Как исправить шпоночный паз

Ремонт шпоночных и шлицевых соединений

Износу
в шпоночных соединениях подвергаются
как шпонки, так и шпоночные пазы, в
результате ослабляется посадка дета­ли
на валу. Возможные причины износа (помимо
нормального изнашивания деталей под
влиянием длительной работы) — небрежная
подгонка шпонки по месту или применение
непра­вильной посадки.

Шпонки
обычно не ремонтируют, а изготовляют
вновь. За­тем их пригоняют опиливанием,
строганием, фрезерованием или шлифованием
по шпоночным пазам на валу и сопрягаемой
с ним детали. Шпоночные пазы ремонтируют.
Способ ремонта опре­деляется условиями
эксплуатации механизма.

Возьмем
изношенные пазы в валах: их ремонтируют
навар­кой грани (рис.
121,
а)
с
последующим фрезерованием. При этом
выдерживают размер паза, установленный
стандартом. Возможен и такой ремонт:
паз расширяют и углубляют, пол­ностью
устраняя следы износа, затем к нему
изготовляют сту­пенчатую шпонку (рис.
121, б).

У
деталей, сопрягаемых с валом, изношенные
шпоночные па­зы обрабатывают на
долбежных станках.

Существует
и такой способ восстановления шпоночных
па­зов: прорезают новый паз на другом
месте вала или ступицы колеса. Его
выфрезеровывают параллельно старому
пазу в ди­аметральной плоскости,
расположенной относительно этого паза
под углом 90°. Старый паз обычно заваривают.

При
ремонте шпоночных соединений необходимо
путем подгонки добиться плотного
сопряжения шпонок с боковыми по­верхностями
пазов соединяемых деталей. Исключение
составля­ют клиновые шпонки: их
загоняют в паз ударами молотка так,
чтобы они заклинились по высоте. Однако
в точных соединениях клиновые шпонки
не применяются, поскольку всегда есть
опас­ность, что ось детали, в паз
которой посажена шпонка, несколь­ко
сместится относительно оси вала.

Рис.
121.
Ремонт шпоночных, соединений: а
—
наваркой шпоночного паза, б —
установкой ступенчатой шпонки, в
—
призматическая шпонка со скосом

Призматические
шпонки можно вынимать при ремонте из
пазов без повреждения; для этого
специально устраивают в их средней
части резьбовое отверстие и в него
ввинчивают винт. Когда винт своим концом
упрется в вал, его продолжают вра­щать,
и тогда шпонка приподнимается.

Шпонку
можно вынуть из паза и при помощи молотка
с вы­колоткой, используя имеющийся у
нее скос (рис. 121,
в).
Вы­колотку
упирают в конец шпонки со стороны скоса
и слегка ударяют по ней молотком. С этой
стороны конец шпонки при­жимается к
основанию паза, а с противоположной
приподни­мается.

Шлицевые
пазы обычно не ремонтируют; де­тали
с изношенными шлицевыми пазами большей
частью заме­няют новыми. Однако у
деталей, трудоемких в изготовлении,
шлицевые пазы часто подвергают ремонту.
Его производят пу­тем наварки металла
с последующей механической обработкой
в точном соответствии с размерами и
расположением шлице­вых выступов на
соединяемой детали.

Восстановление неподвижных посадок

При
длительной работе механизмов постепенно
ослабляется неподвижная посадка на
валах маховиков, шкивов, зубчатых колес
и других деталей. Это — результат износа
посадочных поверхностей деталей. Одним
из эффективных способов восстанов­ления
посадки является электромеханический,
разра­ботанный канд. техн. наук Б. М.
Аскинази.

При
данном способе изношенную деталь
устанавливают на токарном станке (рис.
122),
сообщают ей вращение и подводят к ней
резец с твердосплавной пластинкой,
имеющей особую за­точку. Через место
контакта резца 2
с
посадочной поверхностью детали 1
пропускают ток большой силы (300—600 а)
и
малого напряжения (1—5 в).
В
зоне контакта на детали появляется
красное пятно, температура в этой зоне
достигает 850—900°. Под влиянием
высокотемпературного нагрева и под
действием ра­диального усилия,
возникающего при работе инструмента
2,
по­верхность
вращающейся детали в месте контакта
деформирует­ся, и на ней образуются
винтовая канавка и винтовой выступ;
иначе говоря, происходит высадка
металла.

Вслед
за инструментом 2
движется,
как показано на рис. 123,
инструмент 3,
закрепленный
в том же резцедержателе, сглажи­вающий
деформированную
поверхность детали до необходимого
размера (диаметра).

Рис.
122.
Схема установки для высадки и сглаживания
металла:

1
—
деталь, 2
—
инструмент, 3
—
трансформатор

Высадка
производится твердосплавной пластинкой,
ширина контакта к
которой
с восстанавливаемой поверхностью меньше
подачи s
примерно в три раза, а сглаживание —
твердосплав­ной пластинкой, ширина
контакта которой значительно превы­шает
величину подачи.

Сглаживающая
пластинка должна иметь достаточно
чистую рабочую поверхность. Ее доводят
карбидом бора на чугунном диске.

Для
того чтобы в процессе обработки с
поверхности детали не срезался металл,
употребляют твердосплавные пластинки
толщиной 6—8 мм,
имеющие
заоваленные края. Их устанавливают так,
чтобы серединная плоскость пластинки
совпала с осью центров станка.

Рис.
123.
Схема высадки и сглаживания металла:

1
— деталь, 2
—
высаживающая пластинка, 3
—
сглаживающая
плас­тинка; D₁
—
начальный
диаметр, D₂
—
диаметр
после высадки, D₀

—
диаметр после сглаживания

Шпоночные соединения — что это?

Главное назначение шпоночных соединений состоит в том, чтобы осуществлять надежную фиксацию вращающихся деталей на оси и способствовать передаче момента силы от вала к ступице или же в обратном направлении. Элементы для таких соединений изготавливаются из шпоночного материала, имеют продолговатый вид и называются шпонками.

Шпонка выполняется из калиброванной стали Ст45 в форме стального бруска. Существует несколько основных видов шпонок, применяемых во множестве областей промышленности. При этом, производство каждого из них имеет собственный госстандарт, в соответствии с которым устанавливаются ее видовые особенности и физические свойства.

Монтируются шпонки в специально отведенные для них пазы, которые получаются за счет фрезерования. Основное преимущество таких конструкций заключается в относительной простоте сборочно-разборочных работ. При этом, несмотря на то, что шпонки берут на себя переносимость всех ударных нагрузок, в конечном счете, именно они ослабляют вал.

Происходит это по нескольким причинам. Во-первых, шпонки уменьшают сечение вала. Во-вторых, из-за них происходит искажение центрирования колеса, что влечет применение еще одной шпонки на противоположенном конце. Кроме того, сам процесс изготовления таких метизов очень непрост, а для того чтобы добиться взаимозаменяемости шпонок во время ремонта, придется подгонять их вручную.

Производим ремонт шпоночного соединения

Выполнить ремонт шпоночных соединений или создать их самостоятельно не так уж и сложно, как сперва может показаться. Главное — уметь работать с инструментом и знать несколько особенностей.

Например, в случае больших нагрузок на механизм, должны быть установлены несколько шпонок, две или три, при этом их размещают друг от друга под углом в 180° или же 120° соответственно. Если замене подлежит вал со шпонкой, то паз следует нарезать заново. Для этого не обязательно иметь фрезерное оборудование. Достаточно проделать несколько выемок, в которые будут запрессованы штифты, но их размеры придется подгонять в ручную.

Сам процесс ремонта выполняется в несколько этапов. Для начала следует выбрать шпонку и подогнать ее по параметрам. Теперь ее и непосредственное место установки необходимо смазать машинным маслом. После этого, при помощи молотка происходит прессование. Затем, используя щуп, происходит проверка отсутствия зазоров в соединении. Если таковые имеются, то нужно разобрать конструкцию и произвести более тщательный подгон.

Таблица дефектов и их способов их устранения

Резьбовые соединения являются наиболее распространенным типом разъемных соединений. Усилия, затрачиваемые на сборку резьбовых соединений, составляют 25-40% от всех сборочных работ. Наиболее часто используемыми резьбовыми соединениями являются болтовые, штифтовые и шпилечные соединения.

Правильная затяжка болтовых соединений при сборке играет важную роль в увеличении срока службы и обеспечении жесткости машины. Крепление деталей к станине станка, особенно деталей, влияющих на точность, долговечность и жесткость станка, должно осуществляться с определенным и контролируемым моментом затяжки. Затягивание с моментом, создаваемым стандартным гаечным ключом, позволяет достичь необходимого осевого усилия затяжки в резьбовом соединении, смазанном машинным маслом, а также при повторном затягивании. Контактная жесткость соединений увеличивается примерно в 2-2,5 раза при повторной затяжке винтов и болтов, поскольку во время предварительной затяжки резьбовых деталей микроскопическая контактная поверхность сминается, которая поглощает большую часть усилия затяжки. Кроме того, часть усилия, прилагаемого к гаечному ключу, расходуется на деформацию резьбовых частей, вызванную неточностью резьбы.

1. Сборка резьбовых соединений

В случае резьбовых соединений с гайкой, болт обычно вставляется снизу, а затем накручивается гайка. Гайки затягиваются только тогда, когда все болты и гайки установлены на место. Гайки затягиваются поэтапно. Сначала затяните все гайки до соприкосновения с шайбами или поверхностью заготовки, затем слегка затяните и только после этого затяните в третий раз.

Не затягивайте гайки одну за другой, так как это может привести к неравномерной затяжке и перегрузке отдельных гаек, смятию резьбы или даже поломке винта.

Гайки, расположенные по кругу, например, на фланцах, крышках цилиндров и т.д., также должны затягиваться крест-накрест за три прохода. В случае длинных крышек, например, крышек коробки передач, гайки затягиваются от центра к краю. Затягивание гаек от края к центру приведет к деформации крышек. Эти рекомендации также применимы к резьбовым соединениям без гаек. Момент затяжки болтового соединения контролируется путем выбора правильной длины рукоятки гаечного ключа или с помощью торцевых и динамометрических ключей. Обратите внимание, что использование гаечных ключей нестандартной длины может привести к поломке хвостовика болта, срыву резьбы и травмам.

Установка болтового соединения завершается фиксацией гаек. Шпильки редко используются в машиностроении.

При установке шпилек необходимо соблюдать следующие основные правила:

1. Шпилька должна быть плотно посажена в корпус;
2. Ось штифта должна быть перпендикулярна поверхности заготовки.

Категорически запрещается сгибать штифты, если они не входят в отверстия в детали, так как это вызывает деформацию в основании и может привести к их поломке во время эксплуатации. Перекос штифта может быть исправлен только путем повторного нарезания резьбы в отверстии. Существует несколько вариантов гаечных ключей для ввинчивания дюбелей в корпуса. Наиболее распространены эксцентриковые гаечные ключи.

Важным условием правильного функционирования резьбового соединения является отсутствие изгибающего напряжения в теле винта или болта. По этой причине не допускается неплотное прилегание гайки к поверхности детали. Гайки должны быть закручены в посадочное место вручную. При наличии большого количества гаек рекомендуется затягивать их в определенной последовательности. Как правило, сначала следует затягивать гайки в центре детали, а затем по очереди пару гаек с каждой стороны. Рекомендуется затягивать гайки поэтапно, т.е. сначала затяните все гайки на одну треть момента, затем на две трети момента и, наконец, на полный момент. Орехи, расположенные по кругу, следует затягивать крест-накрест и также постепенно.

Особое внимание следует уделить выбору крепежа для фланцев и крышек, на которых установлены прецизионные подшипники шпиндельных узлов. Неправильная резьба или концы болтов и зенковка головки болта могут привести к деформации фланцев и крышек и, как следствие, к деформации самого подшипника. В этих случаях также важна равномерность момента затяжки.

Концы болтов и штифтов не должны выступать над гайкой более чем на 0,5 мм, если они могут травмировать оператора или обслуживающий персонал, а также если они ухудшают внешний вид машины.

2. Ремонт шпоночных соединений

Разрушенные и изношенные ключи не ремонтируются, а подлежат замене на новые.

Смятые стенки шпоночного паза в детали и на валу с небольшим развитием опиливают или обрабатывают для получения паза правильной формы, по размерам увеличенного таким образом паза изготавливают новый шпоночный паз. Увеличение ширины паза не должно превышать 15% от исходного размера.

Поскольку износ шпоночного паза может быть асимметричным, при исправлении шпоночного паза обрабатывающий инструмент следует располагать не на боковых поверхностях шпоночного паза, а на базовой поверхности шпоночного паза.

При обработке шпоночного паза под ремонтный размер обычно берется следующий наибольший размер шпоночного паза по стандарту, но в отдельных случаях, при незначительном износе больших шпоночных пазов, может быть допустима обработка под размер, выходящий за пределы стандарта.

Увеличение ширины шпоночного паза при ремонте должно производиться в обеих соединенных деталях. Фасонные (ступенчатые) шпоночные пазы могут быть установлены только в исключительных случаях при плановом ремонте. В этом случае ключевые шаги должны быть расположены строго симметрично.

Сильно развитые шпоночные пазы не обрабатываются, а свариваются, и новый шпоночный паз нарезается под углом 90, 135 или 180° в другом месте вала. Если для привода вала сварка старого шпоночного паза нежелательна, допускается оставить его несваренным. В этом случае в старый шпоночный паз необходимо запрессовать, припаять или ввернуть предварительно смонтированную стальную вставку. Также допускается создание новой канавки на месте старой (не более одной).

Шлифование рабочих поверхностей шпоночного паза с последующей механической обработкой проводят, если сколы рабочих поверхностей шпоночного паза сопровождаются сколами отдельных участков, так как в этом случае обработка до ремонтных размеров требует значительного увеличения ширины шпоночного паза. Закалка осуществляется с помощью электросварки.

Этот метод следует применять как можно реже, так как он не гарантирует длительного восстановления детали и связан со значительной деформацией вала при наплавке.

3. Сборка шпоночных соединений

Сборка шпоночных соединений во время ремонта является критически важной операцией. Если детали подобраны правильно, шпонка должна быть установлена так, чтобы ее боковые поверхности совпадали с боковыми поверхностями и без люфта входили в нижнюю часть шпоночного паза вала. Шпонка должна входить в посадку с боковыми поверхностями и с обязательным зазором между шпонкой и дном шпоночного паза вокруг заготовки. Неправильная шпонка приводит к перекосу шестерен и звездочек, установленных на валу, вызывает перекос зубьев колес и ускоряет износ звездочек и цепей. Если детали закреплены слишком плотно, их втулки могут сломаться.

Несоосность шпоночного паза на валу, плохая центровка оси шпоночного паза на втулке приводят к нарушению сборки шпоночного паза.

Регулировка шпоночного паза для компенсации несоосности и смещения осей шпоночного паза на валу и во втулке без проверки посадки шпоночного паза и боковых поверхностей шпонки может привести к резкому уменьшению площади контакта этих поверхностей, увеличивая напряжения смятия. Увеличение бокового зазора из-за смятия шпонки вызывает неправильную посадку втулки на вал, шум и стук в узле и в конечном итоге может привести к преждевременному износу или выходу узла из строя.

Поэтому очень важно проверять детали и сопрягаемые компоненты во время изготовления и сборки шпоночного паза.

Шпонка и шпоночный паз вала подбираются с помощью молотка с медными наконечниками или под прессом. При установке шпонки под пресс необходимо следить за тем, чтобы шпонка не была наклонена в одну сторону и чтобы ее край не врезался в корпус вала.

4. Ремонт шлицевых соединений

Шлицевые соединения имеют меньшие напряжения раздавливания на шлицевых поверхностях и более высокую прочность вала по сравнению со шпоночными соединениями. Для установки шлицевых соединений регулировка не требуется. Наиболее распространены шлицевые соединения с прямыми шлицами, в некоторых случаях стали использоваться шлицевые соединения с развернутыми шлицами, которые обладают повышенной прочностью по сравнению с прямыми шлицами.

Монтаж шлицевых соединений следует начинать с проверки состояния шлицев на обеих деталях. На шлицевом соединении не должно быть сколов, заусенцев или трещин.

В случае неразъемных шлицевых соединений рекомендуется перед запрессовкой нагреть замыкающую часть до 80-120 °C. После установки корпусной детали на шлицы необходимо проверить биение соединения. В дополнение к проверке на биение, слегка разъемные и скользящие шлицевые соединения также должны быть проверены на шатание. Шлицы, сопрягаемые с критическими соединениями, также проверяются на наличие «лака».