автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок карданных передач осадкой с продольным профилированием шлицев

На правах рукописи

Магомедов Рамазан Ярахмедович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНО ИЗНОШЕННЫХ ПО ДЛИНЕ ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ ОСАДКОЙ С ПРОДОЛЬНЫМ ПРОФИЛИРОВАНИЕМ ШЛИЦЕВ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 ДПР 2012

Саратов 2012

005019323

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Рудик Феликс Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кафедры «Детали машин, подъемно-транспортные машины и сопротивление материалов» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» Межецкий Геннадий Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией «Ремонт двигателей» ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии Александров Вячеслав Александрович

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина»

Защита состоится «24» мая 2012 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы на автореферат направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1. E-mail: dissovet@sgau.ru.

Автореферат разослан « апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Собственные средства большинства сельскохозяйственных предприятий, полученные от хозяйственной деятельности, зачастую недостаточны даже для обеспечения затрат на повседневную деятельность, не говоря уже о целеустремленной политике повышения энерговооруженности. Новая техника приобретается только в случае конъюнктурной необходимости, в своем большинстве работают старые, неоднократно использовавшие свой ресурс машины.

В связи с этим сложилась ситуация, когда порядка 85 % машинно-тракторного парка находится за переделами срока амортизации. Это обстоятельство негативно отражается на сроках и качестве производства работ, ведет к значительным потерям энергоресурсов и произведенной продукции, повышает ее себестоимость. -—

Надежность трансмиссий мобильных технических средств во многом определяет технический уровень элементно-агрегатной базы, в частности: работоспособности — до 70-80 %, материалоемкости — до 40 %, условий труда - до 70 %. При этом многими исследованиями установлено, что одним из ресурсоопределяющих агрегатов механических трансмиссий являются карданные передачи.

Актуальность диссертационной работы также подтверждается тем, что она выполнялась по планам развития Саратовской области: научному направлению 1.2.9 «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона» на двадцать лет (№ Гос. Регистрации 840005200), приоритетному направлению научного развития ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» № 01201151795 - «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» по планам «Разработка ресурсосберегающих технологий ремонта и технического сервиса для предприятий АПК» и «Проведение научных исследований по повышению надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».

Цель работы: совершенствование технологии восстановления размеров неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок радиальной осадкой с продольным профилированием шлицев и с обеспечением нормативных прочностных показателей.

Объект исследования: шлицевые втулки карданных передач автомобилей ГАЗ и УАЗ.

Предмет исследования: закономерности формообразования шлицевых втулок при их восстановлении профилирующей накаткой.

Практическая ценность работы состоит в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении технологии с комплектом оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок осадкой с обеспечением приращения размеров для финишной протяжной операции и нормативных прочностных показателей.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

- закономерности перемещения запасов металла радиальной осадкой внешней поверхности втулки к неравномерно изношенным по длине восстанавливаемым шлйцам с профилированием размеров в радиальном и продольном направлениях и с обеспечением нормативных прочностных показателей;

- математическая модель, адекватно описывающая выбор температуры преддеформационного нагрева, степени, скорости, усилия и времени деформации радиально-продольного перемещения металла при восстановлении шлицевой втулки;

- конструктивные параметры оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицев втулок с обеспечением прочностных показателей, соответствующих нормативным.

Реализация результатов работы. Технологический процесс с комплектом оснастки для восстановления шлицевых втулок автомобилей семейств ГАЗ и УАЗ внедрены на действующей поточно-технологической линии ОАО «Саратовский подшипниковый завод».

Материалы научно-исследовательской работы используются при проведении занятий по дисциплинам «Надежность и ремонт машин», «Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования» в ФГБОУ ВПО «СГАУ им. Н.И. Вавилова».

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (2008-2012 гг.), на международных научно-практических конференциях, посвященных 100-летию профессоров В.В. Красникова (2008 г.); Д.Г. Вадивасова (2009 г.); «Вавиловские чтения» (2008-2011 гг.); СПбГТУ (2008 г.); на научно-технических советах (содокладчик Годунова Н.Б.) ОАО «Ульяновский автозавод» и ОАО «Автоваз» (2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ объемом 9,46 п. л., в том Числе 5 статей - в изданиях, включенных в перечень журналов и изданий ВАК РФ. Лично автору принадлежит 2,76 п. л. Получено 2 патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 144 наименований.

Работа изложена на 162 страницах компьютерного набора, содержит 62 рисунка, 10 таблиц и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию актуальности исследований в области применения технологических процессов восстановления шлицев шлицевой втулки с обеспечением нормативных прочностных показателей.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» дан анализ исследований в области восстановления зубчатых и шлицевых соединений. Большой вклад в развитие науки о восстановлении изношенных деталей внесли такие ученые, как Е.П. Воловик, М.Н. Ерохин, Б.П. Загородских, В.М. Кряжков, В.П. Лялякин, М.Я. Рассказов, И.Е. Ульман, В.А. Шадричев, В.И. Цыпцын и др. Их работы позволили создать и внедрить в производство современные ресурсосберегающие технологии восстановления, основанные в своем большинстве на использовании дополнительных ремонтных материалов.

В последующем большое распространение получило научное направление, основанное на восстановлении изношенных поверхностей путем перемещения методом пластической деформации запасов металла с нерабочих зон. Этому направлению посвящены работы профессоров СГАУ им. Н.И. Вавилова, Д.Г. Вадивасова, Ю.Д. Па-шина, Ф.Я. Рудик, С.А. Богатырева, С.Ю. Элькина, Н.Б. Годунова, М.Ш. Гутуева и других ученых.

Технологии восстановления изношенных деталей пластической деформацией могут быть применены к деталям разнообразных форм, размеров, с различными величинами износов. Причем применение этих технологий при восстановлении шлицевых втулок карданных передач имеется преимущество, заключающееся в возможности использования собственных запасов металла. Это позволяет обеспечить ресурс восстановленной детали, соответствующий номинальному, установленному для новой.

На основании выводов, о состоянии вопроса восстановления зубчатых и шлицевых деталей, изучения работы и износного состояния шлицевого соединения карданных передач, программы исследования и сформулированной цели в диссертационной работе предусматривалось решение следующих задач:

1. Проанализировать характер работы шлшевой втулки карданного соединения, выявить механизм и закономерности изнашивания профиля шлицев по длине, дать оценку существующим техническим решениям по восстановлению шлицевых поверхностей и обосновать целесообразность использования метода радиальной осадки с продольным профилированием неравномерно изношенных по длине шлицев.

2. Теоретически и экспериментально исследовать износное состояние эвольвентного профиля неравномерно изношенных по длине шлицев втулки, выявить закономерности объемов перемещаемого и перемещенного металла, согласовать их с размерами накатного и профилирующего элементов оснастки, обосновать и экспериментально опробовать схему формообразования и формирования новых, восстановленных поверхностей шлицев по длине.

3. Разработать математическую модель и обосновать технологические режимы восстановления и упрочнения шлицевых втулок, при их восстановлении радиальной осадкой с продольным профилированием шлицев, исследовать геометрические, физико-механические и структурные показатели эффективности предложенного технического решения.

4. Разработать конструкцию накатной установки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицев втулки, провести ее производственную апробацию и дать технико-экономическую оценку эффективности результатов работы.

Во втором разделе «Теоретические исследования формообразования при восстановлении шлицевой втулки» представлены материалы анализа работы шлицевого соединения, обоснованы кинематические и динамические параметры накатной установки.

Расчетным путем установлено нагруженное состояние шлицевых деталей карданных передач по величине приведенного момента Мпр, допускаемого предельного напряжения изгиба [ст|п] и момента сопротивления сечения детали м>,

Мпр = [стиз] • и/, Нм, (1)

где IV = 0Д(1|Т.

Допустимый диаметр втулки определен по формуле

= 3 У, .мм. (2)

вт л/ 0,1[стнз]

Расчетами установлено, что даже уменьшение внешнего диаметра втулки при восстановлении с 58 до 35 мм не снизит показателя допустимой прочности (обеспечит его двукратное превышение).

Допустимая толщина стенки втулки определялась по выражению

£ Н"-1^)- "м- <3>

где с/ - наружный диаметр втулки, мм; Мкр тах - максимальный крутящий момент, Нм; [ткр] - допустимый крутящий момент, Нм.

В связи с тем, что износ шлицев по длине неравномерен (рисунок 1) и в центральной части втулки он максимален, исследовалась схема формообразования, при которой протекает процесс радиальной осадки металла накатными роликами с одновременным перемещением валика металла профилирующими роликами вдоль шлица (рисунок 2). №8 7 5 5 4.3 2 1

Рисунок 1 - Характер износа по длине шлица: 1 - внешняя заходная часть; 2 - середина шлицевой втулки

Рисунок 2 - Схема возможных перемещений металла при осадке втулки: V, и У2-смешаемый и смещенный о&ьем металла

Функция, адекватно описывающая радиальные перемещения металла, имеет вид уравнения косинусоиды

Е. = а, соэ—+ а7 А Н, (4)

г 1 2к 1 2К '

где аг и а2 - варьируемые параметры; И - длина втулки; й; - длина шлицевой части втулки, мм; - радиус, определяющий положение точки ТУ; Д К - металл, осаживаемый роликом.

М = 4 а1- + а2 — . (5)

1 тт z з-гт 4 '

Взаимосвязь между варьируемыми параметрами имеет вид

а2 = 3 ах — £, (6)

где е = ^ - значение относительной деформации в плоскости Т.

Отсюда, интенсивность сдвига

Г = ^2/ъ[(гг-г(р)2+ {г1р-гг)2+ (г2-ггу] + г2Г2, (7)

где ег, с2 и г(р - величины радиальной, высотной и угловой деформаций, соответственно.

Решив уравнение интенсивности сдвига относительно при Л, = Я получим

•э, 27 Я2«2. а1 - ______>*2 ■ ^

240+20, Ъ11^-

Исходя из схемы деформации и приняв степень деформации е = 7 %, что согласуется с величиной износа детали, варьируемые параметры аг = 0,051 и а2 =0,016 и произведя расчеты, получили данные, сведенные в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчетные величины радиальных перемещений точек по длине осаживаемой шлицевой втулки карданной передачи автомобилей ГАЗ, УАЗ

№ точки Координаты точки на оси Z, А/ Радиальные перемещения, м ■ 10*~3,

1 И 0

2 5/6 А 0,55

3 2/ЪИ 0,94

4 1/2Л 1,07

5 1/ЗЛ 0,98

6 1/6А 0,83

7 0 0,7

В соответствии с условием постоянства перемещаемого Г, и перемещенного У2 объемов металла с внешней нерабочей поверхности восстанавливаемой шлицевой втулки необходимо переместить такое количество металла, из которого можно сформировать сложный эвольвент-ный профиль неравномерно изношенного шлица, обеспечив при этом стабильные по всему профилю и длине размеры (рисунки 3,4).

перемещаемого объема металла длины эвольвенты шлица

У1 = У2 или ■ I = 52 • I, (9)

где г - число шлицев, шт; З1, - площадь слоя металла необходимого для восстановления шлица, м2; I — длина восстанавливаемого шлица, мм; 5*2 — площадь перемещаемого слоя металла, м2.

Контуры шлица исходя из рисунка 4 описываются выражениями: тг „.. п т(г+2) _ т(г-2,5) п тг ,.пх

ОА =— собу.ОК = ДВп-^;Двс= 2 ;Ка= — (10)

где т - модуль зацепления; г - число шлицев, шт.; Явп - окружность впадин шлица, мм; /?вс - окружность выступов шлица, мм; — радиус делительной окружности, мм. Для определения длины эвольвенты устанавливалось значение переменного угла ср, с этой целью использовался принцип конструирования эвольвенты, согласно которому длина отрезка АК равна длине дуги окружности иАВ, по которой прокатывается касательная прямая:

АК = + + (11)

где а - угол зацепления.

А угол ф, описывающий эвольвентный профиль шлица, имеет вид

_ идв _ \1г251 п2а+4г+4 ^ _ К0 _ г-ссяо. ' '

где Я0 - радиус участка эвольвенты.

Объем перемещаемого металла рассчитывается по выражению

= 2тт (г2зт2а + М + 4) + у (гсоэа -1 + 2,5)]. (13)

И, исходя из этого, объем перемещенного металла равен

(14)

где с!п - диаметр, приходящийся на осадку, мм; с/м - диаметр, приходящийся на механическую обработку, мм.

В итоге диаметр, до которого необходимо осадить внешнюю поверхность шлицевой втулки, при котором компенсируется износ и создадутся припуски на механическую обработку, определялся по выражению:

^=Л ^п2а+42+4)+т ^со5а -2+• (15>

При осадке внешней поверхности шлицевой втулки металл перераспределяется с внешней поверхности к восстанавливаемым шлицам, возникающие при этом осевые Рос и окружные Рок, (рисунок 5) усилия оказывают сопротивление внедрению деформирующего инструмента и препятствуют процессу осадки и продольному смещению. В соответствии со схемой величина перемещаемого слоя металла может быть определена по выражению

г = АК^^, (16)

где Б0 - исходный диаметр осаживаемой внешней поверхности втулки, мм; - диаметр отверстия втулки после осадки, мм.

Площадь контакта накатного ролика с осаживаемой поверхностью может быть определена выражением

5К = иАВ • I = 2гЬ ■ эгсбш^, (17)

где Ь - ширина деформирующей части накатного ролика, мм.

Усилие, необходимое для радиального перемещения металла, равно:

Р = <]5К, (18)

где ц = (1,8... .2Д)ат - удельная нагрузка сопротивления металла перемещению; ат - предел прочности металла при заданной температуре преддеформационного нагрева. Тогда усилие деформации осадки

Р = 2ат-2г-1- агсзшРос = Р ^ и Рокр = Р 5т|, Н. (19)

В третьем разделе «Методика экспериментальных исследований» изложены программа и частные методики проведения лабораторных исследований, в число которых входили: процесс радиальной осадки с продольным профилированием шлицев, микрометраж ремфонда и восстановленных деталей, определение прочностных показателей, остаточных напряжений, плотности дислокаций и структурных состояний.

Р Рос

Рисунок 5 - Схема для расчета усилий деформации

При изучении процесса осадки в качестве контролируемых управляющих факторов приняты: усилие деформации в радиальном направлении Рос, окружное усилие Рок, частота вращения детали п и температура преддеформационого нагрева Т. При этом использовались датчики давления, тахометры. При микрометражных и прочностных исследованиях использовались методики и оборудование заводских испытательных лабораторий ОАО «Ульяновский автомобильный завод», прочность материала анализировалась по методике ПМ 37.104.04.571-87 и ГОСТ 3565. Остаточные напряжения и плотность дислокаций определялись рентгеноструктурным методом на установке ДРОН-3,0 методами 5т2\|/ и расчета уширения линии рентгенограммы р. При структурных исследованиях использовался электронный металлографический микроскоп МИМ-8М.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты математического моделирования процесса осадки, при этом получена модель, адекватно описывающая зависимость усилия деформации Р от температуры преддеформационого нагрева Т и скорости деформации Ус1.

Я = (1-0,358 1пУ4 • 116 - 1), (20)

Критерием Фишера определена однородность дисперсии, равная 5%-му уровню значимости. Адекватность математической модели с 95%-й доверительной вероятностью подтвердилась последующими экспериментальными исследованиями.

На рисунках 6, 7 представлены результаты графической интерпретации регрессионной модели и ее достоверного соответствия экспериментальным данным.

Рисунок 6 - Зависимость основных режимных показателей при осадке втулки

Ü 1000

g. «oo

400

200

Vd=0 Э027( l/C

у/*

í._

I Vd1 0.001 3íü7cTf

Уа=С, --i .ооог -ii 6м/с

,Vd=q ,0007 Ы!с

i

950 1000 1050 1100 1.150 1200 1250 Температура нреддеформашюннога нагрева T, °C

Рисунок 7 - Результаты экспериментальных исследований режимов осадки втулки |Рсс

При этом установлено, что температурный оптимум находится в интервале 950-1100 °С. Снижение температуры нагрева ниже 900 °С ведет к резкому повышению усилия деформации, изменению межкристаллитных связей, хрупкости и, как следствие, к появлению микротрещин. Нагрев выше 1100°С нецелесообразен по причине достаточности, дальнейшее повышение ведет только к перерасходу энергетических ресурсов. Уменьшение усилия деформации при небольших, в интервале 0,74-Ю-3...0,86-10'3 м/с, скоростях деформации обусловливает необходимость создания накатного инструмента с переменным осадочным профилем (рисунок 8). Конструктивно деформирующая и профилирующая оснастка выполнена так, что профилирующий ролик входит в восстанавливаемый шлиц с некоторым запозданием Ь. Это обстоятельство позволяет осуществлять поэтапное профилирование шлица с постепенным, менее энергоемким, процессом формирования профиля. При этом наблюдается более качественное заполнение металлом дна канавки, эвольвенты профиля и выступов шлицев по длине (рисунок 9).

Рисунок 8-Схема деформации и профилирования шлица при его восстановлении: 7 -перемещаемый металл; 2-перемещённый металл

1 2 Рисунок 9 - Изношенная 1 и восстановленная 2 шлицевые втулки

Исходя из аналитических и экспериментальных исследований наиболее рациональными следует считать технологические параметры, представленные в таблице 2.

Таблица 2 - Технологические параметры осадки шлицевой втулки

Наименование параметра Единица Величина

параметра

измерения

1 Температура преддеформационного нагрева °С 1100

2 Температура конца деформации °С 950

3 Частота вращения шлицевой втулки мин-1 100...150

4 Усилие накатки кН 400...600

5 Глубина внедрения деформирующих роликов мм 0,7...1,1

6 Продольная подача накатной установки мм/с 0,74

7 Продолжительность накатки мин 3,0

X

ч

&=0,3 - 0,8мм

15

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.8 0,9

Величина износа. I, мм Рисунок 10 - Распределение износов шлицевых канавок автомобилей ГАЗ, УАЗ

Анализируя данные микро-метражных исследований (рисунок 10) установили предельные износы по показателю состояния дна шлицевых канавок. Причем у автомобилей семейства ГАЗ, УАЗ это превышение находится в интервале от 0,3 до 0,8 мм.

С учетом неравномерности износов по длине шлица в качестве конструктивного параметра принята величина износа по внутреннему диаметру шлицевых выступов (рисунок 11).

Исходя из фактора приоритета больших показателей износа при создании универсальной накатной установки принята величина износа высоты шлицев, равная 56 мм, для втулок автомобилей семейства ГАЗ, УАЗ (см. рисунок 11).

После осадки внешнего диаметра контролируемый параметр находится в пределах 52,0...52,8 мм, что на 2,0...2,3 мм превышает размер изношенного шлица (рисунок 12). С учетом величины износа, равной 0,6...0,8 мм, это дает приращение в 1,4... 1,5 мм, что вполне достаточно для проведения протяжной операции.

Исходя из данных теоретического анализа, экспе-

И

Величина износа, 1, мм Рисунок 11 - Распределение износов внутренних диаметров шлицевых выступов автомобилей ГАЗ, УАЗ

52,2 52,4 52.6 52,8 54 ММ Рисунок 12-Размеры приращения параметра внутренних диаметров шлица автомобилей ГАЗ, УАЗ

риментальных исследовании и микрометражных данных установлены конструктивно определяющие параметры накатной установки, представленные в таблице 3.

Оценка микротвердости по глубине слоя серийного шлица показала, что на глубине 0,5 мм от поверхности

профиля она находится в пределах 260 МПа (рисунок 13).

Таблица 3 - Конструктивные размеры элементов накатной установки

Наименование элемента

Эскиз элемента

Конструктивные размеры

1 Размеры деформирующего ролика

2 Межосевое расстояние деформирующих роликов

3 Установочный размер профилирующих роликов

1 -45°; 2 -15 мм; а = 8-10°; 3 - 30мм; 4-5 мм; 61 = 20 мм

Б! = 88,8мм

= 52,8мм

Далее, по мере удаления от поверхностного слоя показатель микротвердости уменьшается и на глубине 2,0 мм достигает 200 МПа, а в последней точке замера, на глубине 3 мм, имеет значение 100 МПа. Характер изменения итоговой микротвердости обусловливается операцией закалки - ТВЧ нормализацией.

Восстановленные накаткой с профилированием поверхности шлица 2 представляют несколько иную картину упрочнения.

Направленная к восстанавливав- о,5 1 1,5 2 2,5

МЫМ шлицам пластическая деформа- Расстояние по Шубине слоя, мм

Рисунок 13- Микротвердость серийного /. ЦИЯ внешней поверхности втулки, восстановленного 2 и механически

обусловливаемая тангенциальным обработанного шлица 5

скольжением, обеспечивает увеличение размеров профиля шлица. Конструктивно заданное запоздание профилирующего ролика, имеющего зеркально идентичные профиль и размеры серийного шлица с припуском на механическую обработку, ограничивает перемещение металла и изменяет направление деформации. Это позволяет повысить качественное формирование профиля шлица, повысить микротвердость поверхностного слоя до 340 МПа, что на 30 % выше, чем у серийных.

Оценка статических прочностных характеристик осуществлялась по показателям напряжений кручения и изгиба. Исследованиями на статическую прочность шлицевых втулок карданных валов, укомплектованных восстановленными втулками (таблица 4), установлено, что все испытуемые детали по показателю прочности соответствуют серийным и более чем на 40 % превышают допустимые, уста-новленныёТаводом-изготовителем.

Таблица 4 - Статическая прочность шлицевой втулки на кручение

Крутящий момент, при котором произошло разрушение, кН Место и причина разрушения Заключение о прочностном состоянии в сравнении с допустимыми, %

300 Скручивание втулки в зоне перехода к шлицам >42

310 Скручивание втулки в зоне перехода к шлицам >47

300 Скручивание втулки в зоне перехода к шлицам >42

310 Скручивание втулки в зоне перехода к шлицам >47

300 Скручивание втулки в зоне перехода к шлицам >42

300 Разрушение сварного шва

300 Разрушение сварного шва

300 Разрушение сварного шва

280 Разрушение сварного шва

Причем все дефекты произошли вне зоны нахождения шлицев, т. е. в местах, не подвергшихся конструктивному изменению при восстановлении. Отсюда можно сделать вывод о том, что по показателю прочности на крутящий момент восстановленные втулки соответствуют серийным.

Процесс накатки с профили- о рованием шлицев является упрочняющим, так как при восстановлении пластическая деформация способствует изменению структурных и физических составляющих деталей, что обусловливает процесс упрочнения восстанавливаемого

профиля шлица (рисунок 14). и 01 15 3

После деформации шлицевой Глубина слоя от поверхности шлица, мм

втулки 1 сумма главных остаточ- Рисунок 14-Распределение показателей , ~ остаточных напряжений, определяемых

НЫХ напряжении а,+ а2 приобрета- рентгеноструктуриым методом 51П2У

ет сжимающий характер, в отличие от остаточных напряжений растяжения серийных шлицевых втулок 2. Приращение абсолютных показателей от 2,8 до 7,3-10 мН/м2 подтверждает данные теоретического анализа и конструктивных предпосылок о возможности повышения прочностных и износостойких параметров при восстановлении внутренней шлицевой поверхности втулки накаткой с профилированием деформируемой поверхности. После термической операции - нормализации ТВЧ напряжения несколько снижаются в поверхностном слое, а по глубине практически не меняются (см. рисунок 14, поз. 5).

Дислокации, вызываемые искажениями кристаллической решетки, говорят об изменении свойств деформируемого материала. Увеличение показателей плотности дислокаций, определенные методом субмикро-рентгеноструктурного исследования, и характер их распределения по глубине слоя (рисунок 15) говорит также об упрочняющем эффекте рассматриваемого способа восстановления.

Показатели плотности дислокаций в поверхностном слое восстановленного шлица 2 возрастают до 1,5-1012... 1,8-1012 см-2, что в 2,2 раза превышает дислокационные показатели серийного шлица 1; это также подтверждает с физических позиций процесс упрочнения поверхности шлица при его восстановлении осадкой с профилированием. Плотность дислокаций находятся в интервале до 1012 см'2, что не ведет к образованию субмикротрещин и, соответственно, к усталостным разрушениям.

Макрострукгурными исследованиями (рисунок 16) установлены, во-первых, явное приращение всех поверхностей шлица (рисунок 16, б) и, во-вторых, повышенная плотность металла по всему срезу шлицевой втулки. Отсутствуют также складки и другие дефекты в виде микротрещин поверхностей.

Анализом микроструктурного состояния установлено, что металл серийной шлицевой втулки представляет собой мартенсит отпуска с ферритными зернами, что объясняется принятой технологией литья

при изготовлении заготовки и последующей термообработкой.

Микроструктура восстановленного шлица представляет собой скрытно-кристаллический мартенсит с карбитами хрома. В процессе профилирования на поверхности шлица образуется вытянутая в направлении деформации высокодисперсная структура. Вышеприведенный материал шлиц; 2-серийный шлиц еще раз наглядно демонстрирует

"I ' «~

Глубина слоя от поверхности шлица, мм Рисунок 15-Распределение показателей .

: 1-восстановленный

высокие технологические возможности процесса восстановления шлицевых втулок накаткой с продольным профилированием поверхности шлица.

Рисунок 16 - Макроструктура шлицевой втулки (ХЗ): а - изношенные шлицы втулки; 6 - восстановленные шлицы втулки

Следует также указать на возможность применения разработанной технологии и технических средств в качестве упрочняющих при изготовлении внутренних шлицевых поверхностей.

Проведенные исследования и экспериментальная проверка макетной и опытно-конструкторской установки позволили определиться с основными операциями технологического процесса восстановления шлицевых втулок карданных передач (рисунок 17).

Дефеюговочная

015

Преддеформациояный нагрев ВаСС2

Накатная

025 Протяжная 030 Термическая 035 Контрольная

Рисунок 17 - Схема технологического процесса восстановления шлицевой втулки

В пятом разделе «Технико-экономическая эффективность результатов исследования» для оценки экономической эффективности принята себестоимость новой шлицевой втулки. Суммарный экономический эффект при годовой программе 10 тыс. изделий составит 1067 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 2,4 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализом литературных и патентных источников установлено, что при восстановлении шлицевых поверхностей необходимо соблюдение условия, при котором приращение размеров и профиля шлицев по всей его длине целесообразно обеспечить собственными запасами металла по телу детали. При этом для достижения высоких прочностных параметров необходимо достичь таких результатов, когда напряжения изгиба Ос и контакта ан будут соответствовать показателям новых изделий.

2. Получены расчетные зависимости, обусловливающие возможность уменьшения толщины стенки шлицевой втулки на 0,7.. .1,1 мм, и аналитические выражения, позволяющие исследовать и оптимизировать схему формообразования при радиальной осадке с одновременным продольным перемещением металла по длине шлица, конструктивные параметры установки, обеспечивающие перемещение необходимого для восстановления износа и создания припуска объема металла, а также энергосиловые параметры процесса накатки.

3. По результатам экспериментальных исследований получена математическая модель, адекватно описывающая зависимость усилия деформации от температуры преддеформационного нагрева и скорости деформирования, а также связанные с ней графические закономерности, установлены рациональные деформационные параметры, позволяющие оценить конструктивные, режимные и технологические параметры:

• температура преддеформационного нагрева 1100.. .950 °С;

• частота вращения 100... 150 мин"1;

• усилие накатки 400.. .600 кН;

• глубина внедрения деформирующих роликов 0,7...1,1 мм;

• степень деформации 7 %;

• скорость деформации 44,4 мм/мин;

• продолжительность накатки 3,0 мин.

4. Разработано, изготовлено и испытано устройство (патенты на полезную модель № 73814, № 108332) для восстановления шлице-вых поверхностей накаткой, позволяющее осуществлять приращение размеров и профиля неравномерно изношенных по длине шлицев в интервале 2,0.. .2,3 мм, вполне достаточном для устранения износов и создания припусков на механическую обработку протяжкой.

5. Стендовыми и лабораторными испытаниями установлено, что сопутствующие осадке с продольным профилированием процессы повышают показатели поверхностной твердости на 30 %, остаточные напряжения возрастают в 2,6 раза, плотность дислокации в 2,2 раза. Макроструктура восстановленных шлицев характеризуется вытянутостью зерен по направлению линий скольжения, отсутствием дефектов и складок, а микроструктура - вытянутой в направлении деформации мелкодисперсной структурой. Протекающие при восстановлении процессы поверхностно-пластического упрочнения позволили повысить показатели статической прочности на кручение на 40 %. Приведенные данные подтверждают высокую эффективность разработанной технологии.

6. Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования в производство составит 1067 тыс. рублей при годовой программе 10 тыс. шт. и сроке окупаемости 2,4 года.

Основные положения диссертации отображены в следующих работах:

1. Магомедов, Р. Я. Проектирование параметров формообразования при восстановлении давлением шлицевых ступиц / Н. Б. Годунов, Р. Я. Магомедов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2008. № 3. - С. 57-59 (0,1 В/0,08 п. л.).

2. Магомедов, Р. Я. Восстановление шлицевых валов карданных передач профилирующей накаткой / Ф. Я. Рудик, Н. Б. Годунов, Р. Я. Магомедов // Технология машиностроения. - 2009. № 6 - С. 18-20 (0,18/0,04 п. л.).

3. Магомедов, Р.Я. Восстановление внешних шлицевых поверхностей пластической деформацией. / Н. Б. Годунов, С.А. Богатырев, Р. Я. Магомедов // Вестник Саратовского гостехуниверситета. - 2010. -JV« 1 (44). - С. 14-18 (0,29/0,09 п. л.).

4. Оснастка для восстановления сложнопрофильных шлицевых поверхностей накаткой / Р. Я. Магомедов [и др.] // Вестник Саратовского госте хлштсреитета. - 2010. - № 2 (45). - С. 49-52 (0,23/0,05 п. л.).

5. Магомедов, Р. Я. Расчет допустимой толщины стенки деталей шлицевого соединения / Ф. Я. Рудик, Р. Я. Магомедов // Научное обозрение. -2010. № 6. С. 25-27 (0,23/0,08 пл.).

6. Патент на полезную модель U1 73814 RU МПК B23P 6/00. Устройство для восстановления шлицевых поверхностей / Рудик Ф. Я., Годунов Н. Б., Богатырев С. А., Магомедов Р. Я. -№ 2008104098; заявл. 04.02.2008; опубл. Б.И. №16.

7. Патент на полезную модель U1 108332, RU МПК B23P6/00, В21Н5/00. Устройство для восстановления внутренних шлицевых поверхностей / Рудик Ф. Я., Богатырев С. А., Магомедов Р. Я. № 2011115276/02, заяв. 18.04.2011; опубл. 20.09.2011. БИ № 16.

8. Магомедов, Р. Я. Расчет усилий при восстановлении шлицевых полых валов раскаткой отверстия / Н. Б. Годунов, Р. Я. Магомедов // Междунар. науч.-пракг. конф., посвящ. 100-летию проф. Красникова В. В.; ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. -С. 27-30 (0,29/0,1 п. л.).

9. Магомедов, Р. Я. Устройство для восстановлен™ шлицевых полых валов раскаткой отверстая / Ф. Я. Рудик, К Б. Годунов, Р. Я. Магомедов // Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-леппо проф. Красникова В. В.; ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - С. 103-108 (0,35/0,1 п. л).

10. Магомедов, Р. Я Обеспечение номинальных размеров шлицевых поверхностей при их восстановлении давлением // Вавиловские чтения -2008: материалы Междунар. науч.-пракг. конф., посвящ. 95-леппо Саратовского госагроуниверстгтега, 26-27 нояб. 2008 г. - Саратов, 2008. - С266-269 (0,23 п. л).

11. Магомедов, Р. Я. Расчет перемещаемых объемов металла при восстановлении полых шлицевых ступиц карданных передач / Р. Я. Магомедов // Вестник Махачкалинского филиала ГОУ ВПО МАДИ (ГТУ). Сборник научных трудов. - Вып. VIII. - Махачкала, 2008. - С. 27-30 (0,23/0,11 п. л.).

12. Магомедов, Р. Я. Определение нагрузок от крутящего и изгибающего моментов на ведомый вал КП / Н. Б. Годунов, Р. Я Магомедов // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструментов и технологической оснастки,: сб. материалов 10-й Междунар. науч.-пракг. конф. / СПб. госполигехуниверсигег. -СПб., 2008. - С. 65-72 (0,62/0,4 п. л).

13. Магомедов, Р. Я. Испытания на прочность восстановленных накаткой шлицевых деталей карданных передач автомобилей семейства УАЗ / Н. Б. Годунов, Р. Я. Магомедов // Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию проф. Вадивасова Д. Г.; ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - С. 34-36 (0,18/0,09 п. л.).

14. Магомедов, Р. Я. Обеспечение стабильного приращения профиля внутренних шлицев. Восстановление шлицевой втулки / Ф. Я. Рудик, Р. Я. Магомедов // - Saarbrücken, Germany, Lap Lambert Academic Publishing, 2012. - 132 c. (8/1,5 п.л.).

Подписано в печать 10.04.12. Формат 60x847,6 Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 127/116

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл., 1

61 12-5/3063

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российской Федерации «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

МАГОМЕДОВ РАМАЗАН ЯРАХМЕДОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНО ИЗНОШЕННЫХ ПО ДЛИНЕ ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ ОСАДКОЙ С ПРОДОЛЬНЫМ ПРОФИЛИРОВАНИЕМ ШЛИЦЕВ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Рудик Феликс Яковлевич

Саратов 2012

Реферат

Диссертация состоит из введения, пяти разделов и общих выводов, изложенных на 164 страницах, включает в себя 10 таблиц, 62 рисунка, списка использованных литературных источников из 144 наименований и приложений на 27 страницах.

Ключевые слова: технология, восстановление, изношенные, шлицы, втулки, осадка, накатка, профилирование, напряжения, деформация, инструмент, усилие, давление, перемещение, структура, твердость, износостойкость, прочность, ресурс, окупаемость.

В диссертационной работе представлены результаты исследований износного состояния шлицевых втулок с неравномерным износом шлицев по длине. Предложена, теоретически и экспериментально обоснована новая технология, восстановления неравномерно изношенных по длине шлицев втулок карданных передач, заключающаяся в радиальной осадке внешней нерабочей поверхности втулки с продольным перемещение металла к восстанавливаемым шлицам. С целью обеспечения равномерного заполнения шлицев металлом профилирующие ролики подаются накатным устройством с запозданием, что создает условия для продольного перемещения валика металла.

Приведены теоретические материалы исследования по обоснованию объемов металла, необходимых для заполнения шлицев с эвольвентным профилем, энергосиловых параметров процесса деформации.

Исследованы геометрические, физико-механические и структурные характеристики восстановленных радиальной осадкой с продольным профилированием шлицевых втулок. Разработан технологический процесс восстановления шлицевых втулок карданных передач.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЯ. ...11

1.1 Условия работы и причины потери работоспособности шлицевых деталей....................................................................ц

1.2 Анализ существующих способов восстановления и

упрочнения шлицевых и зубчатых поверхностей..............................15

1.3 Обоснование структуры и программы исследований.....................31

1.4 Выводы и задачи исследования...............................................34

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНА ШЛИЦЕВЫХ ВТУЛОК........................37

2.1 Исследования возможности изменения конструктивных размеров деталей шлицевого соединения........................................37

2.1.1 Расчёт нагруженного состояния шлицевых деталей

от воздействия крутящего момента...............................................37

2.1.2 Расчёт нагруженного состояния шлицевых деталей карданного вала от воздействия изгибающего момента.....................40

2.1.3 Расчёт допустимой толщины стенкишлицевойвтулки..............48

2.2 Теоретическое обоснование схемы формообразования

при восстановлении шлицев втулки накаткой.................................51

2.2.1 Анализ кинематики перемещений металла в процессе

осадки шлицевой втулки............................................................52

2.2.2 Расчёт конструктивных параметров накатной

установки для восстановления шлицевых втулок накаткой.................57

2.2.3 Расчёт перемещаемого объёма металла...................................58

2.2.4 Расчёт энергосиловых параметров радиальной осадки и продольного перемещения металла при накатке шлицевых втулок.......63

2.3 Выводы............................................................................67

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........68

3.1 Методика исследования процесса осад ки при восстановлении шлицевых втулок.....................................................................68

3.2 Методика микрометражных исследований шлицевых втулок.........71

3.3 Методика прочностных исследований......................................74

3.3.1 Методика испытаний на твёрдость и микротвёрдость................75

3.3.2 Методика исследований статической прочности..................... .75

3.4 Методика проведения физических испытаний...........................76

3.4.1 Методика исследования остаточных напряжений.....................77

3.4.2 Методика исследований плотности дислокаций.......................78

3.5 Методика макро- и микроструктурных исследований..................78

3.6 Выводы.............................................................................79

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.......80

4.1 Моделирование режимов осадки при восстановлении

шлицевой втулки накаткой.........................................................80

4.2 Конструкция оснастки для восстановления шлицевых втулок карданных передач...................................................................84

4.3 Результаты исследования геометрических показателей изношенных и восстановленных шлицевых втулок..........................91

4.4 Механические показатели восстановленных накаткой шлицев......100

4.4.1 Микротвёрдость профиля шлицев........................................100

4.4.2 Статическая прочность восстановленных шлицевых втулок.......103

4.5 Физические показатели восстановленных накаткой шлицев.........105

4.5.1 Остаточные напряжения.....................................................105

4.5.2 Плотность дислокаций......................................................107

4.6 Макро- и микроструктурные исследования..............................107

4.7 Технологический процесс восстановления шлицевых

втулок осадкой с продольным профилированием шлицев.................111

4.8 Выводы...........................................................................115

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................117

5.1 Выводы...........................................................................121

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................................122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................124

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................136

ВВЕДЕНИЕ

Одной из причин нестабильного состояния современного сельскохозяйственного производства России является плохое финансово -материальное положение, складывающееся из многих составляющих.

Основной из них является слабая, недостаточная инвестиционная политика государства. Собственные средства большинства сельскохозяйственных предприятий, полученные от хозяйственной деятельности, зачастую недостаточны даже для обеспечения затрат на повседневную деятельность, не говоря уже о целеустремленной политике повышения энерговооруженности. Новая техника приобретается только в случае конъюнктурной необходимости, в своем большинстве используются старые, неоднократно использовавшие свой ресурс машины.

В связи с этим сложилась ситуация, когда порядка 85% машинно-тракторного парка находится за пределами срока амортизации. Это обстоятельство негативно отражается на сроках и качестве производства работ, ведет к значительным потерям энергоресурсов и произведенной продукции, повышает ее себестоимость. В итоге резко снижается конкурентоспособность не только по отношению к развитым государствам, но и к некоторым странам СНГ, в частности Белоруссии и Балтии.

Решением проблемы обеспечения работоспособности сельскохозяйственной техники является повышение качества ремонтно-обслуживающих мероприятий на основе новых технологий и технических решений, повышающих ресурс отремонтированных машин и восстановленных деталей до номинальных показателей с экономией материальных средств.

Надежность трансмиссий мобильных технических средств во многом

определяет технический уровень элементно-агрегатной базы, в частности:

работоспособности - до 70 - 80%, материалоёмкости - до 40%, условия

труда - до 70%. При этом многими исследованиями [1-7], установлено, что

5

одним из ресурсоопределяющих агрегатов механических трансмиссий являются карданные передачи.

Исследованиями Авдонькина Ф. Н., Денисова A.C., Сафонова В.А. и других ученых, [2,4,5,7] Саратовский государственный технический университет, установлены зависимости изменения динамических нагрузок на агрегаты трансмиссии от окружного люфта в карданной передаче, таблица 1.

Таблица 1. - Влияние окружного люфта в карданной передаче на

загруженность агрегата трансмиссии на различных режимах движения

Динамическая нагрузка, Им

Окружной люфт, При трогании на При трогании на При медленном

град 2-й передаче 3-й передаче режиме движения

0,5 137,5 51,7 39,3

3,17 200,0 78,0 60,0

Работоспособность изношенных шлицевых деталей карданных передач снижается на всех режимах движения, увеличивающиеся при этом динамические нагрузки воздействуют на агрегаты трансмиссии, вызывая тем самым повышенные износы и отказы.

В связи с этим и с учетом того, что у деталей шлицевого соединения карданных передач имеется возможность использования остаточного ресурса, возникает целесообразность их восстановления.

Большой вклад в развитие науки восстановления изношенных деталей внесли такие ученые, как Воловик Е. П., Ерохин М.Н., Загородских Б. П., Кряжков В. М., Лялякин В.П., Рассказов М.Я., Ульман И.Е., Шадричев В.А., Цыпцын В.И.и др. [8-18]. Их работы позволили создать и внедрить в производство современные, ресурсосберегающие технологии восстановления, основанные, в своем большинстве, на использовании дополнительных ремонтных материалов.

В последующем большое распространение получило научное направление, основанное на восстановлении изношенных поверхностей путем перемещения методом пластической деформации запасов металла с нерабочих зон. Этому направлению посвящены работы профессоров СГАУ им. Н.И. Вавилова Вадивасова Д.Г., Пашина Ю.Д., Рудик Ф.Я., Богатырева С.А., Элькина С.Ю., Годунова Н.Б., Гутуева М.Ш. и других ученых [19-29].

Технологии восстановления изношенных деталей пластической деформацией могут быть использованы для деталей разнообразных форм, размеров, величин износов. На основании проведенных исследований установлено, что в большинстве случаев у изношенных деталей вполне достаточен запас металла в нерабочих, неизношенных поверхностях. Исходя из приведенных расчетов также установлено, что абсолютная величина перемещаемого металла столь незначительна, что его вполне достаточно для устранения износов. Причем технологии восстановления пластической деформацией обладают существенным преимуществом - возможностью конструктивного управления прочностными показателями. Это позволяет обеспечить ресурс восстановленной детали соответствующим номинальному, установленному для новой.

В связи с этим исследования, направленные на восстановление изношенных деталей со 100 % обеспечением ресурса, являются актуальными и практически значимыми.

Актуальность диссертационной работы также подтверждается тем, что

она выполнялась по планам развития Саратовской области: научному

направлению 1.2.9 «Комплексная региональная программа научно-

технического прогресса в агропромышленном комплексе Поволжского

экономического региона» на двадцать лет (№ Гос. Регистрации 840005200),

приоритетному направлению научного развития ФГБОУ ВПО «Саратовский

государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» № 01201151795

- «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» по планам

7

«Разработка ресурсосберегающих технологий ремонта и технического сервиса для предприятий АПК» и «Проведение научных исследований по повышению надёжности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйств»

Цель работы: совершенствование технологии восстановления размеров неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок радиальной осадкой с продольным профилированием шлицев и с обеспечением нормативных прочностных показателей.

Объект исследования: шлицевые втулки карданных передач автомобилей ГАЗ и УАЗ.

Предмет исследования: закономерности формообразования шлицевых втулок при их восстановлении профилирующей накаткой.

Научная новизна заключается:

- в теоретическом анализе, обосновании и выборе рациональной схемы формообразования с условием использования при восстановлении геометрической формы и размеров неравномерно изношенных по длине шлицев собственных запасов металла методом радиальной осадки и продольного перемещения избыточного валика в зону повышенных износов;

- в разработке математической модели рациональных режимов восстановления шлицевых втулок осадкой с продольным профилированием поверхностей шлицев;

- в экспериментальном подтверждении стабильного восстановления размеров и упрочняющих процессов, протекающих на поверхности восстанавливаемых шлицев по разработанной схеме формообразования.

Практическая ценность работы состоит в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении технологии с комплектом оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицевых втулок осадкой с обеспечением приращения размеров для финишной протяжной операции и нормативных прочностных показателей.

При этом установлены:

-закономерности перемещения запасов металла радиальной осадкой внешней поверхности втулки к неравномерно изношенным по длине восстанавливаемым шлицам с профилированием размеров и геометрической формы в радиальном и продольном направлениях и с обеспечением при этом нормативных прочностных показателей;

математическая модель, адекватно описывающая выбор температуры преддеформационного нагрева, степени, скорости, усилия и времени деформации радиально-продольного перемещения металла при восстановлении шлицевой втулки;

- конструктивные параметры оснастки для восстановления неравномерно изношенных по длине шлицев втулок с обеспечением прочностных показателей, соответствующих нормативным.

Лично автором получено:

1. Разработана новая схема формообразования, учитывающая неравномерность износа шлицев по длине шлицевой втулки;

2. Исследована кинематика одновременного радиально-продольного перемещения металла при осадке внешней поверхности втулки путем изучения радиальной, высотной и угловой деформаций сдвига, определены зависимости объемных и силовых составляющих процесса осадки.

3. Усовершенствована конструкция накатной установки, экспериментально исследованы режимы и показатели качества восстановления шлицевых втулок осадкой (Патенты № 73814, №108332).

Реализация результатов работы.

Технологический процесс с комплектом оснастки для восстановления шлицевых втулок автомобилей семейства ГАЗ и УАЗ внедрены на действующей поточно-технологической линии ОАО «Саратовский подшипниковый завод».

Материалы научно-исследовательской работы используются при проведении занятий по дисциплинам «Надежность и ремонт машин», «Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования» в ФГБОУ ВПО СГАУ им. Н.И. Вавилова.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены:

-на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (2008-2012 г.г.);

-на Международной конференции Спб. ГТУ в 2008г.; -на Международной конференции, посвященной 100-летию профессора В.В. Красникова в 2008 г.;

-на Международной конференции, посвященной 100-летию профессора Д.Г. Вадивасова в 2009г;

-на Международных конференциях «Вавиловские чтения» (20082011 г.г.);

-на научно-технических советах (содокладчик Годунова Н.Б.) ОАО «Ульяновский автозавод» и ОАО «Автоваз» в 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ объемом 9,46 печатных листов, в том числе 5 статей - в изданиях, включенных в перечень ведущих журналов и изданий ВАК РФ. Лично автору принадлежит 2,76 печатных листов. Получено 2 патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 144 наименований.

Работа изложена на 162 страницах компьютерного набора, содержит 62 рисунка, 10 таблиц и 8 приложений.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Условия работы и причины потери работоспособности

шлицевых деталей

Шлицевые соединения, условно рассматриваемые как многошпоночные, выполнены как одно целое с валом и втулкой и входят в соответствующие пазы ступицы детали, рисунок 1.

Достоинствами шлицевых деталей является то, что они могут передавать значительные моменты, при этом характеризуются высокой восприимчивостью к динамическим и реверсивным нагрузкам и повышенной прочностью соединения вследствие увеличения суммарной площади рабочих поверхностей шлицев [30-32]. Эти преимущества позволяют использовать шлицевые соединения в трансмиссионных элементах высоконагруженных транспортных средств.

Карданные передачи мобильных транспортных средств представляют собой подвижные соединения, допускающие перемещение втулки вдоль вала. При этом используемые в сое�