметров шеек до 60 мм выбирают по соотношению:
а для номинальных диаметров шеек свыше 60 мм выбирают по соотношению:
где d2 диаметр шейки, подготовленной для установки ремонтных полуколец;
d1 номинальный диаметр шейки;
δ толщина ремонтного полукольца после окончательной обработки шейки.This goal is achieved by the fact that the gaps in the joints of the repair half rings are selected within 1.6 to 4.5 thicknesses of the blanks of the repair half rings prepared for fixing on the necks, the joints of the repair half rings are placed in the zone of least wear on the necks, and the boundaries of the zone of least wear on both sides of least wear points for neck diameters over 70 mm, limited by a central angle of 50 o , and for neck diameters less than 70 mm, limited by a central angle of 60 o , the diameters of the machined inner surfaces of the repair half rings are chosen they are smaller than the diameters of the necks prepared for their installation in the necks, the diameter difference is chosen equal to a value that without difficulty allows manual repair of the half rings to the necks, the diameters of the shaft necks for the repair half rings are selected taking into account the sizes of the repair half rings according to the following ratio:
d 2 = d 1 -2δ,
moreover, for nominal diameters of the necks up to 60 mm, they are selected by the ratio:
and for nominal diameters of necks over 60 mm, they are selected by the ratio:
where d 2 the diameter of the neck, prepared for the installation of repair half rings;
d 1 nominal diameter of the neck;
δ the thickness of the repair half ring after the final processing of the neck.
Расстояние от торцевой поверхности шейки до начала дополнительной галтели выбирают с учетом наибольшего приращения усталостной прочности галтельного перехода и задают это расстояние равным или близким к величине, которая обеспечивает наибольшее повышение циклической прочности галтельного перехода с дополнительной гальтелью, параметры продольного профиля шейки выбирают с учетом размеров ремонтных полуколец по следующим соотношениям:
B A 2x, C A 2S 2x,
R2≈ R1,
где B длина участка шейки, подлежащей обработке по ширине шейки;
A исходная длина шейки по рабочему чертежу;
х расстояние от торцевой поверхности до начала дополнительной галтели на шейки;
S зазор между ремонтным полукольцом и дополнительной галтелью;
C ширина наружной поверхности ремонтного полукольца;
R1 радиус исходной галтели;
R2 радиус дополнительной галтели,
для установки на шейках применяют ремонтные полукольца, на внутренних поверхностях которых в торцевых плоскостях изготовлены фаски, уменьшающие концентрацию напряжения от натяга, применяют заделку пор, пустот, непроваров и трещин в зоне швов в процессе механической обработки шеек с ремонтными полукольцами, дефекты швов заплавляют электросваркой при наличии припусков на шейках для дальнейшей обработки, перед сваркой второго стыка производят охлаждение ремонтных полуколец до заданной температуры, при сварке стыков ремонтных полуколец применяют нанесение отжигающих валиков.The distance from the end surface of the neck to the beginning of the additional fillet is selected taking into account the largest increment in the fatigue strength of the fillet transition and set this distance equal to or close to the value that provides the greatest increase in the cyclic strength of the fillet transition with an additional fillet, the parameters of the longitudinal profile of the neck are selected taking into account the size of the repair half rings by the following ratios:
BA 2x, CA 2S 2x,
R 2 ≈ R 1 ,
where B is the length of the neck section to be processed along the width of the neck;
A initial neck length according to the working drawing;
x distance from the end surface to the beginning of the additional fillet on the necks;
S the gap between the repair half ring and the additional fillet;
C is the width of the outer surface of the repair half ring;
R 1 is the radius of the original fillet;
R 2 is the radius of the additional fillet,
for installation on necks, repair half rings are used, on the inner surfaces of which facets are made of chamfers to reduce the stress concentration from interference, pores, voids, imperfections and cracks are sealed in the weld zone during machining of necks with repair half rings, weld defects are melted by electric welding there are allowances on the necks for further processing, before welding the second joint, the repair half rings are cooled to a predetermined temperature, when welding the joints of repair half rings apply annealing rollers.
Изобретение поясняют следующие чертежи и описания. The invention is illustrated by the following drawings and descriptions.
На фиг. 1 показано продольное сечение восстановленной шейки; на фиг. 2 - ремонтное кольцо, поясняющее его новые конструктивные элементы и параметры; на фиг. 3 конструктивные элементы галтельного перехода, снабженного дополнительной галтелью и графическая зависимость выносливости галтельного перехода в зависимости от величины расстояния от начала дополнительной галтели до торцевой поверхности; на фиг. 4 сечение шейки, поясняющее выбор величины зазоров в стыке, расположение стыков и зоны наименьшего износа. На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 шейка вала;
2 ремонтное полукольцо;
A длина шейки;
В длина обрабатываемой части шейки под ремонтные кольца, т. е. расстояния между началом противоположных дополнительных галтелей;
C ширина наружной поверхности ремонтного полукольца;
X расстояние от начала дополнительной галтели до торцевой поверхности;
S зазор между торцом ремонтного полукольца и началом дополнительной галтели;
R1 радиус исходной галтели;
R2 радиус дополнительной галтели;
R3 радиус сгибающей галтелей R1 и R2;
δ толщина ремонтного кольца после окончательной обработки;
d2 диаметр шейки, отработанной под ремонтное кольцо;
d1 номинальный (исходный) диаметр шейки;
a зазор в стыках ремонтных полуколец;
h толщина заготовки ремонтного полукольца после обработки внутренней поверхности;
d3 диаметр внутренней обработанной поверхности ремонтного полукольца;
d4 диаметр наружной необработанной поверхности ремонтного полукольца;
a угол разгружающей торцевой фаски;
k ширина разгружающей фаски;
l ширина фаски под углом 45o;
B1 выносливость вала без дополнительной галтели;
B2 наибольшее приращение выносливости галтельного перехода;
З график зависимости приращения выносливости галтельного перехода от расстояния между началом дополнительной галтели и торцовой поверхности вала Х;
Xопт расстояние между началом дополнительной галтели и торцевой поверхностью при наибольшем приращении усталостной прочности галтельных переходов;
4 полость шейки;
5 маслоподводящий канал;
6 обозначение точки наименьшего износа шейки;
7 эпюра износа поверхности шейки;
8 основной сварочный шов в стыках;
9, 10, 11 отжигающие сварочные валики;
b центральный угол, ограничивающий зону наименьшего износа С одной стороны относительно точки 6;
mN дуга поверхности шейки центрального угла 2β, ограничивающая зону наименьшего износа.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a restored neck; in FIG. 2 - repair ring, explaining its new structural elements and parameters; in FIG. 3 structural elements of the fillet transition equipped with an additional fillet and the graphical dependence of the endurance of the fillet transition depending on the distance from the beginning of the additional fillet to the end surface; in FIG. 4 section of the neck, explaining the choice of the size of the gaps in the joint, the location of the joints and the zone of least wear. In the drawing and in the text, the following notation:
1 neck of the shaft;
2 repair half ring;
A neck length;
In the length of the treated part of the neck under the repair rings, i.e., the distance between the beginning of the opposite additional fillets;
C is the width of the outer surface of the repair half ring;
X is the distance from the beginning of the additional fillet to the end surface;
S the gap between the end face of the repair half-ring and the beginning of the additional fillet;
R 1 is the radius of the original fillet;
R 2 is the radius of the additional fillet;
R 3 is the radius of the bending fillet R 1 and R 2 ;
δ thickness of the repair ring after finishing;
d 2 the diameter of the neck, worked out under the repair ring;
d 1 nominal (initial) diameter of the neck;
a clearance at the joints of repair half rings;
h the thickness of the workpiece repair half ring after processing the inner surface;
d 3 the diameter of the inner machined surface of the repair half ring;
d 4 the diameter of the outer rough surface of the repair half ring;
a angle of the unloading facet;
k is the width of the unloading chamfer;
l bevel width at an angle of 45 o ;
B 1 shaft endurance without additional fillet;
B 2 is the largest increment in stamina of the fillet transition;
H graph of the dependence of the increment of the endurance of the fillet transition on the distance between the beginning of the additional fillet and the end surface of the shaft X;
X opt is the distance between the beginning of the additional fillet and the end surface at the largest increment in the fatigue strength of the fillet transitions;
4 cavity of the neck;
5 oil supply channel;
6 designation of the point of least wear on the neck;
7 plot of wear on the surface of the neck;
8 main welding seam at the joints;
9, 10, 11 annealing welding rollers;
b Central angle limiting the zone of least wear On the one hand with respect to
mN arc of the neck surface of the central angle 2β, limiting the zone of least wear.
Ниже рассмотрим краткое обоснование отличительных признаков изобретения на примере восстановления коленчатых валов поршневых двигателей. Below we consider a brief justification of the distinguishing features of the invention on the example of the restoration of crankshafts of piston engines.
Испытание на прочность при растяжении сварочных швов образцов, имитирующих ремонтные полукольца и шейки показало, что минимальный зазор в стыке, обеспечивающий удовлетворительную прочность соединению стальных деталей находится в пределах 1,6 h, где h толщина заготовки ремонтного полукольца. A tensile test of the welds of samples simulating repair half rings and necks showed that the minimum joint gap providing satisfactory joint strength for steel parts is within 1.6 h, where h is the thickness of the repair half ring billet.
При сварке стальных ремонтных полуколец на шейках чугунных валов для образования пластичных швов при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа сварочной проволокой Св08Г2С диаметром 1,2 мм необходимо увеличить зазор в стыках до величины 4,5 h, а сварку стыков вести с применением отжигающих валиков.When welding steel half-rings for repair necks iron rolls to form a semi-plastic joints, while welding in a medium of carbon dioxide welding wire C 08G2S diameter of 1.2 mm is necessary to increase the clearance in the joints to a value of 4,5 h, and lead welding joints using annealing rollers .
Поэтому пределы вариации зазоров в стыках выбраны от 1,6 до 4,5 h (фиг. 4). Therefore, the limits of variation of the gaps in the joints are selected from 1.6 to 4.5 h (Fig. 4).
Сварочные швы в стыках ремонтных полуколец имеют малую твердость по сравнению с ремонтными полукольцами, обладают уменьшенной износостойкостью и являются ослабленными местами. Поэтому с целью ослабления и исключения их влияния на износостойкость шеек в изобретении стыки располагают в зонах наименьшего износа, т. е. в зонах меньшего внешнего нагружения шеек. Welds at the joints of repair half rings have low hardness compared to repair half rings, have reduced wear resistance and are weakened places. Therefore, in order to weaken and eliminate their influence on the wear resistance of the necks in the invention, the joints are located in the zones of least wear, i.e., in the zones of lower external loading of the necks.
Условная зона наименьшего износа изображена на фиг. 4 и охватывают участок поверхности MN, ограниченный центральным углом 2β. The conditional least wear zone is depicted in FIG. 4 and cover a portion of the surface MN bounded by a central angle of 2β.
Изучение эпюр износов 7, например, шатунных и коренных шеек валов показала, что не всегда представляется возможным одновременно расположить противоположные стыки ремонтных полуколец в точках наименьшего износа 6 (фиг. 4). The study of wear diagrams 7, for example, connecting rod and root journals of shafts, showed that it is not always possible to simultaneously position the opposite joints of repair half rings at the points of least wear 6 (Fig. 4).
Поэтому согласно изобретению предусмотрено их размещение в зоне, прилегающей к точке 6 наименьшего износа на поверхности шеек, ограниченной дугами MN с центральным углом 2β, а угол b ограничивает зону наименьшего износа обеих сторон относительно точки 6, причем для диаметров шеек равных или свыше 70 мм центральный угол b выбран равным 50o, а с учетом уменьшения поверхности шеек для расположения стыков с уменьшением диаметров шеек угол b для шеек диаметров меньше 70 мм выбирают равным 60o. При восстановлении шеек валов большие неудобства создает сборка шеек с ремонтными полукольцами. Процесс сборки заметно упрощается, если используются упругие свойства ремонтных полуколец. Упругие свойства ремонтных полуколец рекомендуется использовать для их временной фиксации на шейках в процессе сборки.Therefore, according to the invention, their placement is provided in the area adjacent to the point of least wear on the surface of the
Поэтому внутренние диаметры ремонтных полуколец d3 (фиг. 2) выбиpают меньше диаметpов d2 (фиг. 1) шеек, подготовленных для их установки. Внутренний диаметр d3 поверхностей ремонтных полуколец, обработанных перед установкой на шейках, выбирают меньше диаметра d2 шеек на 0,5 1,5 мм.Therefore, the inner diameters of the repair half rings d 3 (Fig. 2) select less than the diameters d 2 (Fig. 1) of the necks prepared for their installation. The inner diameter d 3 of the surfaces of the repair half rings processed before installation on the necks is chosen to be less than the diameter d 2 of the necks by 0.5-1.5 mm.
Измерение величины усадки сварочных швов и стыков ремонтных полуколец показало, что усадка одного шва и укорочение ремонтных полуколец составляет в среднем 0,2 мм, она постоянна и практически не зависит от диаметра шеек. Measurement of the shrinkage of welding seams and joints of repair half rings showed that the shrinkage of one seam and the shortening of repair half rings is on average 0.2 mm, it is constant and practically independent of the diameter of the necks.
Величина усадки одного шва в стыке создает натяг, примерно равный 60 мкм. The shrinkage of one seam at the junction creates an interference fit of approximately 60 microns.
Мы провели расчеты толщины ремонтных полуколец по известной методике для разных диаметров шеек при натяге 60 мкм, т. е. определили толщину ремонтных полуколец на уровне современной техники. Расчеты показали, что для диаметров валов 50 мм толщина ремонтных полуколец при натяге 60 мкм должна быть 3,5 мм, а при диаметре шейки 120 мм толщина полукольца должна быть 1,5 мм. С увеличением диаметров толщина ремонтных полуколец уменьшается при прочих равных условиях. Расчеты показали, что при малых диаметрах шеек валов, работающих в условиях циклических нагрузок, расчетная толщина ремонтных размеров совершенно неприемлема. Ее применение приводит к недопустимому ослаблению прочности валов. We carried out calculations of the thickness of the repair half rings according to the well-known method for different diameters of the necks with an interference fit of 60 μm, i.e., we determined the thickness of the repair half rings at the level of modern technology. Calculations showed that for shaft diameters of 50 mm, the thickness of repair half rings with an interference fit of 60 μm should be 3.5 mm, and with a neck diameter of 120 mm, the thickness of the half ring should be 1.5 mm. With an increase in diameters, the thickness of repair half rings decreases, other things being equal. The calculations showed that for small diameters of the necks of the shafts operating under cyclic loads, the estimated thickness of the repair dimensions is completely unacceptable. Its use leads to an unacceptable weakening of the strength of the shafts.
Поэтому возникла задача регулировки натяга и разработки новых соотношений для выбора толщины ремонтных полуколец и диаметров шеек, с учетом толщины ремонтных полуколец. Therefore, the problem arose of adjusting the interference fit and developing new ratios for choosing the thickness of the repair half rings and the diameters of the necks, taking into account the thickness of the repair half rings.
Уменьшение натяга в изобретении получают путем охлаждения ремонтных полуколец на шейках перед сваркой второго стыка. Этим способом удается получить натяг, не вызывающий разрушение ремонтных полуколец при малых диаметрах. The reduction in interference in the invention is obtained by cooling repair half rings on the necks before welding the second joint. In this way, it is possible to obtain an interference fit that does not cause the destruction of repair half rings with small diameters.
Кроме прочности валов их надежность и ресурс дополнительно определяют триботехнические характеристики поверхностей трения. Наш опыт восстановления коленчатых валов и изучение износов ремонтных полуколец в зависимости от их толщины показал, что износостойкость поверхностей трения удовлетворительна и близка к новым, если для шеек диаметром 50 мм толщина ремонтных полуколец будет равна или близка к 2,0 мм, а для шеек диаметром 90 мм 2,5 мм, т. е. для обеспечения удовлетворительных триботехнических показателей при прочих равных условиях по мере увеличения диаметров шеек, необходимо увеличение и толщина ремонтных полуколец. Эта зависимость не может быть рассчитана по известным методикам. In addition to the strength of the shafts, their reliability and resource additionally determine the tribological characteristics of the friction surfaces. Our experience in the restoration of crankshafts and the study of the wear of repair half rings depending on their thickness showed that the wear resistance of friction surfaces is satisfactory and close to new, if for
Учитывая изложенное и некоторые нерассмотренные факторы, например необходимость припусков на обработку шеек на ремонтные размеры, были найдены математические соотношения, которые наиболее приемлемы для выбора рациональных толщин ремонтных полуколец в зависимости от номинальных диаметров шеек коленчатых валов. Considering the above and some unreviewed factors, for example, the need for allowances for processing the necks for repair sizes, mathematical relationships were found that are most acceptable for choosing rational thicknesses of repair half rings depending on the nominal diameters of the necks of the crankshafts.
Толщину ремонтных полуколец для диаметров шеек до 60 мм предлагаем выбрать по соотношению, которое явно не следует из известного уровня техники:
для диаметров шеек свыше 60 мм:
Эти соотношения допускают вариацию толщины ремонтных полуколец после окончательной обработки шеек с учетом конкретных диаметров и условий работы шеек в следующих пределах
d1 50 мм δ 1,4 2,5 мм
d1 60 мм d 1,6 2,7 мм
d1 70 мм d 1,6 3,3 мм
d1 80 мм d 1,7 3,5 мм
d1 90 мм d 1,8 3,7 мм
d1 100 мм d 1,8 4,0 мм
d1 120 мм d 1,9 4,3 мм
Диаметры шеек, подготовленных для установки ремонтных полуколец, выбирают с учетом изложенного по следующему соотношению:
d2=d1-2δ
Известно, что величина концентрации напряжений обусловлена формой галтельных переходов ступенчатых валов.We suggest choosing the thickness of repair half rings for neck diameters up to 60 mm according to a ratio that clearly does not follow from the prior art:
for neck diameters over 60 mm:
These ratios allow variation of the thickness of repair half rings after the final processing of the necks taking into account the specific diameters and working conditions of the necks in the following limits
d 1 50 mm δ 1.4 2.5 mm
d 1 60
d 1 70
d 1 80
d 1 90
d 1100
d 1 120
The diameters of the necks prepared for the installation of repair half rings are selected taking into account the foregoing in the following ratio:
d 2 = d 1 -2δ
It is known that the magnitude of the stress concentration is due to the shape of the fillet transitions of the stepped shafts.
Уменьшение напряжения в галтельном переходе путем изменения его формы в процессе восстановления шеек может быть полезным и применимым для тяжелонагруженных коленчатых валов, если длина переходного участка достаточна. Reducing the stress in the fillet transition by changing its shape during the restoration of the necks can be useful and applicable for heavily loaded crankshafts, if the length of the transition section is sufficient.
Расчеты показывают, что установка ремонтных полуколец на шейках позволяет увеличить длину галтельного перехода и изменить его форму, так как ремонтные полукольца могут быть меньше длины шейки. Они могут иметь ширину, равную зоне трения, и перекрывать часть галтельного перехода. Calculations show that the installation of repair half rings on the necks allows to increase the length of the fillet transition and change its shape, since repair half rings can be less than the length of the neck. They can have a width equal to the friction zone, and overlap part of the fillet transition.
Несмотря на то, что известно много способов увеличения циклической прочности галтельных переходов, способ изменения формы галтельного перехода путем изготовления на переходе дополнительной галтели (фиг. 3) имеет преимущество. Способ прост и может быть осуществлен одновременно в процессе обработки шейки под ремонтные полукольца. Ступенчатые галтельные переходы приводят к уменьшению концентрации напряжений и переходы обладают повышенной выносливостью к переменным нагрузкам. Следует полагать, что изготовление дополнительной галтели тождественно увеличению радиуса галтели или благоприятному изменению ее формы. За такую новую галтель может быть принята огибающая исходной R1 и дополнительная R2 галтели, имеющая радиус R3 (фиг. 3).Despite the fact that there are many ways to increase the cyclic strength of fillet transitions, the method of changing the shape of the fillet transition by manufacturing an additional fillet at the transition (Fig. 3) has an advantage. The method is simple and can be carried out simultaneously in the process of processing the neck for repair half rings. Step fillet transitions lead to a decrease in stress concentration and transitions have increased resistance to variable loads. It should be assumed that the manufacture of an additional fillet is identical to an increase in the radius of the fillet or a favorable change in its shape. For such a new fillet, the envelope of the original R 1 and an additional R 2 fillet having a radius R 3 can be taken (Fig. 3).
Чтобы для обработки шеек под ремонтные полукольца можно было использовать оборудование, на котором обрабатывают шейки на ремонтные размеры без дополнительной подготовки и переналадки, радиус дополнительной галтели нами было предложено выбрать равным или близким к радиусу исходной галтели R1 ≈ R2.So that for processing the necks for repair half rings, it is possible to use equipment that processes the necks for repair sizes without additional preparation and readjustment, we proposed to choose the radius of the additional fillet equal to or close to the radius of the original fillet R 1 ≈ R 2 .
Технический анализ влияния величины расстояния Х от торцевой поверхности до начала дополнительной галтели R2 (фиг. 3 а и б) показывает, что циклическая прочность галтельного перехода коленчатых валов должны иметь следующий характер, в случаях когда коленвалы разрушаются по щекам.A technical analysis of the effect of the distance X from the end surface to the beginning of the additional fillet R 2 (Fig. 3 a and b) shows that the cyclic strength of the fillet transition of crankshafts should have the following character in cases where the crankshafts are destroyed along the cheeks.
Увеличение расстояния от нулевого значения приводит к приращению выносливости галтельного перехода (см. графическую зависимость на фиг. 3 б). An increase in the distance from the zero value leads to an increase in the endurance of the fillet transition (see the graphical dependence in Fig. 3 b).
Начиная от торцевой поверхности, с ростом величины Х происходит увеличение выносливости галтельного перехода. Этот процесс характеризуется тем, что разрушение шеек при испытаниях начинается с поверхности дополнительной галтели (см. участок I кривой фиг. 3 б). Starting from the end surface, with increasing value of X, the endurance of the fillet transition increases. This process is characterized by the fact that the destruction of the necks during testing starts from the surface of the additional fillet (see section I of the curve of Fig. 3 b).
При увеличении расстояния Х до величины Хопт приращения циклической прочности галтельного перехода достигает наибольшего значения. При Хопт разрушение галтельного перехода становится неустойчивым. Развитие трещины при испытаниях может начаться как на дополнительной галтели, так и на исходной. Дальнейшее увеличение расстояния приводит к уменьшению циклической прочности галтельного перехода и устойчивому началу разрушения щек с поверхностей исходных галтелей. По мере дальнейшего увеличения расстояния Х приращение выносливости уменьшается и в пределе становится незначимым.With an increase in the distance X to the value X opt, the increments of the cyclic strength of the fillet transition reaches its maximum value. At X opt, the destruction of the fillet transition becomes unstable. The development of cracks during testing can begin both on the additional fillet and on the initial fillet. A further increase in the distance leads to a decrease in the cyclic strength of the fillet transition and a stable onset of fracture of the cheeks from the surfaces of the original fillets. With a further increase in distance X, the increment of endurance decreases and, in the limit, becomes insignificant.
В зоне II кривой по мере увеличения расстояния уменьшается циклическая прочность галтельного перехода и она характерна тем, что начало трещин при разрушениях образуется на исходной галтели. In zone II of the curve, as the distance increases, the cyclic strength of the fillet transition decreases and it is characterized by the fact that the onset of cracks during fracture is formed on the original fillet.
Для получения наибольшего положительного эффекта от применения дополнительных галтелей в нашем изобретении величину Х выбирают равной или близкой к Хопт.To obtain the greatest positive effect from the use of additional fillets in our invention, the value of X is chosen equal to or close to X opt .
Расчеты и опыты показали, что Хопт варьирует в пределах 0,5 0,75 R1.Calculations and experiments showed that X opt varies in the range of 0.5 0.75 R 1 .
Охлаждение ремонтных полуколец перед сваркой второго стыка на шейках уменьшает напряжение растяжения в ремонтных полукольцах. Это можно объяснить следующим образом. The cooling of repair half rings before welding the second joint on the necks reduces the tensile stress in the repair half rings. This can be explained as follows.
При охлаждении ремонтных полуколец с одним стыком приваренным к шейкам происходит уменьшение их длины и увеличение зазора во втором стыке. When cooling repair semirings with one joint welded to the necks, their length decreases and the gap in the second joint increases.
Рекомендуется охлаждать ремонтные полукольца до температуры тела шеек, если необходимо получить минимальный натяг, то охлаждают до температуры меньше температуры шеек. После этого сваривают вторые стыки. В дальнейшем в процессе выравнивания температуры ремонтные полукольца будут нагреваться за счет тепла, накопленного в шейках, а шейки будут охлаждаться. Это приведет к увеличению длины ремонтных полуколец и уменьшению размеров шеек. Поэтому натяг ремонтных полуколец будет уменьшаться и трещин не будет. It is recommended to cool repair half rings to the body temperature of the necks; if it is necessary to obtain a minimum interference, then cool to a temperature lower than the temperature of the necks. After this, the second joints are welded. Subsequently, in the process of temperature equalization, repair half rings will be heated due to the heat accumulated in the necks, and the necks will be cooled. This will increase the length of the repair half rings and reduce the size of the necks. Therefore, the tightness of the repair half rings will decrease and there will be no cracks.
Охлаждают ремонтные полукольца при помощи охлажденных зажимных элементов поджимного приспособления. Repair half rings are cooled using chilled clamping elements of the pressing device.
Стыки ремонтных полуколец на шейках сваривают с применением отжигающих сварочных валиков. На фиг. 4 в сечении показан основной валик 8. В результате нанесения этого валика расплавляют стыки ремонтных полуколец и поверхности шеек за один приход. Зазор в стыках заполняют расправленным металлом не полностью. The joints of repair half rings on the necks are welded using annealing welding rollers. In FIG. 4 in section shows the
Если зазоры в стыках выбраны в интервале 3,5 h 4,5 h, рекомендуется производить сварку каждого торца ремонтного полукольца в стыке с шейкой отдельно. Зазор в стыках в этом случае заполняют не полностью. Затем после выдержки 20 40 с наносят отжигающие валики 10, 9 и 11. Между нанесением отжигающих валиков проводят выдержку. Количество отжигающих валиков подбирают опытным путем. После сварки стыков с применением отжигающих валиков получают пластичный шов и зону сварки. Это особенно важно и необходимо при восстановлении шеек чугунных валов. If the gaps in the joints are selected in the range of 3.5 h 4.5 h, it is recommended to weld each end of the repair half-ring in the joint with the neck separately. The gap at the joints in this case is not completely filled. Then, after holding for 20-40 s, annealing
Изобретение по фиг. 1, 2, 3 и 4 включает следующую совокупность операций. The invention of FIG. 1, 2, 3 and 4 includes the following set of operations.
Обрабатывают шейки валов под ремонтные полукольца. Устанавливают ремонтные полукольца на шейки. Для установки на шейке применяют удовлетворяющие следующими требованиями полукольца. Отверстия в ремонтных полукольцах должны быть изготовлены с учетом размещения стыков на участках шейки с наименьшим износом, внутренние диаметры ремонтных полуколец должны быть меньше на 0,5 1,5 мм диаметров шеек, подготовленных для установки ремонтных полуколец, длина ремонтных полуколец должна обеспечить зазоры в стыках в пределах 1,6 h 4,5 h, ремонтные полукольца должны быть снабжены в торцевых плоскостях разгружающими фасками, уменьшающими концентрацию напряжений от натяга. They handle the shaft necks for repair half rings. Install repair half rings on the necks. For installation on the neck, half-rings satisfying the following requirements are used. The holes in the repair half rings should be made taking into account the placement of the joints on the neck sections with the least wear, the inner diameters of the repair half rings should be less than 0.5-1.5 mm of the diameters of the necks prepared for the installation of the repair half rings, the length of the repair half rings should provide clearances in the joints within 1.6 h 4.5 h, repair half rings should be equipped in the end planes with unloading chamfers, which reduce the stress concentration from the interference.
Ориентируют расположение ремонтных полуколец на шейках. Выравнивают зазоры в стыках. Поджимают ремонтные полукольца к шейками вручную и производят их прихватку в одном стыке к шейке. Orient the location of repair half rings on the necks. Align the gaps in the joints. The repair half rings are pressed to the necks manually and they are tacked in one joint to the neck.
Устанавливают на шейки поджимное приспособление и заваривают стык с прихватами с применением отжигающих валиков. Снимают поджимное приспособление и производят выдержку, необходимую и достаточную для выравнивая температуры шейки. Охлаждают зажимные элементы поджимного приспособления. Устанавливают поджимное приспособление на шейку и поджимают ремонтные полукольца к шейке вторично, сваривают второй стык с применением отжигающих валиков. Снимают поджимное приспособление с шейки, охлаждают зажимные элементы приспособления и переходят к сварке второго стыка ремонтных полуколец на следующей шейке. A clamping device is installed on the necks and a joint with welds is welded using annealing rollers. Remove the compression device and produce the shutter speed necessary and sufficient to equalize the temperature of the neck. The clamping elements of the pressing device are cooled. Install the clamping device on the neck and press the repair half rings to the neck a second time, weld the second joint using annealing rollers. Remove the clamping device from the neck, cool the clamping elements of the device and proceed to welding the second joint of the repair half rings on the next neck.
После сварки всех стыков на всех шейках коленчатый вал помещают в нагретый песок или термос для охлаждения. После охлаждения отправляют вал на механическую обработку шеек. Дефекты в сварочных швах, обнаруженные в процессе обработки шеек, устраняют в процессе обработки их непосредственно на станках при помощи электросварки. Заварку дефектов производят при условии наличия на шейках припуска на последующую их обработку. After welding all the joints on all the necks, the crankshaft is placed in heated sand or a thermos for cooling. After cooling, the shaft is sent for machining the necks. Defects in the welds found during the processing of the necks are eliminated in the process of processing them directly on the machines using electric welding. Welding of defects is subject to the availability of allowances on the necks for their subsequent processing.
Предложенное дополнение способа и совмещение операций мехобработки и устранения дефектов исключает необходимость замены ремонтных полуколец из-за наличия дефектов в швах или околошовной зоне и упрощает процесс. The proposed addition of the method and the combination of machining and eliminating defects eliminates the need to replace repair half rings due to defects in the seams or near-weld zone and simplifies the process.
Пример. Требуется восстановить шейки чугунных коленчатых валов автомобильных двигателей ЗМЗ-53. Example. It is required to restore the necks of the cast-iron crankshafts of automobile engines ZMZ-53.
Номинальные диаметры шатунных и коренных шеек коленчатых валов d1ш 60 мм, коренных шеек d1 70 мм. Применяют ремонтные закаленные полукольца из стали 45 до твердости HRC 42-48. Толщина ремонтных полуколец на восстановленных шейках выбирают согласно приведенным соотношениям δ=2 мм. Длина шатунной шейки Аш 52 мм. Длина коренной шейки Ак 31 мм. Зазоры между торцами ремонтных полуколец и дополнительными галтелями выбирают по соотношению S 0,5 1,2 мм. Принимаем S 0,5 мм.Nominal diameters of connecting rod and main journals of crankshafts d 1ш 60 mm, of main journals d 1 70 mm. Apply hardened repair half rings made of steel 45 to hardness HRC 42-48. The thickness of the repair half rings on the restored necks is chosen according to the given ratios δ = 2 mm. The length of the crank pin A w 52 mm. The length of the radical neck A to 31 mm. The gaps between the ends of the repair half rings and additional fillets are selected according to the ratio S 0.5 1.2 mm. Accept S 0.5mm.
Толщина заготовок ремонтных полуколец после обработки их внутренней поверхности выбирают из соотношения:
h=δ+Z=2+0,5 мм,
где h толщина заготовки, подготовленная для установки на шейки;
z односторонний припуск на обработку наружной поверхности ремонтного полукольца.The thickness of the workpieces of repair half rings after processing their inner surface is chosen from the ratio:
h = δ + Z = 2 + 0.5 mm,
where h is the thickness of the workpiece prepared for installation on the necks;
z one-sided allowance for processing the outer surface of the repair half ring.
Зазоры в стыках выбирают по соотношению:
a (1,6 b 4,5) h
принимаем а 3,5 h 3,5•2,5 8,75 мм.The gaps in the joints are selected by the ratio:
a (1.6 b 4.5) h
accept a 3.5 h 3.5 • 2.5 8.75 mm.
Угол фаски, уменьшающей концентрацию напряжений в зоне торцов на внутренней поверхности ремонтных полуколец, выбирают равным α=15°. На основании опытов расстояние от торцевой поверхности до начала дополнительной галтели выбирают по следующему соотношению Х 0,5 0,75 R1.The angle of the chamfer, which reduces the stress concentration in the zone of the ends on the inner surface of the repair half rings, is chosen equal to α = 15 ° . Based on the experiments, the distance from the end surface to the beginning of the additional fillet is chosen according to the following ratio X 0.5 0.75 R 1 .
Принимаем Хопт 0,6•2,5 1,5 мм.Accept X opt 0.6 • 2.5 1.5 mm.
Длину участка шатунной Вш, коренной Вк шеек, подлежащих обработке под ремонтные полукольца определяют по следующим соотношениям:
Вш Aш 2x 52 2•1,5 49 мм
Вк Aк 2x 30 2•1,5 27 мм.The length of the connecting rod section H W , the root H to the necks to be processed for repair half rings is determined by the following ratios:
H W A W 2x 52 2 • 1.5 49 mm
B to A to 2x 30 2 • 1.5 27 mm.
Радиус дополнительной галтели выбирают по соотношению R1≈ R2. Принимаем R2 2,5 мм. Угол фаски на внутренней поверхности ремонтных полуколец в зоне торцов для уменьшения концентрации напряжений выбирают α=15°. Температура окружающей среды (в помещении), где производится сварка, должна быть не меньше 15oС. Выдержку шеек по времени после сварки первого стыка до сварки второго задают равным 6 мин и уточняют в процессе восстановления. Определяют диаметры шатунных и коренных шеек перед установкой ремонтных полуколец по соотношениям:
После указанных расчетов приступают к восстановлению шеек.The radius of the additional fillet is selected by the ratio R 1 ≈ R 2 . We accept R 2 2.5 mm. The angle of the chamfer on the inner surface of the repair half rings in the end zone to select a concentration of stress α = 15 ° . The ambient temperature (in the room) where the welding is carried out must be at least 15 o C. The exposure time of the necks after welding the first joint to the welding of the second is set equal to 6 minutes and specified in the recovery process. The diameters of the connecting rod and root necks are determined before installing repair half rings according to the ratios:
After these calculations, they begin to restore the necks.
Шлифуют шатунные и коренные шейки до диаметров соответственно 56 и 66 мм. Устанавливают коленчатый вал в подставку-кантователь, предназначенный для сборки шеек с ремонтными полукольцами и сварки стыков. The connecting rod and root necks are ground to diameters of 56 and 66 mm, respectively. Install the crankshaft in the tilt stand, designed to assemble the necks with repair half rings and weld the joints.
Устанавливают ремонтные полукольца на шейки, совмещают отверстия в ремонтных полукольцах с отверстиями 5 (фиг. 4) в шейках и выравнивают зазоры в стыках, а также боковые зазоры. Поджимают ремонтные полукольца к шейкам руками и производят прихватку ремонтных полуколец к шейкам электросваркой в одном стыке и переходят к установке ремонтных полуколец и их временной фиксации прихваткой на других шейках. Поочередно на шейках поджимают ремонтные полукольца при помощи приспособления с заданным усилием и производят сварку ремонтных полуколец в стыке, имеющем прихватку, окончательно. Install repair half rings on the necks, combine the holes in the repair half rings with holes 5 (Fig. 4) in the necks and align the gaps in the joints, as well as the side gaps. They press the repair half rings to the necks with their hands and tack the repair half rings to the necks by electric welding in one joint and proceed to install the repair half rings and temporarily fix them with the tack on the other necks. Alternately, the repair half rings are pressed on the necks with the help of a fixture with a predetermined force, and the repair half rings are welded in the joint having a tack completely.
Стыки сваривают между собой и приваривают их к шейкам с применением отжигающих валиков. The joints are welded together and welded to the necks using annealing rollers.
Переходят к сварке вторых стыков. Между сваркой первого и второго стыков дают выдержку по времени, необходимому для распространения тепла от первого стыка до второго и выравнивания температуры шеек, примерно 6 мин. Go to the welding of the second joints. Between welding of the first and second joints, a time delay is necessary for the heat to propagate from the first joint to the second and equalize the temperature of the necks for about 6 minutes.
После выдержки охлаждают прижимные элементы поджимного приспособления. After exposure, the cooling elements of the pressing device are cooled.
Устанавливают приспособление на шейку вторично. Поджимают ремонтные полукольца к шейкам при помощи поджимных элементов, производят выдержку для охлаждения ремонтных полуколец до заданной температуры. После выдержки в течение 0,5 1 мин производят сварку второго стыка с применением отжигающих сварочных валиков снимают прижимное приспособление и переходят к сварке вторых стыков ремонтных полуколец на других шейках. После сварки всех стыков вал охлаждают в нагретом песке или термосе. Install the device on the neck again. The repair half rings are pressed to the necks with the help of clamping elements, and the shutter speed is held to cool the repair half rings to a predetermined temperature. After holding for 0.5 1 min, the second joint is welded using annealing welding rollers, the clamping device is removed and the second joints of repair half rings on other necks are welded. After welding all the joints, the shaft is cooled in heated sand or a thermos.
Стыки сваривают полуавтоматической электродуговой сваркой в среде углекислого газа. The joints are welded by semi-automatic arc welding in a carbon dioxide atmosphere.
Применяют сварочную проволоку Св08Г2С, диаметр 1,2 мм. Сварку ведут при сварочном токе 120 140 А. Напряжение в процессе сварки 21 23 В.Apply welding wire C in 08G2S, diameter 1.2 mm. Welding is carried out at a welding current of 120 140 A. The voltage during welding is 21 23 V.
После охлаждения коленчатый вал направляют на шлифовку шеек под заданные размеры. After cooling, the crankshaft is sent to grinding the necks to the specified dimensions.
При шлифовании шеек производят контроль качества сварки стыков. When grinding the necks, quality control of the welding of joints is performed.
Контроль производят после получистового шлифования, когда на шейках имеется припуск на обработку. The control is carried out after semi-grinding, when there is a machining allowance on the necks.
Обнаруженные в швах поры, пустоты и трещины заваривают, а затем производят чистовую обработку. Рекомендуем производить заварку пор на шлифовальном станке. Pores, voids, and cracks found in the seams are welded, and then finished. We recommend pore welding on a grinding machine.
Предложенный способ восстановления шеек валов обладает следующими технико-экономическими преимуществами:
1. В целом способ обеспечивает повышение надежности и качества шеек восстановленных валов. Причем достигается этот эффект упрощенными технологическими приемами.The proposed method of restoration of the necks of the shafts has the following technical and economic advantages:
1. In general, the method provides increased reliability and quality of the necks of the restored shafts. Moreover, this effect is achieved by simplified technological methods.
2. Кроме того, изобретение дает возможность получить дополнительные частные положительные эффекты, заключающиеся в следующем:
исключено влияние ослабленных мест, имеющих меньшую твердость в стыках, ремонтных полуколец на износостойкость шеек;
упрощен процесс сборки шеек с ремонтными полукольцами за счет использования упругости ремонтных полуколец;
исключен выбор необоснованных диаметров шеек валов и их ослабления;
исключен необоснованный выбор толщин ремонтных полуколец после обработки шеек на заданный размер, а также конструктивных элементов предельного профиля шеек перед установкой ремонтных полуколец;
с наибольшим эффектом применен известный способ повышения циклической прочности галтельных переходов, заключающийся в изменении их формы путем изготовления дополнительных галтелей;
уменьшена концентрация напряжения в торцевых плоскостях ремонтных полуколец от натяга;
предусмотрен и упрощен способ устранения сварочных дефектов в стыках ремонтных полуколец в процессе восстановления;
способ предусматривает регулирование натяга ремонтных полуколец на шейках и уменьшает вероятность образования трещин.2. In addition, the invention makes it possible to obtain additional private positive effects, which are as follows:
the influence of weakened places having lower hardness at the joints, repair half rings on the wear resistance of the necks is excluded;
the assembly process of necks with repair half rings is simplified by using the elasticity of repair half rings;
excluded the choice of unreasonable diameters of the necks of the shafts and their weakening;
excluded unreasonable choice of thicknesses of repair half rings after processing the necks to a predetermined size, as well as structural elements of the maximum profile of the necks before installing repair half rings;
with the greatest effect, the known method of increasing the cyclic strength of fillet transitions is applied, which consists in changing their shape by manufacturing additional fillets;
reduced stress concentration in the end planes of repair half rings from interference;
a method for eliminating welding defects at the joints of repair half rings in the recovery process is provided and simplified;
The method involves adjusting the interference fit of repair half rings on the necks and reduces the likelihood of cracking.
Claims (7)
d2=d1-2δ,
где d2 диаметр шейки, обработанной под ремонтные полукольца, мм;
d1 номинальный диаметр шейки по рабочим чертежам, мм;
δ толщина ремонтного полукольца (детали) после окончательной обработки шейки, мм.1. A method of restoring worn shaft necks, in which worn shaft necks are machined mechanically for repair parts, compound repair parts made in the form of half rings are installed on the neck, they are oriented, pressed, welded joints are welded to the necks and further processed to the specified sizes, characterized in that in the joints of the repair parts create gaps within 1.6 to 4.5 the thickness of the blanks of the repair parts prepared for fixing on the necks, the joints of the repair parts are placed in the zone of the smallest wasp, which on both sides of the point of least wear limit central angle 2β ≅ 120 °, the magnitude of the difference of diameters of the inner surfaces of repair parts, and the diameters of the necks is selected equal to the permitting manual preload repair half-rings to necks, neck shaft under reconstruction semiring treated to a diameter
d 2 = d 1 -2δ,
where d 2 the diameter of the neck, processed under repair half rings, mm;
d 1 nominal neck diameter according to working drawings, mm;
δ thickness of the repair half ring (part) after the final processing of the neck, mm
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для номинальных диаметров шеек свыше 60 мм толщину δ ремонтного полукольца выбирают по соотношению
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что изношенные шейки валов обрабатывают механически с образованием дополнительных галтелей, при этом расстояние X от торцевой поверхности шейки до начала дополнительной галтели выбирают с учетом наибольшего приращения выносливости галтельного перехода и задают это расстояние равным или близким к величине, обеспечивающей наибольшее повышение циклической прочности галтельного перехода.4. The method according to claim 1, characterized in that for nominal diameters of the necks up to 60 mm, the thickness d of the repair half ring is selected by the ratio
5. The method according to claim 1, characterized in that for nominal diameters of the necks over 60 mm, the thickness δ of the repair half ring is selected by the ratio
6. The method according to claim 1, characterized in that the worn shaft necks are processed mechanically with the formation of additional fillets, while the distance X from the end surface of the neck to the beginning of the additional fillet is selected taking into account the largest increment in the endurance of the fillet transition and set this distance equal to or close to the value that provides the greatest increase in the cyclic strength of the fillet transition.
В А-2Х;
С А-2S;
R1 ≈ R2,
где В длина участка шейки, подлежащая обработке, мм;
А исходная длина шейки по рабочим чертежам, мм;
Х расстояние от торцевой поверхности до дополнительной галтели на шейке, мм;
С ширина ремонтного полукольца, мм;
S зазор в стыке между торцом ремонтного полукольца и дополнительной галтелью, мм;
R1 радиус исходной галтели, мм;
R2 радиус дополнительной галтели, мм.7. The method of claims 1 and 6, characterized in that the parameters of the longitudinal profile of the neck are processed taking into account the size of the repair half rings in the following ratio:
In A-2X;
C A-2S;
R 1 ≈ R 2 ,
where In the length of the neck section to be processed, mm;
And the initial neck length according to the working drawings, mm;
X distance from the end surface to the additional fillet on the neck, mm;
With the width of the repair half ring, mm;
S clearance at the junction between the end face of the repair half ring and the additional fillet, mm;
R 1 is the radius of the original fillet, mm;
R 2 radius of the additional fillet, mm
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031623 RU2064854C1 (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Worn roll neck repair method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031623 RU2064854C1 (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Worn roll neck repair method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2064854C1 true RU2064854C1 (en) | 1996-08-10 |
Family
ID=21598989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5031623 RU2064854C1 (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Worn roll neck repair method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2064854C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487002C2 (en) * | 2011-10-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) | Method of repairing ice crankshaft journals hardened by nitriding |
| RU2489244C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method of reconditioning of worn-out shaft journals |
| RU2504466C2 (en) * | 2012-02-21 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method of reconditioning of shafts |
-
1992
- 1992-03-10 RU SU5031623 patent/RU2064854C1/en active
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 1. И.Е.Ульман. Ремонт тракторов, Свердловск, Машгиз, 1952, с. 246-247, рис.184. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 1576264, кл. B 23 P 6/00, 1990. * |
| 3. Ж-л "Техника в сельском хозяйстве", N 3, 1985, с. 52-53. * |
| 4. Авторское свидетельство СССР N 1690970, кл. B 23 P 6/00, 1991. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487002C2 (en) * | 2011-10-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) | Method of repairing ice crankshaft journals hardened by nitriding |
| RU2489244C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method of reconditioning of worn-out shaft journals |
| RU2504466C2 (en) * | 2012-02-21 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Method of reconditioning of shafts |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6393885B1 (en) | Tooling for deep rolling fillets of crankshaft journals | |
| US5737975A (en) | Built-up camshaft having induction-hardened cams and method of inductively hardening the cams | |
| EP2134977B1 (en) | Crank drive | |
| CN106794544B (en) | Hybrid induction welding process for piston manufacturing | |
| US5088638A (en) | Method for making sucker rods | |
| RU2064854C1 (en) | Worn roll neck repair method | |
| KR20060009927A (en) | Retainer for roller bearing | |
| RU2420386C2 (en) | Method of shaft recovery | |
| RU2235009C2 (en) | Method for restoring crankshaft and restored crankshaft | |
| RU2047457C1 (en) | Method for reconditioning wearied shaft journal | |
| US2324547A (en) | Engine cylinder liner and method | |
| EP0486320B1 (en) | Method of manufacturing a side rail of combined oil ring | |
| RU2319592C2 (en) | Shaft restoring method | |
| RU2080230C1 (en) | Method of repairing worn out crankpins and main journals | |
| CN85106461A (en) | The method of restoring camshaft | |
| RU2062204C1 (en) | Method of worn piece restoration | |
| RU2050243C1 (en) | Crankshaft neck recovery method | |
| RU2001127015A (en) | The method of restoration of the crankshaft and crankshaft | |
| US12097582B2 (en) | Crankshaft repair system and method | |
| RU2337802C2 (en) | Shaft recostruction method | |
| JPH11151509A (en) | Sleeve roll for rolling | |
| RU2133183C1 (en) | Method of reconditioning of shaft worn-out journals | |
| SU1371983A1 (en) | Method of reconditioning cast iron camshafts | |
| SU1754388A1 (en) | Method for restoring necks of crankshafts | |
| RU2011499C1 (en) | Method for repairs of bearing assembly of boosted internal combustion engine crankshaft and sliding bearing shell for realization thereof |