В буровом и нефтепромысловом оборудовании детали этого класса весьма многочисленны; сюда относятся валы лебедок, редукторов, коробок перемены передач, оси кронблоков и талевых блоков, стволы вертлюгов, пальцы крюков, оси центробежных насосов, плунжеры и штоки буровых, цементировочных и других насосов объемного действия и т. п.

Функционально детали этого класса могут работать в различных условиях нагружения: передавать значительные крутящие моменты (валы), служить для поддержки вращающихся деталей (оси), преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное (коленчатыке валы), воспринимать знакопеременные осевые нагрузки (штоки, плунжеры).

По конструкции валы подразделяются на несколько групп: гладкие, ступенчатые, шлипевые, со шпоночными канавками, с резьбой, полые, с коническими поверхностями и др. Широкое распространение получили валы, в которых сочетаются разные виды поверхностей. Из валов общего назначения в нефтяном машиностроении наиболее распространены ступенчатые валы — это валы редукторов станков-качалок, роторов, центробежных насосов, буровых лебедок и пр. Валы имеют диаметр 50-150 мм. Применяются также длиннномерные валы длиной 7000-8000 мм, в основном, в скважинном оборудовании (валы турбобуров, центробежных погружных насосов и др.).

В зависимости от характера соединения валов со смежными деталями, степени нагруженности, качества смазки и других факторов после некоторого периода работы у валов появляются различные дефекты. Наиболее характерны следующие дефекты: износ трущихся поверхностей; I изгиб или скручивание вала; износ резьбовых поверхностей; нарушение плотности посадки со-пряженной детали на вал; нарушение креплений (поломка фиксирующих штифтов или винтов); поломка вала. У деталей, передающих осевые нагрузки, возможен также продольный изгиб.

Способ ремонта валов выбирают после установления характера и степени дефекта, руководствуясь технико-экономическими соображениями, сроком службы отремонтированных деталей и наличием необходимого оборудования.

Несмотря на разнообразие конструкций валов, при их восстановлении возникают общие технологические задачи, в числе которых:

Выбор технологических баз;

Обеспечение нормированных технической документацией размеров, геометрической формы и шероховатости восстанавливаемых поверхностей;

Обеспечение соосности посадочных поверхностей;

Обеспечение параллельности боковых поверхностей шлицевых и шпоночных пазов оси вала;

Ограничение радиального и торцового биения;

Получение необходимой твердости рабочих поверхностей детали;

Достижение прочности сцепления нанесенных слоев покрытия (если применяется такой способ восстановления).

В начале ремонта валов устанавливают возможность использования технологической базы завода-изготовителя, которой в большинстве случаев являются центровые отверстия. В случае повреждения этих отверстий их исправляют на токарных станках с помощью центровочных сверл.

После исправления центровых отверстий проверяют и при необходимости исправляют криволинейность вала.

Наиболее часто дефекты у валов появляются на посадочных поверхностях под подшипники. Рекомендуется поверхности под подшипники восстанавливать при износе более 0,017-0,060 мм, поверхности неподвижных соединений (места под ступицы деталей) — при износе более 0,04-0,13 мм, поверхности подвижных соединений — при износе более 0,4-1,3 мм, под уплотнения — более 0,15-0,20 мм, шлипевые поверхности — при износе более 0,2-0,5 мм, боковые поверхности шпоночных пазов — при износе 0,065-0,095 мм.

Ремонт изношенных шеек валов возможен двумя путями: введением ремонтных размеров или постановлением первоначальных. В обеих случаях неправильную форму шеек (овальность, конус-ность) и дефекты их поверхности (выработка, задиры, царапины) устраняют проточкой на токарных станках и, при необходимости, последующей обработкой на шлифовальных станках или шлифовальными головками на токарных станках. В случае незначительного износа шеек закаленных валов их обрабатывают только шлифованием.

Шейки валов, имеющие значительный износ или другие дефекты, обтачивают под ремонтный размер, если это позволяет конструкция сопряженной детали и ее прочность. II зависимости от нагруженности вала допускается уменьшение диаметра шеек на 5-10%. В других случаях для восстановления номинальных размеров применяют различные виды наплавки (вибродуговую, в среде углекислого газа и пр.), металлизацию, хромирование , осталивание и другие методы.

Для восстановления поверхностей неподвижных сопряжений применима электроконтактная приварка металлического слоя (ленты, проводки), а при износе таких поверхностей из сырых сталей 10 0,4 мм и термообработанных до 0,2 мм эффективно электромеханическое высаживание и выглаживание, т. к. при этом не требуется дополнительного материала, упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость и усталостная прочность. Для высадки применяют пластину из твердого сплава с шириной фаски 0,3-0,4 мм.

Поверхности шеек вала под наплавку восстанавливают преимущественно при износах более 0,5 мм. Для этого их обтачивают так, чтобы наплавляемый слой металла имел одинаковую толщину по всей длине шейки вала, т. к. различная толщина слоя наплавки приводит к его отслаиванию. Выбираемый электрод должен обеспечить необходимую твердость наплавленного слоя. Для наплавки шеек валов из конструкционных сталей рекомендуются электроды с покрытием ОММ-5, МЭЗ-0,4, УМ-7, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85.

Для наплавки поверхностей валов высокой износоустойчивости применяют электроды марок ЭНХ-20, ЭНХ-25, И1Х-30, ЭНХ-45, ЭНХ-50. Наплавку ведут с перекрытием валиков швов на 30-50% (рисунок 111, а). Толстые короткие валы наплавляют вкруговую, как это показано на рисунке 112, а. Тонкие валы наплавляют продольными швами, накладывая их поясами шириной 50-60 мм поочередно с диаметрально противоположных сторон, причем, в определенной последовательности, указанной на рисунок 112, б

а — правильная; б — неправильная

Рисунок 111 - Схема наплавки поверхности вала

а — круговая; б — продольная

Рисунок 112 - Последовательность наплавки металла на вал.

Детали из закаливающихся сталей требуют перед наплавкой подогрева до 250-300° С. Восстановленные валы могут быть упрочнены закалкой нагревом ТВЧ, которая повышает усталостную прочность восстановленных наплавкой деталей более чем на 100%, а поверхностную твердость Щ до 200%.

Шейки валов, выполненных из сталей, чувствительных к перегреву, рекомендуется наращивать; металлизацией. Это относится, например, к валам буровых лебедок, буровых насосов, трансмиссий силовых приводов и др. Металлизацию можно применять для восстановления шеек и цапф валов, если толщина наносимого слоя не превышает 10 мм. Поверхность участка вала под металлизацию предварительно должна быть подготовлена нарезкой для улучшения сцепления наплавляемого металла с основным.

Первоначальные размеры шеек и цапф валов могут восстанавливаться осталиванием. При небольшой величине износа, не превышающей 0,10-0,15 мм на сторону, для восстановления размеров применимо хромирование.

Изношенные поверхности валов можно восстанавливать применением ремонтных втулок. Втулка насаживается на вал прессовой посадкой или в горячем виде, подогретая до 480-500°С, а затем обрабатывается до необходимого размера обточкой, шлифованием или другими требуемыми способами. На шейки коленчатого вала устанавливают составные втулки из двух половин; их предварительно крепят к валу электрозаклепками, затем обваривают места стыка и, наконец, приваривают к валу и подвергают механической обработке.

Ремонтные втулки могут восстанавливаться с применением эпоксидного клея. Для этого цапфу или шейку вала протачивают так, чтобы остающаяся после обработки толщина втулки была не менее 2 мм. После подготовки сопрягаемые поверхности вала и втулки покрывают клеем и сажают втулку на место, не поворачивая ее. Применение этого способа требует растачивания сопряженной детали (подшипника) до соответствующего наружного диаметра втулки.

Конические поверхности валов при износе восстанавливают хромированием и осталиванием. При значительном износе таких поверхностей их наваривают, обтачивают и шлифуют.

На валах часто присутствует наружная крепежная резьба. Состояние резьбы проверяют внешним осмотром, калибрами и резьбомерами. Основными дефектами резьб являются срыв ниток, износ по диаметру, промывы, вытягивание. При незначительном повреждении двух-трех ниток их можно выправить с помощью плашек и напильника. Резьбу со значительными дефектами о полностью удаляют, а затем наплавляют (наваривают) этот участок вала с последующем использованием резьбы номинального размера, либо удаляют токарной обработкой и нарезают новую резьбу ремонтного размера. Дефектную резьбу на ответственных валах, подвергающихся большим нагрузкам, не рекомендуется восстанавливать наплавкой, т. к. прочность вала вследствие процесса наплавки может оказаться пониженной.

Резьбы, расположенные на концах валов, можно восстанавливать путем укорачивания вала на длину резьбы и нарезкой резьбы номинального размера. Таким способом, например, ремонтируют стволы вертлюгов.

В конструкции валов нередко предусмотрены крепежные отверстия (валы редукторов и центробежных насосов), отверстия под смазку (валы компрессоров, оси кронблоков и талевых блоков), обычно снабженные резьбой. Методы восстанавливания таких отверстий изложены в отдельном разделе данного справочника,

Многие валы снабжены шпоночными пазами, которые в зависимости от вида посадки на вал сопряженной детали (подвижная, неподвижная) изнашиваются или деформируются по боковым плоскостям. Ремонт шпоночных пазов возможен несколькими способами: наплавкой, заваркой введением ремонтных размеров, образованием нового паза, а при незначительном повреждения кромок пазов — зачисткой напильником и шабером.

Изношенные и смятые стенки шпоночного паза можно наплавлять с последующей обработкой его фрезерованием или строганием. Паз можно заварить полностью с последующим образованием паза на месте заплавленного. При заварке шпоночных пазов нормальной длины рекомендуются сварные швы-валики укладывать от середины паза к обеим концам. При заделке очень длинным шпоночных пазов (длиной более 400 мм) рекомендуется иная последовательность операций: сначала необходимо заварить среднюю часть паза, а затем концевые.

При проведении наплавочных или сварочных работ выбор марки электрода, силы тока и скорости выполнения операций должны быть такими, чтобы не вызвать деформацию вала термические напряжения в нем и чрезмерные структурные изменения материала.

При реставрации наплавленного паза или получении нового допускается некоторая несоосность паза с осью вала в пределах 0,05-0,10 мм по длине паза.

Если прочность вала позволяет дополнительное ослабление и при этом не требуется строго фиксирование сопрягаемой с валом детали по окружности, то на валу делают новый паз под некоторым углом к старому, а старый заваривают.

Шпоночный паз можно исправить обработкой боковых поверхностей до ремонтного размера. Увеличение ширины паза допускается не более чем на 15% от первоначальной. При этом требуется применение ступенчатой шпонки, поскольку в сопрягаемой детали размеры шпоночной канавки! сохраняются нормальными.

На шлицевых валах наряду с устранением дефектов, характерных для гладких валов, необходимо восстанавливать шлицевые поверхности. Основным дефектом шлицев вала является износ, в результате чего уменьшается ширина шлицев и увеличиваются зазоры в сочленении.

Наиболее широко для восстановления шлицевых поверхностей применяют дуговую наплавку. Толщина наплавленного слоя должна быть не менее 3 мм. Наплавку ведут проволокой Нп-30ХГСА диаметром 1,6-2,0 мм под слоем флюса АН-348А током обратной полярности. Торец нового участка вала перед наплавкой следует защитить от оплавления медной шайбой. После наплавки требуется проверка вала на прямолинейность и в случае необходимости правка, а также нормализация, токарная обработка, фрезерование шлицев, термическая обработка (закалка и отпуска до необходимой твердости), шлифование. Таким образом, технологический процесс восстановления получается трудоемким и поэтому не всегда выгодным. Шлицы можно наваривать только с изношенной стороны или полностью заваривать. Шлицевые поверхности могут также восстанавливаться электроконтактной приваркой металлических полос.

При небольшой степени износа для восстановления шлицевых участков рекомендуется холодное пластическое деформирование. При износе шлицев по толщине до 0,5 мм на их нерабочей наружной поверхности с помощью шлиценакатной головки и гидравлического пресса формируют технологическую канавку. Металл, вытесненный из канавки, заполняет боковую изношенную поверхность шлица и увеличивает наружный диаметр вала, обеспечивая необходимый припуск для механической обработки рабочей поверхности.

Если износ шлицев по толщине составляет 0,5-1,2 го на их наружной поверхности наплавляют валики металла и осаживают на гидравлическом ее с помощью шлиценакатной головки. При осадке наплавленные валики внедряются в основной металл, увеличивая ширину шлицев и обеспечивая необходимый припуск под механическую обработку. При износе шлицев по толщине сверх 1,2 мм наплавляют их боковые и наружные поверхности и подвергают механической обработке без применения деформирования.

Вдавливание шлицев можно осуществлять на токарном станке при помощи оправки с конусным роликом. Схема установки вала на станке показана на рис. 39, а схема деформирования ила — на рис. 40. Оправку укрепляют в резцедержателе суппорта станка. Продольную подачу осуществляют самоходным винтом, поперечную — вручную. После вдавливания одного шлица до требуемого размера патрон с валом поварачивают и начинают обработку следующего шлица. Результаты операций проверяются калибром, шаблоном или универсальным мерительным инструментом.

Для вдавливания шлицев роликом можно использовать поперечно-строгальный станок. На станках такого типа можно также при помощи делительного приспособления обрабатывать шлицы после их наплавки.

Закаленные валы перед операцией пластического деформирования отжигают, а после вдаваливания шлицев подвергают термообработке с целью придания им необходимой твердости. После и ого производят шлифование боковых поверхностей шлицев.

Наибольшую сложность представляет ремонт коленчатых и кривошипных валов. Это ответственные и дорогостоящие детали насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания. Основная причина их выхода из строя — износ коленчатых и шатунных шеек. Износ шеек в различных плоскостях неодинаков, в результате чего появляются овальность и конусность. Как правило, и таких валов обрабатываются под ремонтный размер на специализированных шлифовальных станках. Крупногабаритные валы тихоходных машин обрабатывают на токарных станках с применением уравновешивающих грузов. Шейки вала восстанавливают также наплавкой под слоем флюса с последующей нормализацией. После токарной обработки шейки закаливают токами высокой частоты, шлифуют, полируют.

Рисунок 113 - Схема установки шлицевого вала на станке

Некоторые валы снабжены специальными поверхностями типа кулачков, эксцентриков, сфер и т. п. Для восстановления таких поверхностей требуются либо специальные станки, либо копиро-вальные приспособления к универсальным станкам. Изношенные поверхности перед механической обработкой обычно наплавляются, например, сплавом сормайт 2.

Валы, поступающие на ремонт с трещинами, как правило, отбраковываются. Если вал неответственный, т. е. несет небольшие нагрузки, то он может быть отремонтирован заваркой трещин на всю глубину. Прочность восстановленного таким образом вала можно увеличить, если место заварки подвергнуть отжигу и проковать.

В отдельных случаях допускается ремонт коленчатых и кривошипных валов с трещинами в щеках. Для этого на концах трещины сверлят отверстия, трещину вырубают с разделкой кромок и заваривают, после чего производят общий или местный отпуск для снятия внутренних напряже-ний. Изношенную шатунную щеку обычно полностью удаляют, а на вал устанавливают неподвиж-ной посадкой новую, изготовленную с припуском под окончательную обработку.

Одна из часто встречающихся операций при ремонте бурового и нефтепромыслового оборудования — правка валов. В зависимости от диаметра и величины прогиба валы правят в холодном и нагретом состоянии. Валы диаметром до 50 мм или длинные валы диаметром до 100 мм при местном прогибе до 0,008 от длину вала правят в холодном состоянии. Величину прогиба определяют по просвету на контрольной плите, с помощью индикатора на призмах или в центрах токарного станка.

Рисунок 114 - Схема образования шлица вдавливанием ролика

Известно несколько способов холодной правки валов. Вал можно выправить вручную ударами молотка через оправку из мягкого металла. Вал можно править с помощью винтовой скобы (рисунок 115). Винт вращают вручную. Скобу перемещают на разные места вала, добиваясь прямолинейности оси вала. Такая правка выполняется достаточно быстро и обеспечивает, например, для нала диаметром 40 мм при его длине около 2-х метров точность до 0,1 мм на 1 м длины вала. В холодном виде валы можно править с помощью пресса, а при небольшом их диаметре — с мощью рычага, установленного в центре токарного станка.

Рисунок 115 - Правка вала винтовой скобой

Правка вала в нагретом состоянии производится после его установки на двух опорах. Вал закрепляют выгнутой стороной вниз, а на вогнутую сторону накладывают мокрый асбест и закрепляют его. Далее нагревают вогнутый участок газовой горелкой до 500-550° С, производят правку и дают валу остыть.

Более сложна и ответственна операция правки коленчатых валов, которая производится г помощью пресса и пневматического молотка в несколько приемов. После восстановления вала его подвергают балансировке и дефектоскопии (на отсутствие трещин).

Поломанные валы при необходимости могут восстанавливаться с помощью газовой или электрической сварки, а также резьбы. Части вала свариваются либо без подготовки, либо концы их обрабатываются под конус. При электросварке наплавленный, еще не остывший, металл проковывают. Покоробленный в результате термического влияния сварки вал выпрямляют одним и) указанных ранее способов. Вероятность коробления значительно уменьшается при подогреве мала до температуры 300-400° С. Иногда вместо отломанной или деформированной части вала к основной присоединяется новая изготовленная часть; это делается либо с применением сварки, 1ибо с помощью резьбы.

Поломанные валы могут быть отремонтированы также при помощи дополнительных деталей. При этом возможны различные варианты соединения частей вала, показанные на рисунке 116.

Если отломана значительная часть вала, то деформированный торец вала подрезают, изготавливают надставку, высверливают в обеих заготовках отверстия и нарезают резьбу. Затем вал и надставку собирают с помощью шпильки (рисунок 116, а), обваривают по окружности, обтачивают, при необходимости и шлифуют. Если обе части сломанного вала можно использовать, то их торцы подрезают, высверливают и нарезают резьбу. Затем изготавливают надставку с цилиндрическими выступами с обеих сторон, на которых также нарезают резьбу. После сборки (рисунок 116, б) оба стыка по окружности обваривают и вал подвергают необходимой окончательной механической обработке.

Ширина гладкой части надставки должна компенсировать сокращенную в результате подрезки длину вала, восстановив ее до первоначальной. Если сломана цапфа вала, то ремонтную надставку соединяют с валом так, как показана на рисунок 116, в. При этом торец вала также подрезается и снабжается резьбовым отверстием. После приварки цапфы вал подвергается механической обработке. Вал и ремонтную надставку можно соединить без резьбы (рисунок 116, г), если надставка имеет хвостовик, резервы которого обеспечивают нужную посадку его в отверстие вала. Хвостовик надставки вставляют в отверстие вала и соединение сваривают, а затем производят механическую обработку.

Детали типа валов, передающих нагрузку вдоль оси, восстанавливаются гальваническими способами, правкой и некоторыми другими, аналогичными изложенным для группы валов.

К деталям типа валов относится один из основных элементов металлорежущих станков — шпиндель. Металлорежущие станки, широко применяемые при ремонте нефтяного оборудования, сами периодически подвергаются ремонту, в т. ч. связанному со шпинделем и требующему особой точности операций. Допускаемое биение шеек шпинделя 0,003-0,010 мм. Конусность шеек не должна превышать 0,01 мм по всей их длине.

Правильность изготовления конусного отверстия проверяют калибром и с помощью оправки; допустимое биение оправки должно быть в пределах 0,003-0,010 мм на 300 мм длины. Очень важно при обработке шпинделя добиться соосности опорных шеек, конических и цилиндрических поясов и других поверхностей. Допустимые отклонения от соосности не должны превышать 0,005-0,030 мм на длине 300 мм. Допускаемое биение резьбы, измерение по среднему диаметру, не должно превышать 0,025 мм. Биение опорной плоскости головки шпинделя не должно превышать 0,01 мм.

Рисунок 116 - Способы восстановления поломанных валов с применением сварки при помощи: шпильки (а), вставки (б), надставки (в,г).

Шпиндели изготовляют из сталей 45, 20Х, 40Х, 12ХНЗ и др. Для восстановления шпинделей применимы следующие способы. При незначительном износе поверхностей ремонт выполняют на токарном станке при помощи абразивного порошка или путем хромирования, которое не рекомен-дуется для восстановления быстроходных станков. При значительном износе шеек их можно обточить на меньший размер, прошлифовать и отполировать. Шейки шпинделя можно восстановить металлизацией. Посадочные места шпинделя для вращающихся деталей можно вос-становить шлифованием, обточкой, металлизацией с последующей механической обработкой и другими способами, применяемыми при восстановлении валов.

Конусное отверстие шпинделя при малой выработке можно восстановить шлифованием, которое лучше всего проводить на самом ремонтируемом станке. При большой выработке конусное отверстие растачивают под переходную втулку с внутренним отверстием, соответствующим стандартному конусу. Конусную втулку цементируют на глубину 0,5-0,8 мм, закаливают и запрессовывают в коническое отверстие шпинделя с помощью пропущенного через шпиндель затяжного винта. Изношенная резьба шпинделя может быть отремонтирована наплавкой и восстановлением первоначальных размеров. Разработанные шпоночные пазы можно расширить фрезерованием и подогнать нестандартные шпонки. Можно также пазы заварить и выфрезеровать новые номинальных размеров.

Валы

Основными дефектами валов центробежных насосов являются прогиб, износ шеек, шпоночных канавок и резьб. Аварии с валами насосов при перекачке нефти и нефтепродуктов приводят к серьезным последствиям, поэтому к выбору материалов, технологии изготовления и ремонту валов необходимо подходить очень серьезно.

Искривление валов обычно происходит в результате выхода из строя подшипников или задевания частей ротора за неподвижные детали насоса.

Задевание ротора возможно при износе подшипников скольжения или неправильной радиальной и осевой центровке его в корпус, в результате чего зазор между вращающимися деталями ротора и не вращающимися деталями корпуса распределяются неправильно. При выявлении указанных неисправностей необходимо произвести перецентровку ротора с доведением зазоров до нормальных размеров.

Шейки вала изнашиваются в основном в результате попадания механических примесей в узел подшипника, а также при некачественной или недостаточной смазке. Шейка вала вырабатывается неравномерно, при этом теряется чистота поверхности.

Резьбы и шпоночные канавки изнашиваются в результате многократной разборки и сборки от механического воздействия.

Способ и технология ремонта вала в каждом конкретном случае зависят от характера и размеров дефекта, а также технической оснащенности ремонтной базы. Погнутые валы выправляют механически в холодном состоянии или при нагревании. Первый способ прост и позволяет добиться достаточной точности, однако при этом на отдельных участках вала возникают перенапряжения, вследствие чего заметно снижается его усталостная прочность. Правку производят с помощью пресса или домкрата.

Для термической правки вал устанавливают в центрах токарного станка выпуклостью вверх. Участок вала, имеющий наибольший изгиб, закрывают асбестовым листом, который имеет окно для нагрева дефектного участка. Нагрев с применением горелок ведут интенсивно до температуры 500-5500С (нагретый участок должен принять едва заметный темно-красный оттенок). Нагретое место вала закрывают асбестом во избежания закалки. Если после этого вал не выпрямился, его повторно разогревают.

По окончании правки вала его нужно отжечь для ликвидации остаточных напряжений. Отжиг производят горелками, равномерно прогревая вал по всей длине. При этом он должен вращаться с частотой 15-20 об/мин. После прекращения прогрева вал необходимом вращать до полного его остывания.

Вал разрешается использовать, если его биение не более 0,015мм. Изношенные шейки вала протачивают на токарном станке с последующей шлифовкой переносной шлифовальной головки, укрепленной на суппорте токарного станка, либо просто шлифую, когда повреждение шейки вала не значительны и слой металла, подлежащий снятию, не превышает 0,4мм. Такой метод ремонта можно применят до тех пор, пока ремонтный размер диаметра шейки вала не уменьшится больше чем 5% от номинального диаметра шейки.

Сильный износ шеек вала или необходимость восстановления их до номинальных размеров требует применение методов нанесения металлов на изношенную поверхность, что может быть выполнено наплавкой или металлизацией.

Поверхность вала предварительно обрабатывают на токарном станке, снимая стружку на такую глубину, чтобы вся наплавляемая поверхность оказалась обработанной. Это позволяет обеспечить хорошие условия для наплавки и выдержать одинаковую толщину наплавляемого слоя. Наплавку можно производить вручную, однако при использовании машины достигается большая равномерность и высокое качество наплавленного слоя.

Валики наплавляемого металла могут быть направлены вдоль оси вала или по спирали. При спиральной наплавки коробление вала сводится до минимума. При спиральной наплавки наплавляемый вал медленно вращают в центрах токарного станка, на суппорте которого установлено автоматическая сварочная головка. Наплавку производят под слое флюса.

Процесс металлизации состоит в расплавления напыляемого материала распылении его струей сжатого воздуха или газа и осаждении на поверхности изделий путем удара и деформации частиц. В зависимости от применяемого источника тепла различают газовую, электродуговую высокочастотную, тигельную и плазменную металлизацию. Напыляемый материал можно применять в виде проволоки, ленты или порошка. Наибольшего распространения получили электродуговые и газовые металлизаторы проволочного типа.

Металлизация не вызывает деформацию восстанавливаемой детали. Для получения хорошего сцепления наносимого слоя металла важно правильно провести подготовку. Она заключается в очистки поверхности вала от грязи, масла, окислов и создании шероховатой поверхности.

После нанесения любым способом металла на изношенные поверхности шейки вала их протачивают и шлифуют, восстанавливая диаметр до номинального с учетом допусков согласно техническим требованиям.

В случае забоин на резьбе вал устанавливают в центрах токарного станка и резьбу восстанавливают резцом. При значительных повреждениях резьбы участок вала с резьбой протачивают до ее основании наплавляют до соответствующих размеров. Затем производят механическую обработку наплавленного участка и нарезание резьбы.

Изношенные шпоночные пазы на валах восстанавливают несколькими способами. Если шпоночное соединение не должно фиксировать положение детали относительно вала, оставляют изношенный шпоночный паз, зачистив предварительно острые кромки его, и под некоторым углом к старому пазу размечают, затем фрезеруют новый паз по первоначальным размерам.

Если же шпоночное соединение строго фиксированное, необходимо восстановить изношенный паз. Обычно это осуществляют электродуговой наплавкой смятых кромок либо заваркой шпоночного паза полностью. На месте наплавки размечают и фрезеруют новый паз.

Выполнение наплавки требует предварительной подготовки наплавляемых поверхностей. Они должны быть очищены от коррозии и обезжирены. Материал электрода подбирают в соответствии с качеством основного металла.

Наплавленный материал имеет повышенную твердость, что значительно осложняет обработку. Поэтому иногда прибегают к расширению изношенного паза, увеличивая его размеры по обе стороны от продольной оси. Наибольшее расширение паза не должно превышать 15% первоначальной ширены. По размеру нового паза изготовляют шпонку, а на ответной детали расширяют канавку под новую шпонку или шпонку делают ступенчатой.

При серьезных дефектах вала - трещины в теле вала, невозможность исправление прогиба указанным выше способом, неоднократное восстановление шеек и резьб, а также шпоночных пазов - его заменяют новым.

Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L - длина, a d - диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента - он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

Из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

Из-за неправильной установки карданных шарниров;

Из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

Из-за плохой центровки или изгиба вала.

При правильно выполненной установке относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель - вал - винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.

В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. е. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.

При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.

Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис. 2).

1 - индикатор; 2 - брусок (медь, алюминий).

Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.

Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.

При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.

Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.

Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.

В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого - окончательная правка вала.

Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.

Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов - рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.

Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. е. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:

где k - коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L - расстояние между опорами, см; dB - диаметр вала, см.

Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.

После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах - 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.

В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.

1 - гребной вал; 2 - винт M16; 3 - поперечина, сталь δ=15-20; 4 - полоса δ=3-4; 5 - призма; 6 - штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 - винт стопорный; 8 - труба; 9 - призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 - штангенциркуль.

Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):

где dш - диаметр штанги, см.

В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.

Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего - при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).

Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов - это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. п. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.

Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. п. - приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. д. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.

Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. 3). Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.

1 - винт; 2 - рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 - подкладная планка (медь, алюминий); 4 - кувалда тяжелая; 5 - кувалда легкая; 6 - наковальня.

При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.

При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой.) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 - 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.

После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С - для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).

Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О 2 /С 2 Н 2 = 1,2 - 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.

Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.

Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.

В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).

Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис. 4.

1 - втулка; 2 - гайка барашковая; 3 - шпилька М8; 4 - шаговый шаблон;
5 - винт; 6 - оправка.

При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу R изг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.

Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).

Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.

После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих - от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти.)

Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.

Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм - 50-200 г·см.

В процессе эксплуатации у валов изнашиваются посадочные шейки, шпоночные канавки и шлицы, повреждаются резьба и центровые отверстия, вал получает изгиб.

Способ ремонта изношенного цилиндрического вала выбирают после того, как соответствующей проверкой установят характер и степень износа. Шейки вала, имеющие износ (царапины и риски, нецилиндричность до 0,1 мм), ремонтируют шлифованием. Но сначала проверяют, исправны ли центровые отверстия вала, при наличии забоин и вмятин в первую очередь протачиванием восстанавливают центровые отверстия. Затем правят валы.

Шейки валов со значительным износом обтачивают и шлифуют под ремонтный размер. При этом допускается уменьшение диаметра шеек иа 5-10% в зависимости от характера воспринимаемых валом нагрузок, в частности от того, испытывает ли вал ударные нагрузки. В тех случаях, когда необходимо восстановить первоначальные размеры шеек, на шейки после их обточки напрессовывают или устанавливают на 31юксидном клее ремонтные втулки, которые затем обрабатывают точением или шлифованием. Изношенные поверхности валов можно ремонтировать также наращиванием металла вибродуговой наплавкой, металлизацией, осталиванием, хромированием н другими методами.

Погнутые валы выправляют холодным или горячим способом. Горячей правке подвергают валы, диаметр которых больше 60 мм.
Холодная правка валов может выполняться вручную при помощи винтовых скоб, рычагов, но лучше правку производить под прессом.
Сущность правки заключается в том, что приложенное усилие вызывает остаточные деформации, деталь восстанавливается, приобретая первоначальные свойства.

При холодной правке прессом или скобой вал располагают на двух опорах выгнутой стороной к нагружающему устройству (винту, ползуну) и нагружают так, чтобы вал изогнулся в противоположную сторону на величину, почти равную первоначальному прогибу, и лишь затем восстанавливают первоначальную точность по прямолинейности.

Изогнутые валы диаметром до 30 мм можно править наклепом. Суть такой правки состоит в том, что вал кладут прогибом вниз на плиту (рис. 61) и легким молотком наносят частые удары, пока вал не выпрямится. Удары наносят также с обеих сторон прогиба, ограниченного углом 120°.

К шпинделям предъявляются особо высокие требования, поэтому посадочные шейки 1 и 2 (рис. 62, а) шпинделей обрабатывают шлифованием. Соосность их должна быть выдержана с точностью 0,01 мм, допустимая некруглость шеек - 0,01 мм, нецилиндричность - 0,003-0,005 мм. Таким же требованиям должна отвечать поверхность 3. Конические отверстия 4 и 5 шпинделя должны быть концентричны шейкам; допускается биение 0,01-0,02 мм на 300 мм длины.

В первую очередь у шпинделя изнашиваются шейки под подшипники, посадочные места для зубчатых колес и других вращающихся деталей. На них появляются царапины и задиры, легко обнаруживаемые внешним осмотром.

Шпиндели целесообразно ремонтировать несколько раз, так как изготовление нового шпинделя - дело сложное и дорогое. Однако в тех случаях, когда ремонт шпинделя влечет за собой ремонт и сопрягающихся с ним деталей, может оказаться более выгодной замена
изношенного шпинделя новым. Этот вопрос решают сравнением стоимости ремонтных работ и нового шпинделя.

Шпиндели, у которых износ шеек по диаметру составляет 0,01- 0,02 мм, ремонтируют притиркой на токарном станке, выполняемой специальным инструментом - жимком (рис. 63). Жимок состоит из кольца-хомутика 1, болта 2, втулки-притирки 3 сразрезом и рукоятки-державки, которая на рисунке не показана. Втулку-притир изготовляют из чугуна, меди или бронзы, а отверстие в ней выполняют по размеру обрабатываемой шейки.

Приступая к притирке шейки, накладывают на нее тонким слоем смесь мелкого наждачного порошка и масла, после чего надевают жимок и слегка завинчивают болт 2. Пускают станок, настроив его на скорость вращения шпинделя 10- 20 м/мин. При вращении шпинделя равномерно водят жимком вдоль обрабатываемой шейки. Время от времени обновляют слой порошка с маслом и подвинчивают болт 2.

Устранив износ, промывают шейку шпинделя и притир керосином, затем наносят на шейку тонкий слой доводочной пасты о керосином и завершают ее обработку.

При износе шеек шпинделя более 0,02, мм их ремонтируют шлифованием с последующей притиркой под ремонтный размер. Однако этот способ ремонта приемлем, лишь когда имеется возможность соответственно изменить размеры отверстий в подшипниках или других деталях, сопрягаемых со шпинделем. Если такой возможности нет или изменение размеров отверстий нецелесообразно из-за большой трудоемкости операций, восстанавливают шейки шпинделя с износом до 0,05 мм наращиванием хрома, а в износом больше 0,05 мм - вибродуговой наплавкой.
Шейки шпинделей с наращенным на них хромовым слоем обрабатывают шлифованием, если же на шейки наносят другие металлы соответственно большими слоями, чем при хромировании, шейки сначала обтачивают, а потому шлифуют. При этом им придают по направлению к заднему концу конусность до 0,01 мм, чтобы при шабрении подшипников слой краски, нанесенный на шейки, полностью использовался для закрашивания поверхности подшипников.

Изношенные шейки шпинделей, на которых монтируются подшипники качения или другие детали с неподвижной посадкой, весьма удобно восстанавливать электролитическим способом.

Шейки шпинделей (под подшипники скольжения, в том числе с осевыми микротрещинами) восстанавливают установкой на клее тонкостенных компенсационных наделок или вставок. Практика показывает, что такие шпиндели служат еще долго, а в ряде случаев работают лучше новых, если наделки («рубашки») и вставки (втулки) изготовлены из материалов с лучшими эксплуатационными свойствами. При этом достигается значительная экономия материалов и сокращаются затраты на ремонт.

Для постановки компенсационных наделок или вставок с поверхности шпинделя стачивают слой металла с целью посадки соответствующей детали компенсатора в виде втулки с номинальным размером или увеличенным ремонтным размером восстанавливаемой поверхности. При этом снимаемый слой металла должен быть минимальным, до 10-15% номинального диаметра сплошного сечения вала или толщины стенки полого шпинделя.

Для восстановления неподвижной посадки, например поверхности шпинделя под подшипник качения, компенсационная наделка (втулка) может быть тонкостенной - от 0,5 до 2 мм, а при восстановлении шейки шпинделя под подшипник скольжения толщина стенки наделки должна быть не менее 2,5 мм.

Компенсационные тонкостенные наделки изготовляют из металла, соответствующего материалу ремонтируемого вала или из материала, отвечающего повышенным требованиям.

Внутренний диаметр выполняют по месту с зазором 0,05 мм по диаметру (шероховатость поверхности Rz 20), наружный диаметр делают с припуском 3-5 мм. Окончательную обработку ведут при интенсивном охлаждении после установки втулки и отверждения клея через 24 ч.

Компенсационные втулки толщиной 2,5-3,5 мм и более целесообразно изготовлять из цементируемой стали. Восстанавливаемый диаметр выполняют с припуском 0,3 мм, а диаметр втулки, сопрягаемой с валом, шпинделем или осью, обрабатывают с припуском 3-4 мм. После цементации с этой поверхности снимают науглероженный слой, металла и закаливают втулку до HRC58-60.

Незакаленную поверхность втулки обрабатывают на токарном станке по размеру подготовленной поверхности вала с зазором по диаметру 0,05 мм (шероховатость поверхности). Закаленную восстанавливаемую поверхность втулки окончательно шлифуют после установки ее на вал и отверждения клея.

На рис. 62 даны схемы ремонта шпинделей станков установкой на эпоксидном клее компенсационных наделок и вставок. У шпинделя токарного станка восстановлена задняя шейка 1 (см. рис. 62, а) под подшипник качения, опорная закаленная поверхность 2 под подшипник скольжения и коническая поверхность 3 для патрона. Так же восстановлена коническая поверхность 9 (см. рис. 62, б) для роликопод-шипника (серия 3182100) и направляющая 10 для патрона. Коническое отверстие шпинделя восстановлено вставкой 11 с закаленным отверстием.

Шейки (см. рис. 62, б) шпинделя сверлильного станка восстановлены тонкостенными (менее 1 мм) наделками 6 и 8, при этом наделка 6 выполнена из двух полувтулок, по краям которых поставлены на клее по два штифта 7. При окончательной механической обработке наделок и вставок нельзя допускать перегрев, так как при этом может разрушиться клеевая пленка, поэтому операцию выполняют с обильным охлаждением.

Перед обточкой и шлифованием проводят следующие подготовительные работы. Вытачивают стальные пробки и плотно вставляют их в отверстия 4 и 5 шпинделя, предварительно зачистив места посадки пробок. После этого закрепляют шпиндель одним концом в патроне токарного станка, а второй конец устанавливают неизношенным местом в люнете и выверяют шпиндель на биение, которое не должно превышать 0,005 мм; затем делают в пробке центровое отверстие. После этого шпиндель переставляют, зажимают его второй конец в патроне, а первый - в люнете и выполняют второе центровое отверстие. Теперь шпиндель устанавливают в центрах и проверяют правильность центрования; биение неизношенных мест по индикатору должно быть не выше 0,01 мм.

Выполнив описанные операции, приступают к обработке шпинделя точением и шлифованием.

В случае повреждения и износа резьбы шпинделя при восстановлении применяется наплавка с последующим нарезанием резьбы до номинального размера. Перенарезать резьбу на меньший диаметр не рекомендуется, так как она становится нестандартной.

Изношенное конусное отверстие шпинделей ремонтируют по-разному в зависимости от величины износа. При сильном износе отверстие растачивают и затем в него вклеивают или запрессовывают втулку. При небольшом износе отверстие (неглубокие риски, незначительные забоины) шлифуют, снимая минимальный слой металла.

Механическую обработку конусного отверстия шпинделя можно вы-полнять, не снимая шпинделя со станка, что обеспечивает хорошее центрование оси отверстия с осью шпинделя. При обработке конусного отверстия на месте применяются приспособления.

Точность конического отверстия шпинделя проверяют стандартным конусным калибром. Контрольная риска на калибре не должна входить в отверстие, между ней и торцом шпинделя должно быть расстояние в 1-2 мм. Если же контрольная риска калибра входит в конусное отверстие и скрывается, то допускается подрезка переднего торца шпинделя на 2-3 мм.

Ось конического отверстия шпинделя проверяют на биение индикатором по контрольной оправке, вставленной в отверстие. Допускается отклонение от оси 0,01 мм у торца шпинделя и 0,02 мм на длине 300 мм. Поверхность 4 шпинделя может иметь предельно допустимое биение 0,01 мм.

Выше говорилось о шпинделях с хромированными шейками. Уста-новлено, что такие шпиндели хорошо работают только при отличной пригонке к ним подшипника, когда обеспечен зазор для смазки шеек. Нормальная величина этого зазора 0,006-0,02 мм в зависимости от точности станка, наибольшей частоты вращения и диаметра шпинделя. При небрежной пригонке во время работы станка происходит усиленный местный нагрев. Из-за этого на хромированной поверхности образуются мелкие трещины, хром отслаивается, повреждается шейка шпиндeля и поверхность подшипника.

Хранение отремонтированных или новых валов и шпинделей должно исключить возможность изгиба и деформации. Небрежно положенный вал может изогнуться под действием собственной тяжести. Для предотвращения этого рекомендуется валы помещать в специальные стеллажи-стойки в вертикальном состоянии. Лучший способ хранения это подвешенное вертикальное состояние.

Текущий ремонт валов и осей

Основные дефекты валов и осей - изнашивание посадочных шеек, повреждение шпоночных канавок и шлицев, резьбы, скручивание, погнутость, трещины, изломы.

Валы и оси восстанавливают в такой последовательности: детали моют, очищают и дефектуют. Детали со скручиванием более 0,25° на 1 м выбраковывают и не восстанавливают. Погнутость валов исправляют способами холодной и горячей правки, описанными выше. Холодной правке подвергают валы, стрела прогиба которых не превышает 0,3 мм на всю длину при частоте их вращения до 500 мин-1 и 0,2 мм - при большей частоте. Если стрела прогиба больше, то правка сопровождается местным нагревом до температуры 500…600°С ацетилено-кислородным пламенем или пламенем паяльной лампы. При незначительном прогибе погнутость устраняют путем проточки или прошлифовки вала или оси.

Перед началом восстановления валов и осей у них очищают центровые отверстия с помощью шаберов или на сверлильном либо токарном станке.

Вал, предназначенный для правки, укладывают на установочные призмы вогнутым местом вверх, после чего с помощью нажимного устройства через мягкую прокладку вал изгибают в обратную сторону на величину, в несколько раз превышающую стрелу прогиба, и отпускают. Подобную операцию повторяют до тех пор, пока вал не будет выправлен. Погрешность правки валов изгибом достигает 20…30 мкм.

Тонкие и длинные валы правят на токарных станках: валы устанавливают в центрах и выгибают с помощью упора, закрепляемого в суппорте станка.

Форму вала исправляют наклепом. Для этого вал укладывают на поверочную плиту прогибом вниз и наносят по нему легкие удары бойком. В результате в наклепанном слое возникают остаточные напряжения, выправляющие форму вала и обеспечивающие его устойчивое состояние.

Правке наклепом подвергают детали с прогибом не более 0,02…0,4 % от их длины.

В процессе деформирования валов и осей могли возникнуть трещины. Поэтому места правки проверяют дефектоскопами. Для снятия образовавшихся в результате правки внутренних напряжений, которые с течением времени могут частично восстановить изгиб, рекомендуется производить термическую обработку путем выдерживания детали в течение 0,5… 1 ч при температуре 400…450 °С.

Выправленные валы термически обрабатывают также и для достижения хорошей соосности посадочных шеек, затем протачивают и шлифуют.

Деформацию вала исправляют путем нагрева следующим образом. Вал укладывают прогибом вверх и наиболее изогнутый его участок термоизолируют (например, с помощью закрепленных проволокой листов асбеста). В месте максимального прогиба оставляют незащищенными участок размером 0,1…0,12D вала вдоль его оси и 0,33 D по окружности. Этот участок быстро (за 3…5 мин), но равномерно нагревают до температуры 500…550°С с помощью газового пламени. Деформацию вала контролируют индикатором. Закалку предотвращают наложением на незащищенный участок листов асбеста. После 10…15 мин асбест снимают и участок охлаждают сжатым воздухом.

Посадочные шейки на цапфах ремонтируют как путем восстановления их до номинального размера, так и обработкой под ремонтный размер.

Мелкие трещины, задиры и риски на шейках устраняют доводкой пастами ГОИ или маслом с тонким наждачным порошком и притирами. С этой целью деталь закрепляют в токарном станке, на нее надевают жимки и деталь приводят во вращение.

При восстановлении шеек валов и осей до номинального размера в условиях ремонтных мастерских слои металла наращивают наплавкой, металлизацией и накаткой. Также возможна пластическая деформация посадочных мест для увеличения их диаметров за счет незначительного уменьшения длины.

При наплавке шеек следят за тем, чтобы валики перекрывались по ширине на 1/3. Марку электродов выбирают в зависимости от материала детали и метода ее обработки.

Наплавленную поверхность для снятия внутренних напряжений отжигают при температуре 800…850°С и обрабатывают резцами с пластинками Т5К.10 для черновой и Т15К.6 для чистовой обработки. Обработанные поверхности шлифуют кругами твердостью СМ1 и СМ2 с последующей полировкой тонким наждачным полотном с маслом или кожей с пастами ГОИ.

При осадке участок посадочного места вала нагревают до температуры 900…950°С, после чего торец вала охлаждают в воде на глубину 5…7 мм. По охлажденному торцу наносят удары, и вал увеличивается в диаметре на 0,2…0,4 мм. Для раздачи конца вала в его торце сверлят отверстие на длину посадочного места. После нагрева стенок отверстия до температуры 850….900 °С в него запрессовывают палец.

При некоторых методах ремонта цапф применяют втулки- компенсаторы. В этом случае цапфу протачивают на меньший размер, на нее напрессовывают стальную втулку, торцы которой приваривают к торцу цапфы. После закрепления втулки ее наружную поверхность обрабатывают под заданный размер.

Валы и оси восстанавливают под ремонтный размер путем механической обработки на токарных и шлифовальных станках.

Шпоночную канавку ремонтируют как под номинальный, так и под ремонтный размер. В первом случае ее заплавляют и снова нарезают под номинальный размер, во втором (при износе менее чем на 15% от ширины паза) -расширяют до ремонтного размера путем шабрения и опиливания или фрезерования и строгания. Если положение шпоночной канавки не фиксировано по отношению к оси детали, то канавку переносят, смещая на 120° относительно первого положения. Старую канавку заплавляют и запиливают. Новую шпоночную канавку нарезают на фрезерных и строгальных станках (в этом случае в конце канавки высверливают отверстие), а также с помощью слесарных методов. Высверливают металл по контуру шпонки и снимают его зубилом и шабером.

При ремонте больших шпоночных канавок допускается односторонняя наплавка с последующей механической обработкой под номинальный размер. Наплавляют сторону канавки, противоположную изношенной, так как наплавленный металл отличается несколько худшими, чем у основного металла детали, про- тивоизносными свойствами. Наплавка же износостойкого металла затрудняет механическую обработку канавки под заданный размер.

Рис. 88. Ремонт шлицев на токарном станке:
1 - шлицевой валик, 2 - накаточный ролик, 3 - оправка, 4 - суппорт, 5 - патрон

Шлицевые части валов и осей при незначительном износе восстанавливают раздачей тупым зубилом или остроконечным роликом на 0,1… 1 мм с последующей механической обработкой под номинальный размер (рис. 88).

Перед раздачей шлицы отжигают, после раздачи образовавшиеся вдоль шлицев канавки заваривают дуговой электросваркой и зачищают. При большом износе шлицев их наплавляют как частично по боковым граням, так и сплошь, затем заново нарезают под номинальный размер на фрезерных и шлице- нарезных станках методом копирования или обкатки. После этого шлицы шлифуют.

Шлицевые втулки ремонтируют путем наплавки или обжатия с последующей механической обработкой на долбежных, протяжных и шлифовальных станках.

Иногда старые шлицевые концы отрезают и приваривают новые как с помощью сварки трением, так и (для больших диаметров) электрошлаковой сварки. Концы нарезают, после чего деталь правится и проходит термическую и механическую обработку.

Поврежденную резьбу восстанавливают при незначительных неисправностях путем ее прогонки на токарных и фрезерных станках или с помощью слесарных инструментов. При сорванной или сильно изношенной резьбе ее восстанавливают путем сплошной наплавки с последующим нарезанием вручную или на токарных станках.

В отдельных случаях перерезают резьбу на меньший диаметр, что требует соответствующего изменения резьбы и у сопрягаемой детали. В результате этого метод применяют исключительно при ремонте сложных и дорогих валов и осей, сопрягаемых с простыми деталями.

В неответственных деталях можно разделывать трещины на всю глубину с последующей заваркой путем дуговой сварки. Допускаемая глубина трещины на валах-10% от диаметра, при больших глубинах вал бракуют. После заварки трещин валы правят.

Сломанные неответственные валы и оси ремонтируют путем электрошлаковой сварки, а т.акже кольцевой дуговой сварки с постановкой соединительных пальцев и упрочняющих втулок (рис. 89).

Рис. 89. Ремонт вала: а - при изломе концевой шейки, б - шпилькой при изломе по середине вала, в - соединительной муфтой при изломе по середине вала; 1 - глубина ввертывания соединительного пальца

Галтели ремонтируют путем их слесарной опиловки и проточки на станках с последующим шлифованием.

Шпоночные и шлице- вые соединения можно ремонтировать постановкой конических зажимных колец. Ремонт этим способом сводится к расточке отверстия ступицы до размеров, позволяющих вставлять конические зажимные кольца, к изготовлению самих колец и их постановке. Комплект зажимных колец состоит из двух колец: внутреннего с цилиндрической внутренней поверхностью и конической наружной и внешнего с цилиндрической наружной и конической внутренней поверхностями.

После постановки одной или нескольких пар (кольца монтируют в пазу между валом и втулкой на подвижных посадках) в соединение их опрессовывают силой Р. При этом происходит пластическое деформирование в радиальном направлении, в результате чего наружные кольца прижимаются к отверстию втулки, а внутренние - к поверхности вала.

Данный способ не требует специальных приспособлений и пригоночных работ, технологически прост, обеспечивает герметичность и хорошее центрирование деталей, а его стоимость на 30…50 % ниже стоимости других способов ремонта. С помощью этого способа можно надежно соединить тонкостенные ступицы и полые валы, в которых нельзя применять шпоночные и шли- цевые соединения.

К атегория: - Эксплуатация средств механизации