Универзитет у Београду Машински факултет Завршни рад из предмета: Репаратура машинских делова и конструкција Тема: Репаратура зупчастих парова Студент: Ментор: Александар Масларевић 294/06 Проф. др Милета Ристивојевић Београд 09.06. 2009.

2

Теоријска и практична знања стечена на основним студијама и на усмерењу Заваривање и заварене конструкције преточена су у овај завршни рад. Репаратура зупчастих парова, овај завршни рад обрађен је на катедри за Опште машинске конструкције машинског факултета универзитета у Београду. Практични део рада реализован је у сарадњи са фирмом Messer tehnogas AD – Castolin Eutectic. На практичном делу највише су ми помогли господин Немања Гостовић дипл. маш. инг. и господин Александар Ђорђевић маш. инг. па користим прилику да им се захвалим. Посебно се захваљујем генералном директору фирме Messer tehnogas AD – Castolin Eutectic господину Ernst Bodeu Dipl. Kfm. што ми је омогућио да теоријско знање стечено на факултету спрегнем са практичним искуством и на материјалној подршци у виду стипендије. Београд 09.06.2009

3

Задатак завршног рада :

1. Значај и домен примене репаратуре код зупчастих преносника снаге; 2. Детаљан приказ површинских и запреминских разарања зубаца зупчастих

парова; 3. Приказ алгоритма техонлогије репаратуре зупчастих парова, са посебним

акцентом на чишћење, контролу и испитивање; 4. На конкретном примеру зупчастог пара приказати технологију репаратуре

зубаца хладним поступком; 5. Приказати и описати неколико примера топле репаратуре зупчастих парова; 6. Закључак; 7. Литература;

Београд 09.06.2009 Предметни наставник: Проф. др Милета Ристивојевић

4

Садржај: 1. Значај репаратуре.......................................................................................................5 2. Зупчасти парови..........................................................................................................8

2.1 Врсте оштећења зупчаника...............................................................................11

3. Општи алгоритам репаратуре................................................................................18 3.1 Демонтажа (расклапање)...................................................................................19 3.2 Чишћење узорака...............................................................................................19 3.3 Анализа оштећења.............................................................................................23 3.4 Избор методе репаратуре..................................................................................25 3.5 Техно-економска анализа..................................................................................25 3.6 Техничка документација...................................................................................25 3.7 Разрада технолошког поступка.........................................................................26 3.8 Припрема узорка................................................................................................26 3.9 Реализација изабраног поступка репаратуре...................................................26 3.10 Контрола зупчаника.........................................................................................26 3.10.1 Толеранције тела зупчаника................................................................27 3.10.2 Толеранције зубаца зупчаника............................................................29 3.10.3 Толеранција профила зубаца..............................................................31 3.10.4 Толеранција бочне линије зупца........................................................32 3.10.5 Толеранције радијалног бацања-центричности................................32 3.10.6 Толеранција мере преко зубаца..........................................................33 3.10.7 Толеранције зупчастог пара................................................................36 3.10.8 Избор бочног зазора............................................................................37 3.10.9 Толеранције паралелности оса обртања зупчаника зупчастог пара.....................................................................................37 3.10.10 Контрола зупчастих парова при спрезању.......................................39 3.11 Испитивање зупчастих парова........................................................................40 3.12 Монтажа............................................................................................................46 3.13 Уходавање.........................................................................................................46

4. Технологија репаратуре зупчаника хладним поступком.................................46 4.1 Метода ангажовања неактивних бокова зубаца заокретањем зупчаника зупчастог пара за180о........................................................................................46 4.2 Метода корекције профила спрегнутих зубаца...............................................48 4.3 Нумерички пример хладне репаратуре............................................................49 5. Технологија репаратуре зупчаника топлим поступцима................................52 5.1 Конкретни проблеми у пракси и конкретна решења......................................52 5.2 Додатни материјал.............................................................................................57 5.2.1 Заостали напони........................................................................................57 5.2.2 Ефекат зареза.............................................................................................59 5.2.3 Дифузија водоника....................................................................................60 5.2.4 Отпорност на прслине..............................................................................62 5.3 Слике оштећених и репарираних зупчаника...................................................64 5.3.1 Враћање целог зуба...................................................................................64 5.3.2 Зубни венац пречника 6m.........................................................................65 6. Закључак....................................................................................................................66 7. Литература................................................................................................................67

5

1 . Заначај репаратуре Тачно прописан редослед операција који треба доследно спровести код оштећених и разорених машинских делова и/или конструкција у циљу повратка параметара (показатеља) радне способности, назива се репаратура. Делови машинских конструкција у току експлоатације, изложени су различитим видовима површинских и запреминских оштећења и разарања. Испитивања су показала да запреминска разарања машинских делова у 80 – 90% настају услед замора материјала. Такође, показано је да машински делови најчешће губе радну способност услед површинских оштећења. Основни задатак репаратуре је да површински оштећеним (похабаним) и запремински разореним (поломљеним) машинским деловима, врати радну способност. Уместо да се одложе на депонију „старих делова”, похабани и поломљени делови се постуцима репаратуре поново уграђују у машинску конструкцију, уместо нових резервних делова. Овај термин потиче од латинске речи „reparatio” , који има значење: обнављање, поправка (оправка), поновно успостављање.

Слика 1. Показатељи радне способности Историјски посматрано, репаратура се почела интензивно примењивати од 1929 године, у периоду велике економске кризе. У периоду хладног рата (1960-те године), због економских блокада, влада филозофија „магацини пуни резервних делова”. Велика конкуренција, борба за што већи профит, економска, енергетска и еколошка криза (од 1980-тих година), враћа репаратуру поново у фабричке хале и радионице.

6

Слика 2. Историја репарације Технологија репаратуре поступцима заваривања, наваривања и метализацијом, толико је усавршена, да се данас не примењује само код хаварисаних делова, већ се све више користи код нових делова. Наиме, основну масу машинског дела чине мање квалитетни материјали, а завршни површински радни (хабајући) слој се формира од квалитетног материјала посупцима репаратуре. Посматрано на нивоу фабрике (предузећа), применом репаратуре:

- смањују се депоније старих делова, - редукују магацини резервних делова, - смањују трошкови због прекида производње услед изненадних отказа (хаварија)

Репаратуром се многе хаварије могу отклонити на лицу места, често без демонтаже целог постројења. Тиме су избегнути велики економски трошкови због прекида производње и ангажовања великих ресурса, материјалних и људских. Ако се одрекнемо репаратуре, хаварисане делове одлажемо на депонију, а уместо њих уграђујемо нове, такозване резервне делове, За нове делове потребно је набавити одговарајуће сировине, копањем руде, чиме су директно угрожене резерве природних ресурса. Ископана руда се мора прерадити у железарама. Ако се занемаре трошкови копања руде и транспорта до железаре, за њену прераду неопходни су извори енергије. То су обично природни – необновљиви извори енергије: чврста, течна и гасовита горива. Њиховим сагоревањем:

- смањују се ограничени енергетски ресурси, и истовремено - ослобађају се продукти сагоревања који иду у нашу животну и радну средину

7

Посматрано глобално, на нивоу планете, применом репаратуре значајно се може редуковати: потрошња необновљивих извора енергије; потрошња рудног богатства; загађење планете.

Зато репартатура, ако већ није, она ће бити императив, не само код високоразвијених или мање развијених земаља, већ код свих. Место репаратуре у животном циклусу (ланцу) производа, приказан је на блок шеми.

Слика 3. Блок шема животног циклуса производа Домен примене Репаратура се примењује у свим гранама индустрије (прехрамбена, машинска, текстилна, процесна, енергетика, ливнице, алатнице ...). У свакој грани индустрије имамо механичке преноснике снаге, тј. посреднике између погонских и радних машина. Код механичких преносника снаге

- има доста покретних делова: вратила, лежаји, зупчаници, ланчаници ...

8

- радна средина може бити агресивна или са високом радном температуром - најчешћи видови разарања су замор материјала и површинска оштећења у виду

хабања. Слика 4. Места код механичких преносника где се може применити репаратура Црвеном (тамном) дебљом линијом су означена места на којима се јављају површинска оштећења Слика 5. Репаратура површински оштећених – похабаних зубаца

Слика 6. Репаратура запремински разорених (поломљених) зубаца

Репаратура има велику примену и у: Железничком саобраћају Бродском саобраћају Хемијској индустрији 2. Зупчасти парови Зупчасти преносници снаге су непосредни принудни преносници који врше пренос и трансформацију снаге од погонске до радне машине посредством зупчастих парова. Према облику кинематских површина извршена је најопштија подела зупчастих парова на: цилиндричне, конусне и хиперболидне.

l

d m d

9

Слика 8. Облици кинематских површина зупчастих парова Цилиндрични зупчасти парови имају кинематске површине у облику цилиндра, а осе обртања су паралелне. Конусни зупчасти парови имају кинематске површине у облику конуса. Осе обртања се секу, па је осно растојање а=0. Хиперболоидни зупчасти парови имају кинематске површине у облику једнограних хиперболида. Средина (грла) хиперболида налази се на месту најкраћег (нормалног) растојања, оса обртања. Зупчасти пар се састоји од два спрегнута зупчаника, великог и малог, који су постављени међусобно тако да зупци једног зупчаника улазе у међупростор – међузупце другог зупчаника. Зупчаник је точак на чијем ободу су формирани и равномерно распоређени зупци истог облика и величине.

10

Слика 9. Зупчасти пар са косим зупцима Добре и лоше карактеристике зупчастих парова

Слика 10. Домен примене зупчастих парова

11

1

2

3

4

56 7

Зупчасти Ланчани ремени фрикциони парови парови парови парови ПРЕНОСНИК Слика 11. Маса преносника снаге

1. Цилиндрични зупчаници 2. Конусни зупчаници

3. Хиперболоидни зупчаници 4. Планетарни зупчаници

5. Ланчани парови 6. Каишни парови

7. Фрикциони парови Слика 12. Степен заступљености механичких преносника снаге 2.1 Врсте оштећења зупчаника Зупчаници се разарају тако да влада деградација зупца, његово површинско оштећење. Веома ретко оштећење је изазвано ломом венца зупчаника. Неке опште врсте оштећења зупчаника су анализиране у наредном тексту.

12

Лом зубаца може бити изазван тренутним преоптерећењем, на пример, када спољни узрок као на пр. клин или завртањ помаже у ангажовању зубаца, или када тешко оптерећење оптерети зупчаник. У овом случају, површина напрслине је конвексна (линија додира) као што је приказано на слици13.а.

Слика 13. Оштећење зубаца зупчаника Али углавном, оштећење зубаца је заморног карактера, и површина напрслине је конкавна, (видети слика13.б) Иницијална заморна пукотина је оријентисана под правим углом повезује се са површином и постепено мења правац према супротној страни истог зуба. Носивост зубаца који нису површински отврднути (каљење, нитрирање, цементација...) је обично ограничено контактном чврстоћом његових радних површина. У нормалним условима експлоатације, лом ових зуба може бити последица неједнаке расподеле оптерећења дуж зуба (слика 13.в) или последица тешког хабања које може да смањи попречни пресек зуба (слика 13.е). Код површински отврднутих зубаца (нитрирање, цементација), носивост њихових радних површина се повећева три до пет пута, док се напон савијања повећава 1.5 до само 2 пута. Према томе, у површински отврднутим зупчаницима, степен сигурности бокова од оштећења зуба је релативно мали (у поређењу са неотврднутим зупчаницима), и ова врста оштећења се чешће јављају. Неотврднути зупци су мање осетљиви на неравномерну расподелу оптерећења. При томе, они имају могућност рапаратуре услед оштећења као што су локално хабање, питинг, пластична деформација, и друге врсте површинског оштећења. А у другу руку, увећава степен сигурности бокова против оштећења зубаца давајући потребно време за репаратуру.( Важно је нагласити да после репаратуре зубаца, процес површинског оштећења у неотврднутим зупчаницима је у већени случајева заустављен). Површински отврднути зупци су отпорнији на хабање, а веома се тешко репарирају. Њихов веома мали степен сигурности бокова зубаца против оштећења нам говори да су зупци веома осетљиви на коса оптерећења. У неки случајевима када се висока тачност не може постићи, било би пожељно направити бар један зупчаник без површинског отврдњавања који би имао могућност рапаратуре.

13

Хабање услед кидања опиљака (слика 13.г) се догађа на површински отврднутим зупцима у близини врха зупца.Ова грешка може бити изазвана крутошћу отврднутих слојева, додирним оптерећење које је додато у области врха зуба, или са могућношћу прегревања или чак микропрслинама створеним брушењем. Хабање услед кидања опиљака може да буде спречено модификацијом профила врха зупца, заобљавањем оштрих ивица, и спречевањем брусних грешака. Оштећење радних површина зупца може бити различе врсте, а врло често неколико њих, као на пример питинг, скоринг, пластична деформација, и друге, могу да буду примећене истовремено. Питинг је најчешћа врста оштећења радних површина а да није хабање услед абразије. Питинг је специфично заморно оштећење површинског слоја као последица цикличног променљивог контактног оптерећења. Препознатљив је по заобљеним јамицама са тамним дном, без металног сјаја, које су настале одвајањем љуспица (материјала) од метала. Обично се јамице појављују на боку ноге зупца (испод бочне линије зупца). Питинг се појављује углавном на нози зупца зато што је стварни напон на нози зупца већи од стварног напона на глави зупца, иако је Херцов напон једнак. То је зато што је Херцов образац изведен за случај статичког оптерећења и не узимаутицај силе трења F . Ове силе битно утичу на стање напона у површинском слоју. Напон на глави зупца настаје као контактни притисак а напон на површини ноге зупца је затезног карактера. У зони додира, површински слој је изложен напонима у две управне равни, то је притисак (или затезање) зависно од смера силе трења у тангентном правцу и притиску од Херцовог напона у нормалном правцу. Познато је да у случају затезања или притиска у две управне равни максимални тангенцијални напон је

max 2y x

За површину на боку главе зупца, напони x и y имају исти знак (минус, зато што су притиснок карактера), па ће у нумеричким вредностима бити од њихових апсолутних вредности. За површину на боку ноге зупца, постоје два напона са различитим знацима (затезање и притисак) , па збир њихове апсолутне вредности, и резултујући максимални напон је виши. Ово је најпростије објашњење чињенице да глава зупца може да издржи вишеструко веће оптерећење у односу на подножје зупца (нога зупца). Експериментално је установљено, да при већим брзинама, уљни филм између зубаца је дебљи а коефициент трења је мањи, глава зупца и нога зупца могу да издрже приближно исту количину оптерећења. Питинг приказан на слици 13.д. је изазван неједнаком расподелом оптерећења дуж бочне линије зупца. После одређеног локалног оптерећења и његове прерасподеле, даље ширење питинга је вероватно заустављено. Али ако зупчаник није димензионисан како треба (мањих је димензија од потребних), питинг коначно прекрива целу површину ноге зупца, и тада може да се појави и на глави зупца. Средњи локални питинг не смањује функционалност зупчаника. А издробљени делићи метала прљају уље, и оно треба да буде филтрирано или очишћено на било који начин ( на пример, магнетном сондом). Величина јамица (кратера) на неотврднутим површинама може бити 0.5 до 5 mm у пречнику, па чак и више. На површински отврднутим зупцима, почетни питинг може да

14

се појави као мале поре видљиве само ако се увеличају. Касније током рада, оне расту и постају видљиве голим оком. Питинг може бити спречен одабиром димензија и материјала зупчаника које задовољавају задато оптерећење,и обезбеђујући исправну расподелу оптерећења дуж бочне линије зупца између зубаца. Једна важна функција је правилно подмазивање уљима, где слој не би требао да буде сувише танак. Главна функција мазива ја да формира уљни филм између зубаца у додиру. Када је уље веће вискозности теже је утиснути у контактну површину, и према томе, дебљи уљни слој доприноси мањем оштећењу површине зубаца. Дебљи слој уља обезбеђује влажнији додир приликом монтирања зупчаника а вибрације зупчаника прикива, на тај начин смањује ниво буке зупчастих парова у раду. Према томе, најчешће се користе зупчаници који раде са мали и средњим брзинама и зупчаници који користе уља велике вискозности. Како се брзина повећева, енергија се троши услед повећења узбурканости уља, и тада долази до смањења вискозности. Приближно, неопходна вискозност за минерална уља на 50°С може бити одерђена обрасцем

50 0.4

(100 200) cStV

где је V =брзина венца зупчаника / secm . Код површински отврднутих зубаца (у случају каљења и нитрирања) долази до појаве цепкања које је изазвано настајањем и ширењем заморних прслина испод отврднутог слоја. Ова појава површинског оштећења је опаснија од питинга због великих области радне површине које отпадају са зубаца. Уобичајени разлози за појаву ове грешке су недовољна дебљина отврднутог слоја и недовољна тврдоћа језгра. Такође може да дође до појаве таласања радних површина као последица пластичне деформације језгра. Максимални напон смицања је max 0.3 H Крива напона је благо нагнута. 0.24 H Оштећење под површинских слојева може да се спречи одабиром дебљег отврдотог слоја и издржљивијег језгра материјала. У појединим случајевима отврдњавања зубаца зупчаника, препоручена дебљина отврднутог слоја може се одредити 0.28 0.007 0.2m m mm Дебљи слојеви су непожељни из два разлога:

1. Врх зупца има у себи вишак угљеник и постаје крт. 2. Притисни напон отврднутог слоја се смањује (мање језгро није у стању да корисно

подноси ширење отврднутог слоја). Тврдоћа језгра може бити висока- 35-45HRC. Већа тврдоћа чини зубац кртијим.

Поступци загревања, каљења и сачмарења мењају кристалну решетку метала и према томе, витоперење (врста деформисања) дела. Према томе, каљењем зупци би требали бити завршени. Да би се смањила дубина обраде, требао би се направити тачан облик зубаца пре топлотног третмана. Ово подразумева да се пре каљења треба обрадама резањем постићи тачан облик и димензије зупчанка. Витоперење се може

15

умањити на подношљиву величину операцијом загревања уређајем који ограничава на могући облик деформације дела. Нитрирани зупчаници се оштећују цепкањем често из разлога што је нитрирани слој тањи (обично не дебљи од 0.5-0.6mm). Језгро не може бити веома тврдо зато што у поступаку нитрирања сво време се жари део на високој температури (око 600°С). Једна од битних врста оштећења површина је скоринг (хабање са заједањем). Скоринг се јавља као исход већег оптерећења, микронеравнине пробијају слој уља, настаје контакт метал о метал, долази до заваривања микронеравнина, и затим до њиховог кидања. Ово оштећење је лагано гребање (слика13.ђ.) које се обично јавља у области где има више клизања, у близини врха или подножја зуба. Правац гребања се подудара са смером клизања, дуж зуба. Тежак скоринг може да покрије целу радну површину на зупцима и чак заваривање и кидање већих делова површине. Услед овог оштећења зупчаници могу да постану потпуно неупотребљиви. Контакти између тврђих површина и површина са мањом храпавошћу побољшавају њихову отпорност на скоринг. Ако су зупчаници подложни скорингу, врх ивица зубаца требао би се заоблити и потпуно исполирати. Оштре ивице могу да изазову концентрацију напона и сасвим прекину уљни слој у почетку ангажовања зупца (слика 15.а). Модификација профила је такође обећавајућа метода у заштити од скоринга зато што смањује отерећење зупца у почетку његовог ангажовања.

Важно је смањити брзину клизања у улазу и излазу зуба из захвата. Према томе важно је да се пол брзина р налази на средини дужине између 1 2b b (слика 15). Може бити корисно ако се тачка р помери према почетку ангажовања зупца смањујући брзину клизања на том месту. Због тога, акивна површина главе зупца ће бити напарвљена дужа а аткивна површина ноге зупца ће бити направљена краћа. Наношење једаног додатног међуслоја је једна делотворна метода за заштиту од скоринга. Овај слој може да буде бакарна, фосфорна облога, или чак антискоринг адитиви у уљу за подмазивање. Реакција адитива са материјалом зуба обезбеђује посебан молекуларни слој који је обновљив после извршеног пуног захвата. Корисно средство за заштиту од скоринга је да се повећа дебљина уљног слоја, и то:

- Коришћењем гушћег уља - Прилагођавањем температуре у зони додира (хлађењем уља и константним

циркулисањем уља преко и око зупчаника хладећи их) - Прилагођавањем брзине клизања и повећањем броја обртаја

Неочекивани скоринг може да изазове одређену контаминацију уља. На пример, растопљена превлака није пажљиво очишћена од песка са калупа, лак може да се одвоји из унутрашњости зида и затим песак може да оштети све покретне површине унутар механизма. Неочекивани скоринг може да настане кваром система за подмазивање: кваром пумпе за уље, запушавањем филтера или млазнице, разарањем уљних цеви, итд. Хабање зубаца се чашће јавља код зупчаника који су недовољно подмазани или нису заштићени од контанимације.Слика 13.е приказује јако хабање зуба. Тако прекомерно хабање се дешава код спороходних, слабо подмазиваних зупчаника направљених од меких челика. Ови зупчаници имају велики степен сигурности подножја зупца, па се обично дозвољава рад све док зупци не постану оштри као нож. Обично се велико хабање јавља код зупчаника који се користе у пољопривредној механизацији, код зупчаника који се налазе у машинама за изградњу путева и грађевинских машина. Интензитет хабања може да буде око 0.1mm за 1000 радних

16

сати. Зато што зупци ових зупчаника површински отврднути, њихов експлоатациони век зависи од дебљине отврднутог слоја и квалитета заптивања. Интензивно хабање може да се јави код контакта између каљених зупчаника, поготово код погонског зупчаника, ако каљење зубаца није завршено. Храпава и тврда површина отврднутог зубаца ради као турпија и одлама делиће другог зуба. Пластична деформација радних површина је неизбежна због веома великих контактних напона, али да би промене биле видљиве треба да прође одређено време. Типична врста пластичне деформације је померање површинских слојева са бочне линије зупца и изазване су силама трења. Правац ових сила је приказан на сликама15.в и 14.г. Када су радне површине зупца мало или средње отврднуте, може се приметити притисак дуж бочне линије зупца гоњеног зупчаника (слика 13ж) и оштећења у овој области код погонског зупчаника приказане су на слици13.з. Слика 14. Фазе у развоју питинга Оштећење радних површина зуба је обично мање опасно од запреминског лома зупца осим кад оштећења прекрива већи део површине. У осталим случајевима, ово оштећење је зависно од времена; раст оштећења може да буде очекиван и одређене величине тако да може да се заштити од скоријег оштећења зупчаника. У пракси, вемоа често, локални питинг или осредњи скоринг могу да буду изазвани неједнаком расподелом оптерећења у почетном стадијуму, а касније, током рада површине могу да се поравнају.На слици 14 приказане су фазе у развоју питинга. Ипак прогресиван питинг може да прекрије већину површине бока зупца што може да изазове велике промене у облику зупца. Бок ноге зупца може да постане конкаван (слика 13.и), и отпорност зуба на савијање може да се смањи.

време

коли

чина

пит

инга

I II III

17

Слика 15. Зуби у захвату Утицај кавитације Ако настану јамице на активним површинама бокова зубаца брзоходих зупчника, могу се ширити како под дејством периодично променљивог оптерећења тако и услед кавитације (сл. 16.г). Под кавитацијом се подразумева стварање мехурова - каверни у маси флуида који струји површином тела. Каверне се јављају на глатким површинама, али су израженије на храпавим површинама а нарочито на површинама са удубљењима. Кавитација је појава праћена шумом, вибрацијама, ерозијом материјала и губитком енергије. Јамице на боковима зубаца представљају право „легло" за формирање мехурова - каверни. У условима смањеног притиска у насталим јамицама могу се формирати мехурићи испуњени паром или мешавином паре и гаса, слика 16.г и 16.а. Ови мехурићи представљају језгро кавитације. Ако притисак одговара температури испаравања средства за подмазивање - уља, с површине формираног мехура течност испарава, те се мехур све више и више повећава, слика 16.6. У зони повећаног притиска, услед кондезације паре кавитациони мехур ишчезава, слика 19.в. У тренутку ишчезавања мехура јављају се енергетски импулси који разорно делују на површину тела изазивајући кавитациону ерозију. Ово разорно дејство последица је наглог пораста притиска. Импулси притиска делују на веома малу површину, услед чега настају веома велики притисци, које ниједан материјал дуже време не може да издржи. У почетку се јављају еластичне деформације у површинском слоју зида. Временом се мења структура а, потом се, због развијеног процеса ерозије, губи и маса материјала, слика 19.г. На процес ерозије утиче много фактора а нарочито: врста материјала, стање површине, тврдоћа бокова зубаца, врста средстава за подмазивање и примесе у њему.

18

Утицај кавитације на површинско разарање бокова зубаца је у почетној фази истраживања. Слика 16. Настајање парних мехурића и њихово ишчезавање а) б) в) г)

3. Општи алгоритам репаратуре

Да би се донела одлука, на основу техноекономске анализе, о репаратури машинског дела, неопходно је разрадити технолошки поступак репаратуре. Технолошки поступак репаратуре сваког машинског дела има одговарајуће специфичности. Међутим, општи – заједнички технолошки поступак репаратуре машинских делова састоји се од низа репарација. Редослед операција:

3.1 Демонтажа (расклапање) 3.2 Чишћење узорака 3.3 Анализа оштећења 3.4 Избор методе репаратуре 3.5 Техно-економска анализа 3.6 Техничка документација 3.7 Разрада технолошког поступка 3.8 Припрема узорка 3.9 Реализација изабраног поступка репаратуре

3.10 Контрола 3.11 Испитивање 3.12 Монтажа

3.13 Уходавање

19

3.1 Демонтажа (расклапање) Демонтажа није увек неопходна, на пример код вагонских точкова, вагонских шина, великих зупчаника... Приликом демонтаже потребно је водити рачуна: - да се не оштете делови склопа - да не дође до допунског оштећења већ оштећеног машинског дела - сачувати изворно настала оштећења -

Да не би дошло до ових појава мора да се препише технолошки постипак демонтаже: - врсте алата - стручни кадар - опрема - мере безбедности

Неопходна је и одговарајућа техничка документација.

3.2 Чишћење узорака Циљ чишћења узорака је сагледавање врсте и количине оштећења. Да би се сагледало стање оштећених површина у погледу врсте и количине оштећења, исте треба прво очистити. Чишћење машинских делова подразумева укљањање нечистоћа и наслага са оштећених површина, као и њихово прање и одмашћивање. Најчешће нечистоће и наслаге су:

остаци уља и масти; металне честице; корозија; боје; гареж; каменац; старе заштитне превлаке.

Квалитет технологије репаратуре значајно зависи од квалитета реализације операције чишћења. Зато се ова опреација мора доследно спровести и контролисати. За чишћење узорака може да се користе разна средства и то:

- Н2О (хладна, топла, врућа) - Хемијска (киселине, базе,...) - Ваздух - Суви лед

20

Прање и одмашћивање се најчешће обавља водом или различитим хемијским средствима (киселинама, бензином, трихлор етиленом ...) потапањем и/или премазивањем слика 17.

Слика 17. Прање и одмашћивање Поред овог стационарног поступка, постоји и вибрациони поступак, тзв. вибрационо прање и чишћење под притиском ваздуха, чистог или мешавина са честицама песка (пескарење) слика 18.

Слика 18. чишћење под притиском ваздуха (воде), чистог или мешавина са честицама песка (пескарење)

21

Слика 19. Чишћење пескарењем - припрема за репаратуру Веома често коришћена метода чишћења потапањем је метода ултразвучног прања (у води или неком хемијском средству за одмашћивање), где се цео део потапа у ултразвучну каду слика 20, где под дејством ултразвучних таласа средство за одмашћивање ударно делује на површину великом фреквенцијом слабе енергије. Слика 20. Методa ултразвучног чишћења

Слика 21. Ултразвучна када Слика 22. Машински делови: пре и после ултразвучног чишћења

22

Ако припремљени – очишћени део мора дуже да чека на следећу операцију, исти се мора заштитити (конзервирати), нпр. фосфатирањем. Данас се ковенционални начин чишћења машинских делова све више замењује савременим поступком чишћења сувим ледом. Овај поступак чишћења је једноставан, брз и доста ефикасан, јер истовремено уклања наскаге и нечистоће са оштећених површина и одмашћује их. Суви лед је угљен диоксид (CO2) у чврстом агрегатном стању на температури од – 79оС. Производи се од течног угљендиоксида при контролисаним условима. При процесу производње прво настаје суви снег, а потом компресијом добија се суви лед. Тако настају округле, чврсте пелете, ваљци пречника 3 mm за потребе чишћења, или пелете пречника 16 mm. Чишћењем са CO2 успешно отклања: боју наслаге ламинате лепак уље масноћу катран восак угљеник

површине које се могу третирати:

челик стакло алуминијум хром пластика електроормани

Принцип чишћења сувим ледом: Пелете у апарату за чишћење сувим ледом уз помоћ компримованог ваздуха при брзини од око 300 m/s, усмеравају се на површину коју треба чистити. При томе, долази до стварања ефекта термошока. Услед тренутног смрзавања површинског слоја, долази до укрућивања и скупљања слоја који треба одстранити и одвојити од основног материјала. Кинетичка енергија која при томе настаје скида нечистоће, а палете сувог леда прелазе у гасовито стање (особина CO2 у чврстом стању да директно прелази у гасовито стање без фазе течног – сублимација), остављајући иза себе чисту и суву површину). При овом поступку, не долази до абразије очишћеног материјала. Слика 23. Чишћење – третирање површине палетама сувог леда

23

Слика 24. Апаратура за чишћење Слика 25. Палете сувим ледом Главне предности чишћења сувим ледом

• Еколошки поступак, • кратко време чишћења, • неабразивна метода (темељно чишћење без оштећивања третиране површине), • Процес је сув, тако да није потребно накнадно сушење, • не постоји секундарни отпад. • Велики домен примене (аутомобилска и авио индустрија, пољопривредна

механизација, ливнице, електране,...) 3.3 Анализа оштећења

Ова анализа се спроводи у циљу утврђивања основног узрока лома или оштећења машинских делова. После чишћења оштећених површина следи анализа:

насталих оштећења у погледу врсте, количине оштећења и њиховог положаја (локације),

услова израде, услова монтаже, услова експлоатације, конструкционих услова (на основу техничке документације).

На основу ове анализе треба сагледати који услови су имали доминантни утицај на формирање насталих оштећења машинских делова. У циљу заштите машинских делова од наредних разарања исте врсте (истог механизма разарања), треба предложити одговарајућу конструкцију у погледу конструкционих услова, услова израде, монтаже и експлоатације.

24

Да би се ове анализе спровеле, неопходно је прикупити следеће податке:

степен похабаности, толеранције дужинских мера, толеранције облика и положаја, храпавост површина, прслине, видљиве и скривене, делимични или потпуни ломови, врста основног материјала.

Ови подаци се добијају испитивањем – мерењем коришћењем одговарајућих метода (визуелна контрола, магнетна, ултразвучна, пнеуматска, пенетрантска ...). Ако степен успешности репаратуре зависи од поузданости прикупљених података. Зато је важно, да се похабано подручје или лом детаљно анализирају ради доношења праве одлуке „како спровести репаратуру на најбољи начин”.

3.4 Метода репаратуре На основу спроведене анализе насталих оштећења у квалитативном и квантитативном погледу, врсте основног материјала, функције и домена примене машинског дела, врши се избор методе репаратуре. Генерално, репаратура зависно од начина извођења може бити механичка (хладна) и топлотна. Механичка репаратура се изводи без уноса топлоте. Топлотну репаратуру прати унос велике количине топлоте, што се рефлектује на појаву деформација и заосталих анапона, па су неопходне додатне термохемијске обраде. И поред ових проблема топлотна репаратура је доминантна у репаратури машинских делова. Најновија истраживања усмерена су на разради технолошког поступка за примену додатних материјала који не захтевају велики унос топлоте.

25

3.5 Техно-економска анализа Избором методе репаратуре, стекли су се услови за спровођење техноекономске анализе о оправданости примене прописане технологије репаратуре. Следеће фазе технологије репаратуре се спроводе само ако су техноекономски критеријуми показали оправданпст примене усвојене технологије. У супротном набаља се нови део.

Слика 26. Рапаратура да или не На основу економских показатеља:

- цене новог дела Cn, - цене репарираног дела Cr,

и техничких показатеља:

- број циклуса рада новог дела Nn, - броја циклуса рада репарираног дела Nr,

може се доћи до квалитативног одговора на питање: Репаратура – да или не? - (ДТЕА – детаљна техно-економска анализа) - ? – ДА/НЕ 3.6 Техничка документација Ако оштећени машински део нема пратећу техничку документацију, иста се мора израдити на основи снимања – мерења потребних геометријских, кинематских и механичких карактеристика.

26

3.7Разрада технолошког поступка У разраду технолошког поступка спада: - избор алата и прибора - избор додатног материјала - избор температуре предгервања - заштита површина које се не третирају

3.8 Припрема узорка 3.9 Реализација изабраног поступка репаратуре

3.10 Контрола зупчаника Да би се код зупчастоих парова обезбедили правилно спрезање, заменљивост зупчаника, миран рад велика поузданост у раду и велика носивост, тачност облика и димензија карактеристичбих величина зубаца мора се налазити унутар прописаних граница- толеранција. Величине зупчаника и зупчастог пара које се контролишу и чија су одступања стандардизована приказане су на слици 27.

Слика 27. Величине зупчаника и зупчастог пара које се контролишу За прописивање толеранција облика и димензија зубаца и тела зупчаника предвиђени су квалитети од 0 до 12. Смернице за избор квалитета толеранција приказане су у таблици 1, у зависности од области примене, тангенцијалне брзине на кинематском кругу, поступка израде зубаца и завршне обраде.

27

Табела 1. Смернице за избор квалитета толеранције за зупчанике, JUS M.C1.031 3.10.1 Толеранције тела зупчаника При формирању полуфабриката- тела будућег зупчаника, толеранције облика, положаја и мере темене површине, чеоне површине и отвора за главчину (слика 28) морају бити у границама прописаних дозвољених толеранција (табела 2). За зупчанике израђене изједна с вратилом стандардом су прописане толеранције облика и мера рукаваца вратила. Зависност између квалитета толеранције зупчаника и најгрубљих класа површинске храпавости приказана је у табели 3.

28

Слика 28. Контрола тела зупчаника

Табела 2. Толеранције дужинских мера, облика и положеја тела зупчаника

29

Табела 3. Зависност између квалитета толеранција зупчаника и најгрубљих класа површинске храпавости 3.10.2 Толеранције зубаца зупчаника Толеранција корака Одступање корака зубаца зупчаника представља разлику између стварне и номинално- називне мере. Мерењем се утврђују одступања корака на подеоном ( pf ) или основном кругу ( pbf ):

p s

pb bs b

f p pf p p

Стандардом су прописана дозвољена одступања корака на подеоном кругу у чеоној равни ( pf ), у зависности од квалитета-тачности израде, модула и пречника подеоног круга. Дозвољена одступања корака на основном кругу одеђују се на основу познате зависности корака на основном и подеоном кругу:

cospb pf f Поступак мерења корака на подеоном кругу приказан је на слици 29, а на слици 30 приказан је поступак мерења корака на основном кругу.

30

Слика 29. Мрење корака на Слика 30. Мерење корака на подеоном кругу основном кругу Мрење одступања корака зупчаника спроводи се у равни нормалној на правац бочне линије зупца ( pbf ) слика 31.а. Код цилиндричних зупчаника за правим зупцима је:

p pnf f , а код цилиндричних зупчаника с косим зупцима неопходно је извршити следећу корекцију :

cospn

p

ff

Слика 31.Одступање корака зупчсника у нормалној равни и укупно одступање подеоних корака Ради добијања што пузданије информације о тачности израде корака зубаца зупчаника стандардом је прописано и дозвољено укупно-кумулативно одступање подеоних корака свих зубаца зупчаника ( pf ) (слика 31.б)

31

3.10.3 Толеранција профила зубаца Одступање профила зубаца ( )f представља нормално растојање између два замишљена теоријска профила који обухватају стварни профил (слика 32). Ово одступање састоји се од:

- одступања облика стварног профила од теоријског облика профила - одступања положаја стварног профила од теоријског услед одступања угла

профила алата ( )f и одступања пречника основног круга ( )bf (слика 33).

Слика 32. Одступање профила зубаца Слика 33. Одступање угла профила алата и основног круга При мерењу одступања профила зубаца, мерни пипак уређаја клизи дуж активног дела профила у чеоној равни (слика 34).Стандардом ISO 1328-1 прописана су дозвољеа одступања профила зубаца у зависности од тачности израде, пречника подеоног круга и модула.

Слика 34. Мрење одступања профила зубаца

32

3.10.4 Толеранција бочне линије зупца Одступање бочне линије зупца представља растојање између две идеално тачне бочне линије које обухватају стварну бочну линију зупца ( f ) (слика 35). При мерењу одступања бочне линије зупца мерни пипак уређаја клизи дуж бока зупца у правцу бочне линије(слика 36). Стандардом ISO 1238-1 прописана су дозвољена одступања бочне линије зупца у зависнсти од тачности израде, дужине зупца и пречника подеоног круга.

Слика 35. Одступање бочне линије Слика 36. Мерење одступања бочне зупца линије зупца 3.10.5 Толеранције радијалног бацања-центричности Одступање ценричности представља одступање геометријске осе зупчаника дефинисане боковима зубаца у односу на кинематску осу-осу обртања зупчаника. Ово одступање акумулира одступање облика боково, дебљине и корака зубаца. Мери се постављањем ваљака или лоптица у међузубље зубаца (слика 37). Одступање центричности се квантификује разликом између највеће и најмање удаљености лопте или ваљака од осе обртања зупчаника, мерено у радијалном правцу-радиално бацање. Стандардом су прописане граничне-дозвољене вредности ових пдступања, у зависности од тачности израде (квалитета), модула и пречника подеоног круга.

Слика 37. Мерење радијалног бацања

33

3.10.6 Толеранција мере преко зубаца Због немогућности тачног мерења лучне дебљине зупца (слика 38) примењује се мерење мере преко зубаца. Утврђивање стварне вредности мере преко зубаца остварује се применом специјалног микрометра с мерним пипцима у облику тањира (слика 39). Контрола се врши граничним мерилом у облику рачве. Одступање мере преко зубаца представља разлику између називне и стварне мере, мерене дуж заједничке нормале преко више зубаца (слика 40).

Слика 38. Одступање лучне дебљине Слика 39. Мерење и контрола мере преко зупца зубаца

Слика 40. Толеранција и одступање мере преко зубаца Мерни број зубаца може се одредити на основу аналитичких израза или очитати с дијаграма у зависности од коефициента померања и броја зубаца зупчаника. Толеранцијска поља мере мере преко зубаца дефинисана су словном и бројном ознаком. Словна ознака одеђује положај толеранцијског поља у односу на нулту линију: t, g, f, e, d, c, b, a, z’, y’, x’, w’ , ’, u’, t’, s’ и r’ (слика 41). Бројним ознакама од 1 до 12 одеђује се висина поља-квалитет тачности израде. Ознака положаја толеранцијског поља састоји се од два слова (на пример, ,,да``, за један зупчаник и ,,еа`` за други зупчаник, што је показано на слици 41).

34

Избор бројних ознака квалитета тачности израде и словних ознака, положаја толеранцијских поља за меру преко зубаца, зависи од величине потребног бочног зазора, односно од радних услова и домена примене зупчастог пара. Стандардом су прописана дозвољена-гранична одступања мере преко зубаца, зависности од изабраног квалитета и положаја толеранцијског поља, модула и пречника подеоног круга.

Слика 41. Толеранцијска поља мере преко зубаца Мерење мере преко зубаца код цилиндичних зупчаника с косим зупцима могуће је уколико је задовољен следећи услов:

sinb W Када овај услов није задовољен, код зупчаника са спољашњим озубљењем и скоро редовно код зупчаника са унутрашњим озубљењем (правим и косим зупцима) мерење дебљине зупца остварује се мером преко ваљчића или куглица (слика 42).

35

Слика 42. Мерење мере преко ваљчића или куглица У односу на меру преко зубаца, мерење преко ваљчића је технички веома тешко реализовати. При мерењу треба онемогућити испадање ваљчића или куглица из међузубља. Овај проблем постаје још већи приликом контроле у току израде озубљења. Називне вредности мере преко ваљчића код зупчаника са спољашњим озубљењем и парним бројем зубаца, сагласно ознакама на слици 43 могу се одредити на основу израза:

1cos2

cos M

M O O d d d

,

а у случају непарног броја зубаца (слика 44):

cos 90coscos M

M d dz

.

Слика 43. Одређивање мере преко ваљчића Слика 44. Мера преко ваљчића за непаран број зубаца Мера преко ваљчића код зупчаника са унутршњим озубљењем и парним бројем зубаца:

cos ,cos M

M d d

и за непарни број зубаца cos 90coscos M

M d dz

.

36

3.10.7 Толеранције зупчастог пара Толеранције осног растојања Одступање осног растојања представља разлику између стварне-имерене вредности (слика 45.а) и називне-номиналне вредности. Номинална-рачунска вредност а добија се из услова спрезања зупчастог пара без бочног зазора (слика 45.б). Толеранцијско поље осног растојања постављено је симетрично у односу на нулту линију (слика 41).

Слика 45. Номинално и стварно осно растојање Стандардом JUS M.C1.034 прописана су дозвољена одступања осног растојања у зависности од квалитета толеранција зупчаника и осног растојања и називне вредности осног растојања (табела 4).

Табела 4. Дозвољено одступање осног растојања

37

3.10.8 Избор бочног зазора Да би зупчасти пар постављен на одређеном осном растојању радио без заглављивања-истовременог додиривања оба бога зупца, потребно је обезбедити одговарајући простор између бокова зубаца-бочни зазор. Овај зазор треба да апсорбује одступања настала при изради зубаца зупчаника, монтажи зупчастог пара и одступања проузрокована радним условима у поглед еластичних деформација зубаца и вратила и топлотних дилатација. Бочни зазор у чеоној равни мерен по обиму кинематских кругова назива се кружни бочни зазор ,,ј``. У равни нормалној на бочну линију зупца, бочни зазор представља најкраће растојање између бокова зубаца-нормални бочни зазор nj . Из кинематских односа зупчастог пара следи веза између ова два бочна зазора (слика 46): cos cosnj j Одговарајући бочни зазор обезбеђује се погодним избором одступања осног растојања и мере преко зубаца.

Слика 46. Кружни и нормални бочни зазор Бочни зазори ће бити највећи када одступање мере преко зубаца имају минималну-доњу вредност а одступања осног растојања максималну-горњу вредност:

1 2max cos cos

W d W da

b

A Aj A tg

.

Горњим граничним вредностима мере преко зубаца и доњим граничним вредностима осног растојања одговара минимални бочни зазор:

1 2min cos cos

W d W da

b

A Aj A tg

.

Добијене граничне вредности бочног зазора требају упоредити с препорученим вредностима које респектују: радне услове, домен примене и модула зупчастог пара. У погледу избора величине бочног зазора треба имати у виду следеће:

38

- мали бочни зазор доводи ди појаве шума, загревања и преоптерећења зубаца зупчаника и преоптерећења зубаца зупчаника и ослонаца вратила;

- велики бочни зазор прописује се зупчастим паровима који раде на повишеним температурама и у условима великих еластичних деформација зубаца. Код изразито променљивог радног оптерећења и променљивог смера обртања зупчаника, велики бочни зазор генерише ударна оптерећења;

- бочни зазор треба свести на најмању меру код зупчастих парова мерних апарата, у циљу поништавања празног-мртвог хода при промени смера обртања.

3.10.9 Толеранције паралелности оса обртања зупчаника зупчастог пара За одређивање одступања међусобног положаја-степена паралелности оса обртања зупчаника, неопходно је дефинисати осну раван. Она је одређена осом једног вратила,

1 1A B , и једном крајњом тачком другог вратила, тачка 2B на слици 47. Укупно одступање паралелности оса обртања ( pT ), састоји се две компоненте:

- одступање паралелности оса у осној равни, инклинација pT ` и - одступање паралелности осе у односу на раван управну на осну раван девијација

pT ``.

Одступања девијације оса обртања зупчаника имају знатно већи утицај на правилно спрезање зубаца од одступања инклинације. Зато су прописана-дозвољена одступања девијације затно мања (приближно око 50%) од дозвољених одступања инклинације.

Слика 47. Одступања међусобног положаја (паралелности) оса обртања

Стандардом су прописана дозвољена одступања инклинације и дозвољена одступања девијације (табела 5) у зависности од ширине зупчаника и квалитета толеранције.

39

Табела 5. Дозвољена одступања паралелности: Инклинација pT ` и девијација pT `` према JUS M.C1.036.

3.10.10 Контрола зупчастих парова при спрезању Ова контрола се спроводи у циљу одређивања показатеља квалитета спрезања-одступања насталих суперпозицијом истовременог одступања: облика, положаја и мера окова зубаца. Обавља се спрезањем сваког зупчаника зупчастог пара са еталон-зупчаником или директним спрезањем самих зупчастих парова. Контрола може бити тангенцијална и радијална. Код тангенцијалне контроле зупчасти пар се налази на номинлном-називном осном растојању. При контроли се региструје промена угла обртања гоњеног зупчаника, у правоугаоном или поларном координатном систему ( слика 48). Распон-разлика екстремних вредности у току једног обртаја зупчаника представља укупно тангенцијално одступање (F’i) (дијаграм на слици 48). Највећи распон-разлика екстремних вредности у току обртања за један корак представља појединачно тангенцијално одступање (f’’i) (слика 48).

Слика 48. Укупно и појединачно тангенцијално одступање

40

Код радијалне контроле зупчасти пар се спреже без бочног зазора, односно на минималном осном растојању. Ово се постиже сталним еластичним потискивањем једног зупчаника у односу на други (слика 49). При контроли се региструје промена осног растојања зупчастог пара у правоугаоном или поларном координатном систему. Укупно радијално одступање (Fi’’) предеставља разлику између екстремних вредности осног растојања за један обртај зупчаника.

Слика 49. Радијална контрола спрезања зупчастих парова Појединачно радијално одступање (f’’’i) представља разлику екстремних вредности осног растојања у току обртаја за један корак. Према стандарду ISO 1328-2 прописана су дозвољена укупна радијална одступања и дозвољена појединачна радијална одступања.

3.11 Испитивање зупчастих парова За оцену радне способности-квалитета зупчастих парова меродавне су следеће карактеристике: динамичка чврстоћа подножја зупца, површинска чврстоћа бокова зубаца, шумност и степен искоришћења. До ових карактеристика долази се испитивањем. Зупчасти парови могу се испитивати у радним (експлоатационим) или лабораторијским условима. При испитивању зупчасти парова у радним условима веома је тешко раздвојити утицај низа фактора који потичу од дригих елемената машинског система. Поред тога, таква испитивања трају релативно дуго, па изискују велике трошкове. При испитивању зупчастих парова у лабораторијским условима могуће је издвојити само један зупчасти пар и њега излагати различитим условима рада. Ова испитивања изводе се на посебно конструисаним уређајима са затвореним колом снаге, у којима се могу, више или мање, опонашати радни услови. Шема уређаја са затвореним колом снаге приказана је на слици 50. Основни делови овог уређаја су: погонски електромотор и два једностепена зупчаста преносника који су

41

међусобно спојени са једним континуалним вратиломи једним вратилом састављеним из два дела на чијим крајевима се налазе прирубнице.

Слика 50. Шема уређаја са затореним колом снаге Код ових уређаја оптерећење потребно за испитивање зупчастих парова остварује се заокретањем једне прирубнице у односу на другу за неки угао. Међусобним спајањем прирубница цео систем (вратила и зупчасти парови) доводи се у напрегнуто стање. Обртни момент потребан за заокретање прирубница остварује се помоћу полуге и тегова. На овај начин снага електромотора троши се само на савладавање отпора трења у систему. Код ових уређаја оптерећење током рада (испитивања) не може се мењати-регулисати, што представља основни конструкциони недостатак ових уређаја.

Слика 51. Уређај са затвореним колом снаге са променљивим оптерећењем током рада Шема једног уређаја са затвореним колом снаге са променом оптерећења током рада приказана је на слици 51. Основни делови овог уређаја су:Погонски електромотор и два

42

једностепена зупчаста преносника који су међусобно спојени једним континуалним вратилом и једним карданским вратилом. Једна од кућица једностепеног преносника је слободно обртна око осе континуалног вратила. Оптерећење потребно за испитивање зупчастих парова остварује се заокретањем слободно обртне кућице за одговарају угао. Обртни момент потребан за заокретање кућице остварује се помоћу полуге и тегова. При томе количина тегова на тасу, а самим тим и величина обртног момента могу се мењати током рада-испитивања. Површинска чврстоћа бокова зубаца може се испитивати при сперзању два зупчаника, значи исто као и при раду у експлоатационим условима, а може се вршити и на моделима у облику диск плоча. За утврђивање одређених услова и зависности испитивања на диск плочама су врло погодна и данас се увелико примењују. Сем тога, на основу односа чврстоћа добијених испитивањем при спрезању и на диск плочама, могу се и ови други резултати квантитативно врло успешно користити. Услед наизменичног оптерећења и растерећења бокова зубаца долази до разарања (замарања) површинских слојева бокова зубаца. Формирају се продукти разарања (ситне љуспице метеријала), а на боковима зубаца појављују се јамице неправилног облика, питинг. Да би се спречио овај вид разарања, бокови зубаца морају имати одговарајућу површинску динамичку чврстоћу ( DH ) која се добија испитивањем зупчастих парова на уређају са затвореним колом снаге. Током испитивања (на уређају са затвореним колом снаге) региструју се величина оптерећења (напона) и број промена оптерећења (циклуса) при којем долази до разарања боква зубаца, затим се смањује величина оптерећења и поново региструје број циклуса при којем долази до разарања. Поступак се наставља све док се не дође до вредности шповршинске динамичке чврстоће ( DH ) и граничне промене броја циклуса ( 650 10DN ). Подаци добијени испитивањем приказују се у виду Велерове криве. Код пужних парова, услед присуства великог клизања (током спрезања зубаца), процес резарања површинских слојева бокова зубаца стално напредује, тако да не постоји напон (динамичка чврстоћа) који зупци пужног точка могу издржати бесконачно дуго. Велерова крива асимптотски тежи броју циклуса.

Слика 52. Велерова крива

43

Запреминско разарање зупца (заморни лом зупца) услед периодично променљивог оптерећења представља најопаснији вид разараља, који доводи до тренутног прекида рада зупчастог пара и може проузроковати штећења других делова, као што су вратила и лежајеви. Да би си спречио овај вид разарања, зупци зупчаника морају имати одговарајућу динамичку чврстоћу ( DF ). Испитивања ради одређивања динамичке чврстоће зупца обављају се на уређају са затвореним колом снаге или на пулзатору. Испитивања на уређају са затвореним колом снаге реалнија су (ближа стварности), али су истовремено и мање економски оправдана јер дуже трају, изискују уље за подмазивање и већи број зупчастих парова. Испитивања су показала да су настале разлке у резултатима добијеним на уређају са затвореним колом снаге и на пулзатору у границама технички прихватљиве грешке. При испитивању зупчаника на пулзатору зупчаник је слободно ослоњен на два ослонца, који се налазе на истом висинском нивоу (слика 53). Преко паралелних страна ослонаца оптерећење се саопштава испитиваним зупцима. Ослонац везан за клип хидроцилиндра делује прописаном силом на додирни зубац. Ова сила се даље посредством тела зупчаника и належућег зупца преноси на други ослонац. Да би се обезбедило налегање ослонца по целој ширини зупца, један ослонац је подесив.

Слика 53. Испитивање зупчаника на пулзатору За сваки ниво напона одређује се број циклуса до лома зупца. Поступак испитивања се наставља за друге мање нивое напона све док не дође до напона (динамичке чврстоће) који зупци могу да издрже неограничено много (преко 63 10 ). Резултати испитивања се представљају у виду Велерове криве (слика 54). Квалитет зупчастог пара може се анализирати посредство интензитета шума. Интензитет и фреквентни састав шума зупчастих парова одређује се на основу звучног притиска и нивоа шума.

44

Слика 54. Велерова крива Мерни уређаји су мерачи интензитета шума, спектрометри звучних фреквенција и анализатори.

Слика 55. Шема уређаја за испитивање шумности зупчастих парова У једном кућишту једностепеног преносника код уређаја са затвореним колом снаге налази се испитивани зупчасти пар (1). Овај преносник налази се у специјалној

45

просторији-главној комори (2). Удаљен је од пода и ослоњен на еластичну подлогу. Да би се елиминисали шумови од лежаја, обично се користе клизни лежаји. Друго кућиште уређаја са азтвореним колом снаге са погонским електромотором налази се изван глуве коморе. Формирани шум услед рада испитиваних зупчаника региструје се помоћу микрофона (3). Утицај степена спрезења профила ( ), бочних линија ( ) зупва и броја обртаја на ниво шума код зупчастог пара (а=125mm ; 1 2 25z z ; 5nm mm ), приказан је на слици 59.

Слика 56. Утицај , и броја броја обртаја на ниво шума код зупчастог пара ( +цилиндрични зупчаници са правим зупцима) Цилиндрични зупчаници са косим зупцима због постепеног уласка у спрегу (захват) имају нижи ниво шума од вилиндричних зупчаника са правим зупцима. Утицај величине оптерећења (обртног момента) и броја обртаја на ниво шума зупчастог пара (са истим карактеристикама као у претходном примеру) приказани су на слици 57. Са порастом оптерећења услед повећаних еластичних деформација ниво шума се увећава.

Слика 57. Утицај , и броја броја обртаја на ниво шума код зупчастог пара (цилиндрични зупчаници са косим зупцима)

46

Преношење снаге са једног зупчаника на друг прећено је појавом трења. Поред отпора у спрези зубаца, током рада зупчастог пара јављају се и следећи отпори: отпор ваздуха, отпор уља, отпор у ослонцима вратила и отпор код заптивача. Снага која се користи са савлађивање ових отпора назива се снага губитака. Снагу губитака није могуће у потпуности одредити аналитичким путем, а при експерименталном одређивању тешко је раздвојити поједине отпоре. Имајући ово у виду, као и чињеницу да су ови отпори релативно мали у односу на снагу која се преноси, настали губици, односно одговарајући степен искоришћења зупчастог пара, пдређују са на основу резултата испитивања-мерења губитака на једностепеним преносницима снаге на уређају са затвореним колом снаге (слика 58). Снага губитака у једностепеним преносницима (снаге 1GP и 2GP ) савлађује се снагом погонског електромотора ( MOTP ), која се одређује на основу измерених еластичних увојних деформација вратила електромотора.

Слика 58. Мерење губитака на једностепеним преносницима снаге на уређају са затвореним колом снаге

3.12 Монтажа 3.13 Уходавање

4. Технологија репаратуре зупчаника механичким поступком

4.1 Метода ангажовања неактивних бокова зубаца заокретањем зупчаника зупчастог пара за 180о Зупчасти парови најчешће раде само са једним смером обртања. Код ових зупчастих парова оптерећење се преноси преко активних бокова зубаца, док други неактивни бокови не учествују у преношењу оптерећења. Када разарања и оштећења активних бокова зубаца достигну критичну вредност, што се рефлектује појавом загревања, вибрације и буке, тада се зупчасти пар или само зупчаник са оштећеним боковима зубаца замењује другим зупчастим паром или зупчаником. Ова замена се обавља

47

упркос томе што су неактивни бокови зубаца неоштећени (нови). Ако су тела спрегнутих зупчаника симетрична, тада се њиховим заокретањем за 180о могу активирати, ангажовати у преношењу оптерећења, неоштећени бокови зубаца. Заокретањем спрегнутих зупчаника за 180о смањена је новивост (чврстоћа) подножја зупца. Подножје зубаца је из једносмерно променљивог напонског стања доведено у наизменично променљиво стање. Овим новим напонским стањем, чврстоћа (носивост) подножја зупца смањена је (према препорукама) за 30%. Радни век зупчастог пара одређен је радним веком подножја зубаца. Зато, пре усвајања ове методе репаратуре бокова зубаца треба проверити радни век подножја зубаца. Прво треба проверити да ли су зубци зупчаника димензионисани да раде у области трајне или временски ограничене динамичке чврстоће подножја зупца. Ако су испуњени следећи услови

min1

11 F

F

MDFF SS

min

2

22 F

F

MDFF SS

Где су: Smin = 1,25 DFM = DF Yi. DF – Трајна динамичка чврстоћа подножја зупца еталон зупчастог пара Yi – фактори корекције Зупчасти пар је радио у области трајне динамичке чврстоће подножја зубаца (неограничени радни век). Сада треба проверити да ли репарирани зупчасти пар (заокренут за 180о) може да ради бесконачно дуго са аспектас подножја зупца. Ако су испуњени следећи услови:

min1

11 7,0 F

F

DFF SS

min

2

22 7,0 F

F

DFF SS

где је Smin = 1,25. репарирани зупчасти пар радиће бесконачно дуго са аспекта чбрстоће подножја зупца. У супротном ако овај услов није испуњен, репарирани зупчасти пар има ограничени радни век. Одређивање радног века репарираног зупчастог пара

NN mpD

mdF )1(

m

F

mDF

D

m

F

mDF

D NNN

)0()1( 76,0

, 25,1Nn

48

Изворни (почетни) профил

Похабани профил

Новоформирани профил

4.2 Метода корекције профила спрегнутих зубаца Ако спрегнути зупчаници раде са променљивим смером обртања или тела зупчаника нису симетрична, тада се метода заокретања спрегнутих зипчаника за 180о не може применити. Такође, ова метода се не може применити ако се прорачуном покаже да ће радни век репарираног зупчастог пара бити веома кратак. У том случају треба испитати могућност примене методе корекције профила зубаца. Ова метода се заснива на скидању оштећеног површинског слоја са бокова зубаца поступком скидања струготине. Потребно померање алата (основне зупчасте летве) одређује се на основу измерене дубине површинског оштећења:

tgxmxm k

где су: m – модул зупчаника x – коефицијент померања изворног профила xk - коефицијент померања новоформираног профила – угао нагиба профила алата – дубина површинског оштећења бокова зубаца Слика 59.Профил зупца Да би се са новоформираним профилима зубаца задржала првобитна (изворна) вредност бочног зазора, неопходно је кориговати првобнитно (изворно) осно растојање.

wk

waa

coscos

1

где су:

inv tg2inv21

21wk

zzxx kk

к

49

4.3 Нумерички пример хладне репаратуре: На зупцима малог зупчаника зупчастог пара за погон кугличног млина појавила су се површинска оштећења =1 mm. Тело зупчаника је симетрично и зупчаник ради у једном смеру обртања.

b=250 mm , 1

2

50250

zz

, m=10 mm , 1 2 0x x

фактор меродавног оптерећења износи К=2, материјал Č 0460, 63 10DFN , 6,25Fm , номинално оптерећење 410, 2 10Ft N

а) Испитати могућност репаратуре зупчаника поступком заокретања зупчаника за 180 . б)Испитати могућност репаратуре зупчаника поступком корекције профила зубаца када се појаве површинска оштећења и на другом боку зупца. а) Степен сигурности подножја зупца

1, 25DFF

F

S

DF DFe K S XY Y Y 1,012

K

X

S

YYY

Динамичка чврстоћа еталон зупчастог пара

2( 0460) 150DFeNČ

mm

2

1

1

150 1 2 1 300

2,351,71

DF

F Fa Sa

Fa

Sa

Nmm

FtY Y Y Y Kb m

YY

Фактор крака силе

0,750, 25Y

Преносни однос

2

1

250 550

zuz

Пречник подеоне кружнице 1 1 10 50 500nd m z mm

2 2 10 250 2500nd m z mm Пречник основне кружнице

1 1 cos 500 cos 20 469,8b nd d mm

2 2 cos 2500 cos 20 2349, 2b nd d mm

50

20W

Осно растојање

1 2 cos 50 25010 1 15002 cos 2n

W

z za m

mm

Пречник кинематске кружнице

12 2 1500 500

1 5 1Wad

u

mm

2 1 5 500 2500W Wd u d mm Пречник подножне кружнице

1 1 12 (1 0) 500 2 10(1 0 0, 25) 475f nd d m X Ca mm

2 2 22 (1 0) 2500 2 10(1 0 0,25) 2475f nd d m X Ca mm Пречник темене кружнице

1 22 2 2 1500 2475 2 0,2 10 521a f nd a d cm mm

2 12 2 2 1500 475 2 0,2 10 2521a f nd a d cm mm Активна дужина додирнице

2 2 2 2 2 2 2 21 1 2 20,5 sin 0,5 521 469,8 2521 2349, 2 1500sin 20 56,97a b a b Wl d d d d a mm

Степен спрезања профила

56,97 1,93cos 10 cos 20n

l lpb m

Фактор крака силе

0,75 0,750, 25 0, 25 0,631,93

Y

Радни напон на подножју зупца мањег зупчаника

4

1 1 1 2

10, 2 102,35 1,71 0,63 2 206,58250 10F Fa Sa

Ft NY Y Y Kb m mm

Степен сигурности подножја зупца мањег зупчаника

11

1

300 1, 45206,58

DFF

F

S

Коментар:

- зупчаник ради у области трајне динамичке чврстоће

51

11

1

0,7 0,7 300 1,02206,58

DFF r

F

S

Коментар: - радни век износи 63 10DFN N циклуса, зато што је 1 1, 25S

б) rm x mxtg

1 0, 2710 20r

tgxm mtg tg

1 2r rx x - зато што је оштећење већег зупчаника незнатно у односу на оштећење мањег

зупчаника.

1 1 500rd d mm

2 2 2500rd d mm

1 1 469,98rdb db mm

2 2 2349, 2rdb db mm Корекција осног растојања

1 2

1 2

cos1cos

0, 27 0, 272 0,015 2 20 0,013650 250

W

Wr

r rWr

a a

x xinv inv tg tgz z

19,4Wr

cos cos 201 1500 1 6cos cos19, 4

W

Wr

a a

mm

1500 6 1494ra a a mm

12 2 1494 498

1 5 1r

W rad

u

mm

2 1 5 498 2490W r W rd u d mm

1 1 12 (1 0) 500 2 10(1 ( 0, 27) 0, 25) 469,6f r r n rd d m X Ca mm Усвајам 1 470rdf mm

2 2 22 (1 0) 2500 2 10(1 ( 0, 27) 0, 25) 2469,6f r r n rd d m X Ca mm Усвајам 1 2470rdf mm

1 22 2 2 1494 2470 2 0, 2 10 514a r r f r nd a d cm mm

2 12 2 2 1494 470 2 0, 2 10 2514a r r f r nd a d cm m

52

2 2 2 21 1 2 2

2 2 2 2

0,5 sin

0,5 514 469,8 2514 2349, 2 1494sin19, 4 55,11

r a r b r a r b r Wrl d d d d a

mm

55,11 1,86

10 cos 20r

rlpb

2300DFN

mm

1

1

2,561,6

0,75 0,750, 25 0, 25 0,651,86

1

Fa r

Sa r

rr

YY

Y

Y

4

1 1 110, 2 102,56 1,6 0,65 2 217, 25250 10F r Fa r Sa r r

FtY Y Y Y Kb m

2N

mm

11

0,7 0,7 300 0,97217, 25

DFF r

F r

S

Коментар: - Степен сигурности је мањи од минималног па из тих разлога следи израчунавање броја циклуса.

6,256 6

1

6

0,7 3003 10 2,42 10217,25

2, 42 101,25 1,25

Fm

DFrr DF

F r

r

N N

Nn

61,94 10n - број циклуса

Коментар:

- зупчаник се може репарирати и поступком корекције профила зубаца. Зупчаник ће радити у домену ограничене динамичке чврстоће. Број циклуса који може да одради зупчаник је 61,94 10n .

5. Технологија репаратуре зупчаника топлим поступцима

5.1 Конкретни проблеми у пракси и конкретна решења У наставку рада биће приказани конкретни проблеми у пракси и конкретна решења једне од водећих светских фирми које се баве репаратуром.

53

54

55

Слика 4 Репаратура између диска и зупчаника

Слика 5 Репаратура друге прслине

56

Предмет: Санација оштећеног зубног венца Поштовани гос. на основу увида у стање оштећеног зубног венца (прслине на 13 зуба) и добијених података о оштећењима зуба и корена, достављам Вам преглед неопходних радова, потребног времена, средстава, а у прилогу и конкретну понуду. Поступак санације би се кретао овим редом: 1. Припремни радови 2. Контрола тренутног стања применом пенетраната/магнета/ултразвука 3. Жљебљење тј. одстрањивање прслина 4. Поновно испитивање пенетрантима од одстрањивања свих прслина 5. Предгревање 6. Заваривање / Репаратура 7. Контрола визуелна и пенетрантима/магнетима/ултразвуком 8. Груба и фина обрада – ручна брусилица, по договору 9. Завршна контрола и примопредаја Комплетан поступак санације са жљебљењем, предгревањем и заваривањем је наша обавеза, по сертификованој Castolin процедури за овакве послове. Потребно време: - За припрему- 1 дан, 2 радника

- За заваривање са предгревањем 10-12 дана, 4-6 радника (Рад у две или три смене)

- Контрола и обрада-2 дана, 2 радника Укупно дана: 1 за припрему и 10-14 за заваривање, контролу и обраду у зависности од стања и величине сваке појединачне прслине/пуко- тине. Тачно време је немогуће сада предвидети, без детаљног увида у стање пукотине, које ће заједнички утврђивати надзорни орган засваки појединачни зуб. Број радника: 4 заваривача, 2 бравара, један технолог и један контролор. Заварива- чи су атестирани, технолог заваривања је интернационални инже- њер са IWE дипломом и Castolin сертификатом за обављање репара- турног заваривања. Количина додатног материјала: Искључиво Castolin 2222 Xuper NucleoTec, ø3.2mm, ø4mm i ø5mm.

57

5.2 Додатни материјал

Castolin 2222 Ручно електролучно репаратурно заваривање обложеним електродама Проблеми приликом повезивања репаратурним заваривањем

- ограничено време за репаратуру – време застоја - репаратура мора да буде добро одрађена ,, из првог покушаја`` - тешкоћа приликом започињања - непознати основни материјал - високи напони приликом одржавања репарираног дела

5.2.1 Заостали напони

58

Различити коефициенти ширења ОМ и метала шава

59

5.2.2 Ефекат зареза

60

5.2.3 Дифузија водоника Дифузија водоника у челику 100g челика = 100 [g] / 7,8[g/ 3cm ] = 12,82 3cm Садржај водоника при основним поступцима заваривања: 20ml / 100g челика Садржај водоника при специјалним (нисководоничним) поступцима заваривања: 10ml / 100g челика

100 g челика нисководонични Основни поступци поступци заваривања заваривања

61

Дифузја водоника у железу

На слици је приказан садржај угљеника за метал шава и за основни метал, као и њихов фазни састав.

62

Приказ дифузије водоника у металу шава и појава хладних прслиа у ЗУТ-у

5.2.4 Отпорност на прслине Коефициент линеарног термичког ширења [10-6 1/K]

02468

101214161820

2222 X Меки челици Нерђејући 18-8

63

Приказ дифузије водоника у металу шава прилоком заваривања Castolin 2222 Xuper Nucleotec електродама.

Очигледно је да се сав водоник задржава у металу шава након хлађења, тако да не долази до појаве хладних прслина.

2222 Xuper Nucleotec - низак коефициент линеарног, термичког ширења- нижи иницијални, заостали напони - висока дуктилност - 45 % - ниска граница течења, велика затезна чврстоћа - нема склоности водоничним (хладним) прслинама - велика отпорност на прслине – нема прелазне температуре - језгро електроде је легирано

64

5.3 Слике оштећених и репарираних зупчаника 5.3.1 Враћање целог зуба

65

5.3.2 Зубни венац пречника 6m Оштећења зубаца и зубног венца

Репарирани зупчаници

66

6. Закључак Основни задатак репаратуре је да површински оштећеним (похабаним) и запремински разореним (поломљеним) машинским деловима, врати радну способност. Уместо да се одложе на депонију „старих делова”, похабани и поломљени делови се постуцима репаратуре поново уграђују у машинску конструкцију, уместо нових резервних делова. Репаратура је нашла велку примену из више фактора, а то су : велика конкуренција, борба за што већи профит, економска, енергетска и еколошка криза. У раду је приказан економски значај код репаратуре зупчастих преносника снаге, применом топле и хладне репаратуре. Хладном репаратуром зупчаника се постижу већи економски ефекти (мала улагања) и може се применити само код репаратуре површинских оштећења зубаца. Топла репаратура се примењује и код површинских и код запреминских оштећења зубаца и може се комбиновати са хладном репаратуром, у том случају постижу се максимални економски ефекти, јер је машински део максимално искоришћен. Репаратура машинских делова и конструкција налаже велико научно и стручно знање из различитих области, (познавање материјала, врсте оштећења, пропачун машинских делова и конструкција,...), зато репаратуру не може да ради ,,један човек`` већ добро укомпонован тим.

67

8. ЛИТЕРАТУРА

1. Ристивојевић, Материјали са предавања Репаратура машинских делова и конструкција 2009. 2. Огњановић, Машински елементи, Машински факултет Београд, 2009. 3. Ристивојевић, Зупчаници1, Завод за уџбенике и наставна средства, Београд, 2005. 4. Ристивојевић, Испитивање машинских конструкција, Завод за уџбенике и

наставна средства, Београд, 2002. 5. Немања Гостовић, Материјали и извештаји са праксе, Messer tehnogas 6. Boris M. Klebanov, David M. Barlam, Frederic E. Nystorm, Machine elements, Life and design, CRC Press