Способ ремонта зубчатого колеса

 

Использование: в технологических процессах ремонта деталей машин, в частности в способах ремонта зубчатых колес. Сущность изобретения: в зоне обода зубчатого колеса, имеющей изношенные или сломанные зубья, выполняют сквозной аксиальный паз. Изготовляют сегмент, имеющий основание, соответствующее по форме пазу. Соединяют сегмент с ободом, запрессовывая основание сегмента в паз. Затем приваривают сегменты к ободу прерывистыми сварными швами. Для образования последнего выполняют разделочные выемки, параметры которых определяются по расчетной формуле. Технический результат: уменьшается расход сварочного материала, повышается эффективность способа. 4 ил.

Изобретение относится к технологическим процессам ремонта деталей машин, в частности к способам ремонта зубчатых колес.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к изобретению является способ ремонта зубчатого колеса, заключающийся в том, что в его ободе со стороны изношенной части венца выполняют сквозные пазы в виде ласточкина хвоста со скругленными углами, устанавливают в них ответной частью зубчатые сегменты на прессовой посадке, которые соединяют с ободом сварными швами с двух сторон.

Однако известный способ не обладает достаточной эффективностью, поскольку характеризуется высокой трудоемкостью, связанной с постановкой штифтов для соединения зубчатых сегментов с ободом, необходимостью разделки обода и сегментов под сварной шов по всей зоне их сопряжения и значительным расходом сварочного материала при сварке сплошным швом сегментов с ободом.

Техническим результатом, на достижение которого направлен заявленный способ, является повышение его эффективности благодаря тому, что он не требует использования штифтов, разделка обода и сегментов под сварной шов, который выполнен прерывистым, производится только в зоне расположения участков прерывистого шва и, соответственно, уменьшает расход сварочного материала.

Для достижения указанного технического результата в известном способе ремонта зубчатого колеса, заключающемся в том, что в его ободе со стороны изношенной части венца выполняют сквозные пазы в виде ласточника хвоста со скругленными углами, устанавливают в них ответной частью зубчатые сегменты на прессовой посадке, которые соединяют с ободом сварными швами с двух сторон, выполняют вдоль линии сопряжения обода и зубчатых сегментов расположенные на расстоянии друг от друга разделочные выемки, параметры которых связаны между собой соотношением E_y 2 σ_yB²b, где Е_у усадочная энергия, Нм; σ_у напряжение усадки, Н/м²; В ширина шва, м; b/2 длина шва, м, сваривают зубчатые сегменты с ободом, заполняя сварочным металлом полученные выемки для образования прерывистого сварочного шва.

На фиг. 1 изображена пространственная схема, иллюстрирующая способ ремонта зубчатого колеса; на фиг. 2 отремонтированное зубчатое колесо с использованием заявленного способа, план; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 обод ремонта зубчатого колеса со сквозным аксиальным пазом, план.

Для осуществления способа ремонта в зоне 1 обода зубчатого колеса, имеющий изношенные или сломанные зубья, выполняют сквозной аксиальный паз и изготовляют сегмент, имеющий основание 2, соответствующее по форме пазу, и примыкающий к основанию зубчатый участок 3. После этого осуществляют силовое замыкание сегмента с ободом. Для этого на первом этаже замыкания запрессовывают основание сегмента в паз, на втором этапе замыкания приваривают сегменты к ободу прерывистыми сварочными швами 4, расположенными с торцовых сторон обода и лежащими в плоскости сопряжения сегмента с пазом. Последний ограничен основанием 5, боковыми прямолинейными наклонными участками 6, выходящими в середины впадин между зубьями 7 обода, и промежуточными скругленными участками 8, связывающими участки 6 и основание 5. В ободе 1 и сегментах 2 по основанию 5 выполняют по две разделочные выемки (сверху и снизу) 9, заполняемые присадочным сварочным материалом при образовании сварных швов.

Отношение высоты h₁ паза между основанием и началом боковых участков к расстоянию h₂ от основания до наружного края обода составляет 1,35-1,45, а оптимальным значением является 1,42. Это подтверждается эмпирическими зависимостями основных геометрических параметров паза, определяемых по эмпирическому соотношению, характеризующему, что зубчатый венец, смонтированный из зафиксированных в пазах обода сегментов, находится в статическом равновесии, описываемом уравнением прочности соединения сегмента с ободом: Υ -2K + где Υ- характеристика прочности, т.е. соединения сегмента с ободом; а величина заглубления сегмента в паз обода; b половина длины сегмента по хорде окружности между серединами впадин зубьев (принимая для упрощения расчета длину дуги, равной половине стягиваемой ей хорды); К коэффициент пропорциональности характеристики прочности соединения, т. е. при Υ= 0 получаем квадратное уравнение.

Корни уравнения: = K± При равных значениях корней, что соответствует минимуму значений сил реакций в местах сопряжения сегмента с поверхностями паза венца, получаем =K и K Поэтому K
Проверка сегментов и обода и охлаждение сварных швов приводят к возникновению в местах сварки усадочных напряжений, появляющихся в результате уменьшений объема металла шва при охлаждении.

Усадочная энергия стягивает кромки сегментов и обода, благодаря чему обеспечивается необходимый натяг обода на сегмент без применения стягивающих штифтов.

Кроме усадочных напряжений возникают тангенциальные растягивающие напряжения по линии стыка обода с сегментами в зоне основания 5.

Отношение энергии растяжения Е_р к энергии усадки 4-х прерывистых швов Е_у выражается соотношением:
≥ n₁·n₂ ,
где n₁ 2 число торцов колеса;
n₂=2 число швов на торце;
R-D/2 радиус обода зубчатого венца;
h₂ расстояние от основания до наружного края обода;
ϕ- угол между двумя радиусами, проведенными из центра колеса к концам разделочных выемок.

57,3^о одному радиану;
2b суммарная длина 4-х прерывистых швов.

Е_у σ_у(2b)ВН усадочная энергия 4-х швов шириной В, высотой Н и длиной b/2 каждый. В условиях Н=В выражение принимает вид Е_у (2b)В²σ_у.

Пример расчета усадочной (после сварки) энергии.

Первоначально σ_у= 500 В 1 см;
2b 40 см, отсюда Е_у 40х1²х500 20.000 Н см 200 Нм.

В условиях поперечной усадки швов возникает также тангенциальное растягивающее напряжение, приводящее к еще большему силовому эффекту замыкания зубчатого сегмента в ободе. Для расчета указанной энергии Е_р, связанной с тангенциальными напряжениями, принимаем в указанном вначале выражении знак равенства. Полученное равенство записываем в виде
E_р= n₁·n₂
Рассчитываем E_р= 2·2 200 2,54×200 508 Нм,
где n₁ 2;
n₂ 2;
R 0,8 м;
h₂ 0,07 м;
2b= 0,4 м;
ϕ= 20^о;
Е_у 200 Нм.

Таким образом, сумма усадочной энергии и энергии растяжения равна
Е_у + Е_р 200+508 708 Нм.

С учетом исходного неравенства суммарная энергия замыкания зубчатого сегмента в обод венца получается большей, чем 708 Нм. Возможная нагрузка, действующая в сопряжении зубчатого сегмента с ободом, как показала практика эксплуатации, будет значительно меньше указанной величины, что гарантирует надежность соединения, полученного описанным способом.

Формула изобретения

Способ ремонта зубчатого колеса, заключающийся в том, что в его ободе со стороны изношенной части венца выполняют сквозные пазы в виде ласточкина хвоста со округленными углами, устанавливают в них ответной частью зубчатые сегменты на прессовой посадке, которые соединяют с ободом сварными швами с двух сторон, отличающийся тем, что выполняют вдоль линии сопряжения обода и зубчатых сегментов расположенные на расстоянии одна от другой разделочные выемки, параметры которых связаны соотношением
E_у= 2σ_уB²·b ,
где E_у усадочная энергия, Нм;
σ_у- напряжение усадки, Н/м²;
B -ширина шва, м;
b/2 длина шва, м,
сваривают зубчатые сегменты с ободом, заполняя сварочным металлом полученные выемки для образования прерывистого сварного шва.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4