Зубчатая передача для усталостных испытаний

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к испытательной технике, и может быть использовано при испытании зубчатых колес ,на износ, изгибную прочность и усталостное -выкрашивание. Целью изобрете- |ния является улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности,уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний. Большие колеса 2 и 4 передачи, выполнены трехвенцовыми, меньшие 1 и 3 составлены из смещенных вдоль оси колеса центрального и боковых секторов, зубчатых и со срезанными зубьями, чередующихся в шахматном порядке. Отношение чисел зубьев 2,2 большего колеса к числу зубьев z меньшего колёса, шаг секторов, их число, а также число зубьев в боковых секторах выбраны по установленной зависимости . При работе за один оборот меньших колес 1 и 3 большие колеса 2 и 4 отстают на выбранную по устаS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1511 4 G Ol М 13/02

A и гг

19 5

4г в г/г

Фиа г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4079918/25-28 (22) 23.06.86 (46) 23.10,88. Бюл. N - 39 (71) Киевский .политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.А. Стаднюк, Ю.М. Тарасов и В.B. Стаднюк (53) 621.833(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 401900, кл. 0 01 М 13/02, 1971 °

Авторское свидетельство СССР

У 1019255, кл. С 01 М 13/02, 1982. (54) ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ HCTIbITAHHA (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при испытании зубчатых колес .на износ, изгибную прочность и уста„„80„„1432366 лостное выкрашивание. Целью изобрете ния является улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности,уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний. Большие колеса 2 и 4 передачи выполнены трехвенцовыми, меньшие 1 и 3 составлены из смещенных вдоль оси колеI са центрального и боковых секторов, зубчатых и со срезанными зубьями, чередующихся в шахматном порядке.

Отношение чисел зубьев к большего колеса к числу зубьев z меньшего колеса, шаг секторов, их число, а также число зубьев в боковых секторах выбраны по установленной зависимости. При работе за один оборот меньших колес 1 и 3 большие колеса

2 и 4 отстают на выбранную по уста1432366 ловленной зависимости величину, и со следующего оборота зубья меньших колес 1 и 3 контактируют с другими зубьями больших колес 2 и 4. По завершении установленного числа оборотов меньшие колеса l и 3 и больИзобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике,и может быть использовано при испытании зубчатых колес на из— нос, изгибную прочность и усталост- 5 ное выкрашивание.

Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности, уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний.

На фиг. 1 изображен стенд замкнутого контура с зубчатыми передачами для усталостных испытаний; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.; на

15 фиг. 3 — диаграмма нагружения зубьев центрального венца трехвенцового зубчатого колеса; на фиг.. 4-9 — ва— рианты выполнения колеса с зубчатыми секторами (фиг.4,6,8) и соответ20 ствующие диаграммы нагружения зубьев центрального венца трехвенцового зубчатого колеса (фиг.5,7,9).

Стенд содержит две зубчатые передачи для усталостных испытаний, каждая из которых смонтирована в отдельном картере и состоит из двух колес 1, 2 и 3, 4, причем колеса 2 и 4, например, имеют больший диаметр, чем колеса 1 и 3. Колеса 2 и

4 выполнены например, трехвенцовыми, а колеса 1 и 3 составлены из зубчатых секторов. Тихоходный 5 и быстроходный 6 валы соединяют соответственно колеса 1, 3 и 2,4. с помощью муфты 7 нагружения и жесткой муфты

8. Привод 9 через муфту 1О связан с одной из передач. Отношение числа зубьев г большого колеса 2 к числу зубьев z меньшего колеса 1 не рав1 но целому числу и определяется по

k. а+п1, зависимости —, где k а и тп

G целые числа, при этом k является нешие колеса 2 и 4 занимают исходное относительное расположение, и далее цикл повторяется до получения требуемых экспериментальных данных.

1 з и. ф лы, 9 ил. полным частным отношением чисел зубьев к и z, m — остатком, а больше единицы и числа m. Например, если отношение числа зубьев z H z принять равным 5/4, то К равно единице, m — также единице, а а — четырем.

Венцы меньших зубчатых колес 1 и

3 (фиг . 1 и 2) имеют несколько цент— ральных, например, 11 — 13 с числом зубьев z„, z и z 1 + z /а и от1 и, деленных от них техйологическими проточками 14 и 15 боковых, например

16-18 зубьев секторов, чередующихся в шахматном порядке по периметру с центральными, например,19-21 и боковыми, например,22-24 секторами со срезанными зубьями, расположенными с числами, равными, а также кратными числу зубьев z „/а, равными, например, z „/4, z

Количество центральных 19-21 и боковых 22-24 секторов со срезанными зубьями выбирается произвольно, но их максимальное количество должно быть меньше числа а и равно, например 3, при а = 4. Боковые зубчатые сектора 16-18 размещены по обе стороны от каждого из центральных секторов 19-21 со срезанными зубьями симметрично по отношению к осевой линии LL, проходящей посредине этих участков, и имеют числа зубьев

z, равные числу зубьев, срезанных на центральных секторах 19-21, и меньше числа зубьев, определяемого из отношения z /а для меньшего колеса и равного, например, к „ /2 +z, /а а при а = 4 равного z,/8.

Центральные !1-13 16-18 зубчатые сектора образуют по периметру каждого из колес 1 и 3 венец из несрезанных зубьев, фактическое число которых z определяется как сумма зубьев к1н+ 1ц+ к1и+ к

1432366

1 и а = 4(фиг. 4).

Максимальное количество центральных и боковых секторов со срезанными зубьями должно быть меньше числа ka+m и равно, например, 4 приЕ= l,m= I и а=4,ачисло зубьев боковых секторов "., меньше1

"26 числа зубьев, определяемого из отношения z 2 (ka /тп / и ран ного, на-!

55 центральных 11 — 13 и z + z / + z

/Б 1Б " /6 боковых 16-18 зубчатых секторов.

Трехяенцовые зубчатые колеса 2 и 4 содержат одинаковое количество

5 зубьев z2 и выполнены с проточками 25 и 26, разделяющими зубчатый венец на три отдельных зубчатых венца, центральный 27, например, шириной В и боковые 28 и 29 шириной

В / 2, Проточки 2 5 и 2 6, глубина которых делается больше высоты зуба, выи ол няю т ся для выделения центрального зубчатого венца 2 7, ка к отдельного 5 зубчатог о колеса шириной В, предназначенного дл я у с тало с тных испытаний . Боковые венцы 2 8 и 2 9 об еспечив ают лишь непрерывность за цепления колес 1, 2 и 3 4 и дл я получения 20 э к сп е римен тальньгх данных могут не использоваться . Тогда и ри отношении а+1 числа зубьев Z2/z =, при k = 1

1 а и m = 1 или, например, 5/4 при а = 4 25 на центральном венце 27 болыпих колес 2 и 4 можно получить 5 секторов, содержащих по z2/(а+1) или z /5 зубьев при а =- 4, в пределах каждого из которых имеется по дна участка с ЗО числом зубьев z1, и и <ц, нагруженных в занисимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньше числа а и равного, например, 1,2 или

3 при а = 4 различным комбинациям чисел циклов нагружения, равных соответственно ÇN и 4N, 21 и 4N или

N и 4N (фиг 3).

При необходимости исследования износостойкости и контактной прочности рабочих поверхностей зубьев ведущего колеса при различных циклах нагружения сектора со срезанными зубьями могут быть выполнены на большем колесе и расположены с IHBFBMH paBHbMH> а также кратными числу зубьев z /

/(ka+m), например равными z

2z пример ° zz (2(ka+m)< а при

ka+m

Ic = 1, m =1 и а = 4 равного

z2

Тогда при отношении чисел зубьев

z2/z зубчатых колес l . 2 и 3,4, определяемого из отношения, k+m в оба щем случае и, как частньп случай,из а+1 отношения при m u k равных едиа нице и равном, например, 5/4 при а = 4, на центральном венце меньших колес I и 3 можно получить 4 сектора, Zf содержащих по z /а или — зубьев при

4 а = 4, и пределах каждого из которых имеется по два участка с числом зубьев z п и z2«, подверженных в зависимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньшего числа

k + m и равного, например, 1,2,3 или 4 при k = 1, m = 1 и а = 4, раз— личным комбинациям чисел циклов нагружения, равньпч соответственно 4N и 5N, ЗИ,и 5N, 2N и 5N, N и 5N (фиг.5)

В зубчатой передаче для увеличения количества участков с определенньп1 числом зубьев, подверженных различным числам циклов нагружения в пределах каждого сектора, на центральных и боковых зубчатых секторах, например на секторах, содержащих по

z, /а или z,/3 зубьев при а = 3 (фиг. 6), выполнены дополнительные центральные сектора, например, 30 и 3! со срезанными зубьями z и рас16 положенные с двух сторон против каждого из них боковые зубчатые сектора, например, 32 и 33 с числом зубьl ев z,, расположенные с шагами г,/а

2z и или z,/3 и 2z„/3 при а = 3 (фиг. 6, шаг 2z /3 не показан) и смещенные на некоторое количество зубьев z „„+ г по отношению к основному центральному сектору .34 со срезанными зубьями z, причем общее количество дополнительнл<х секторов 30 и 31 со срезанными зубьями и боковых зубчатых секторов 32 и 33 отлич но от общего количестга основных центральных сектор<>н (сектора 34) со срезаннь/ми зубьями и равно наЭ пример, 2 .!

432366

25

35

Тогда при отношении чисел зубьев а+!

z /z,= — -- при k = 1 и m = 1 или, r.(например, 4/3 при а = 3 на центральном венце 27 больших колес 2 и 4 можно получить 4 сектора, содержащих по . ипи к /4 зубьев

zz а+1 при а = 3, в пределах каждого из которых имеется 4 участка с числом ! ( зубьев к, z(,,z > и z „ц, нагру 1Б женным числом циклов нагружения, равных соответственно 2N, ÇN, N u

3N (фиг.7)

Однако, учитывая ограниченную возможность выполнения дополнительных секторов со срезанными зубьями при малых числах зубьев колес или больших значениях а числа зубьев, срезанных на соседних по периметру секторных участках, могут быть различf ((Ilr ными и равны, например, z<<(z а к„ при а = 4 (фиг. 8) .

Тогда при отношении чисел зубьев а+1

z /z при k = 1 и m = 1 или, а например, 5/4 при а = 4 на центральном венце 27 больших колес 2 и 4 можно получить 5 секторов, в пределах каждого из которых имеется 4 участка с различным числом зубьев (I... .(((((н( ь — „и .(ц подверженных различным числам циклов нагружения, равных соответственно

N, 2N, ЗН и 4N (фиг. 9).

Стенд работает следующим образом.

Нагружение зубчатых колес 1,3 и

2,4 крутящим моментом постоянной величины производят за счет относительного скручивания фланцев муфты

7 нагружения на некоторый угол и соединения их болтами, затем включают привод 9 и приводят во вращение все элементы стенда. При отношении чисел зубьев z.< к .z зубчатых колес 2, 4 и 1, 3, определяемого в общем случаем по зависимости (ka+m )/а и (как частный случай) из отношения (а+1)/а при m = )и k = 1 и равном, например, 5/4 при а = 4, -за один оборот меньших колес 1 и 3 большие колеса 2 и 4 сделают а/(а+1) оборота, например 4/5 оборота при а = 4, т.е.большие колеса 2 и 4 огстанут от меныних колес 1 и 3 на ) /(а+ l ) оборота

55 или Hà z,(/(ÿ+) ) зубьев,((апример на 7, /5 зубьев при а =- 4, и со следующег

) оборота зубья меньших колес 1 и 3 будут контактировать уже с другими зубьями больших колес 2 и 4. Когда второй оборот меныпих колес 1 и 3 завершится, большие колеса 2 и 4 сделают zo/(а+)) оборота, например

8/5 оборота при а = 4, отстав от меньших колес 1 и 3 на z /(а+1) оборота или на 2z /(а+! ) зубьев, например на 2zz/5 зубьев при а = 4, и со следующего оборота зубья меньших колес 1 и 3 будут контактировать уже с другими зубьями больших колес 2 и 4 по сравнению с предыдущим оборотом. При дальнейшем вращении за каждый оборот меньших колес 1 и 3 происходит изменение их относительного расположения по отношению к большим колесам 2 и 4 на 1/

/(а+1) оборота, например на 1/5 оборота, или на zg/5 зубьев при а = 4.

Когда (а+1) оборот меньших колес

1 и 3 завершится, например 5-й оборот при а = 4, большие колеса 2 и 4 сделают а оборотов, например 4 при а = 4, т.е. меньшие колеса 1 и 3 и большие колеса 2 и 4 займут исходное относительное расположение друг относительно друга При следующих (а+1) оборотах, например 5 оборотов, меньших колес 1 и 3 и а оборотов, например

4-х оборотов, больших колес 2 и 4 при а = 4, цикл повторяется и т.д.

За 1/а оборота меньших колес 1 и

3, например 1/4 оборота при а = 4, большие колеса 2 и 4 сделают 1/(а+1) оборота, например )/5 оборота при а = 4. А поскольку за каждый оборот меньших колес l и 3 происходит отставание больших колес 2 и 4 на !/

/(а+1) оборота, а затем через (а+1) оборот цикл повторяется, то зубья меньших колес 1 и 3 (фиг. 2), расположенные на определенных секторах, соответствующие 1/а оборота или к,/а зубьев, равных, например, 1/4 оборота или z,/4 зубьев при а = 4, будут каждый по очереди последовательно 1 раз за цикл (а+1 ) оборота (5 оборотов при а = 4) меньших колес

1 и 3 контактировать с зубьями больших колес 2 и 4, расположенных на различных секторах по периметру колес, равных )/(а+),, оборота или

1432366

7. — зубье.i, например I/5 оборота а+I или 2, /5 зубьев при а = 4.

Расположение боковых зубчатых сектсрон 16-! 8, к«еющих одинаковое число зубьев z l и ширину, против центральных секторных участков 1921 со срезанньп«и зубьями симметрично по отношению к осевой линии LL, проходящей посредине этих секторон, обеспечивает непрерывность зацепления колес I, 3 и 2, 4 и постоян-. ство положения линии действия нагрузки вдоль оси колеса, что обеспечивает снижение вибраций.

Выполнение от одного до а-1)

/ центральных секторов со срезанными зубьями, например трех центральных секторов !9-21, на колесах 1 и 3 с числом срезанных зубьев z!< не преньппающим число зубьев z,/a, и равным, например., z /2а с.z /а или

z /8 при а = 4, обеспечинает на каждом из секторов наличие двух секторов — срезанными зубьями z « и зубчатого сектора с числом зубьев

z1 Е, z = — — z равным, например, «W а l6 а или к /8 при а = 4 и к 1 = к /8, что н сочетании с расположением центральных сек торов со срез анными зубьями 19-21 с шагами, равными, а также кратными z /а .зубьев, например равными к„/4, z„/4 и z,/2 при а = 4,- позволяет получить за цикл а оборотов больших колес 2 и 4, например четырех оборотов, в пределах каждого из (а+1) секторов из центральных венцов 27, например, в пределах секторов, содержащих по z

/(а+1) зубьев, по дна участка с числом зубьев z u z «, равным, например, z,/8 и z„/8 при а = 4, нагруженных соответственно и 4 раза, поскольку благодаря наличию трех центральных секторов 19-21 с числом срезанных зубьев по z« aa секторах колес 1 и 3 соответствующие,зубья з центрального венца ко1FJ лес 2 и 4 за четыре их оборота будут 3 раза разгружены.

При двух центральных секторах со срезанными зубьями, например секторах 20 и 19, представляется возможность за четыре оборота колес 2 и

4 получить на их пяти секторах по два участка с числом зубьев z „ и z„ нагруженных соответственно 2 и 4 ра40 где n2 — частота вращения большого колеса 2, об/мин, — время испытания, ч, Ъ вЂ” количество секторов со срезанными зубьями; а — число, соответствующее количеству зубчатых секторов меньшего колеса 1, периодически контактирующих с определенными секторами центрального венца 27 большего колеса 2, равно делителю отношения чисел зубьев z 2 большего колеса 2 к числу зубьев

z меньшего колеса 1, определяемого как (ka+m)/а, где К— неполное чаСтное отношение, m — его остаток, причем а Ф 1, ш чаи Ь(а.

Число циклов нагружения U зубь«и, ев центрального венца меньшего колеса 1, пеРиодически контактирующих по дуге с секторами со срезанными зубьями на большем колесе 2, за С час испытания определяется по зависимости за, а при олпом центрз.свмом сектс ре со срезанньии зубьями, например сек-оре !9, нагрузить пх с ответственно

3 и 4 раза (фиг. 3)

Таким образок возможно получение экспериментальных данных по результатам испытания при различных числах циклов нагружения зубьен, располо1п женных на одном и том же венце колеса, не меняющем н процессе испытания своего положения nc oTHompHHM к опорам, что обеспечивает одни и те же условия распределения нагрузки

15 по длине контактных линий испытуемых зубьев и повьппает точность испытаний.

Кроме того, предлагаемая зубчатая передача обеспечивает проведение испытаний н различных диапазонах передаточных чисел от 1 П < 2 при

1 и U ю 2 при k i2, что позволяет уменьшить суммарное число зубь-, ев и габариты испытуемых колес.

2В Число циклов нагружения N зубьI

2U, ен центрального венца 27 большего колеса 2, периодически контактирую— щих по дуге с секторами со срезанными зубьями на меньшем колесе 1, зо за t час испытания рассчитывается по зависимости

N = 6О и .t (1 — Ь/а), ln

И„=. 60 и, t (. ..-)!!I, k a+1 . члстотл врлщения меныпего колеса 1, об/мип; время ис1!ытлпия, ч; количество секторов со срез л иными зубьями а — целые числа: k — неполное частное отношения чисел зубьев z большего колеса

2 к числу зубьев z меньше-1 го колеса, равного гд!: и, b

k,m u

ka+m 15 а

m — его остаток а9 делитель, причем m (a, a g 1 и bcka+m. формула и з о б р е т ения

1. Зубчатая передача для усталостных испытаний, содержащая зубчатые колеса разного диаметра, одно из колес которой выполнено трехвенцовым, венец другого составлен из смещенных вдоль оси колеса центрального и боковых секторов, зубчатых и со срезанными зубьями, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью улучшения экс!!пултлционнь!х харлктеристик olношение чисел зубьев . большего колеса к числу зубьев к„„ меньшего колеса не равно целому числу и oll— ределено по зависимости

zz k ° a+m ! и а, где k,а,m — целые числл; неполное частное отношение чисел зубьев, m — остаток; а — больше единицы и числа m сектора зубчатые и со срезанными зубьями выполнены чередующими в шахматном порядке с шагом, равным, а также кратным числу зубьев — z /а м для меньшего и z /(kà+ïö для большего колес а, максимальное количество центральных и боковых секторов со срезанными зубьями меньше числа а для меньшего и ka+m для большего колеса, число зубьев боковых секторов меньше км/а для меньшего и

z g /(ka+ m) для большет о колеса.

2, Зубчатая передача по п. 1, о тл ич а ю щ а я с я тем, что числа зубьев соседних по периметру боковых зубчатых секторов различны.

14323бб

1ч32366

z,)/а

1432366

1432366

Составитель М, Левинский

Техред М.Дидык

Редактор И. Дербак

Корректор И. Муска

Тираж 847

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5416/34

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4