Способ испытания зубчатых колес на контактную выносливость зубьев

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных испытаниях зубчатых колес на контактную выносливость зубьев . Целью изобретения является повьшение точности при испытании широковенцовых зубчатых колес путем обеспечения идентичности условий нагружения каждого из зубьев. Перед испытаниями на рабочих поверхностях 3 зубьев 1 испытуемого колеса вьшолняются выборки 2, глузше вдоль образующей 4 делительного цилиндра 5, которые отличаются по длине от зуба к зубу и каждом из секторов, равномерно расположенных по окружности колеса . Испытуемое колесо вводят в зацепление с зубчатым колесом и прикладывают к передаче нагружающий магнит , величина которого, а также ширина и длина выборок 2 определяются по установленным зависимостям. Передачу испытывают до выкрашивания рабочих поверхностей 3 зубьев 1 испытуемого колеса, по которым судят о контактной выносливости зубьев 1. 4 ил. 8 сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (И) А1 (51)4 G М 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4188296/25-28 (22) 13.11.86 (46). 07,11 ° 88. Бюл. У 41 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин AH БССР (72) О.В.Берестнев, В,Л,Басинюк, Ю.С.Куколко и Н.Э.10евчук (53) 621.833(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 167334, кл. С О1 М 13/02, 1964.

Авторское свидетельство СССР

У 207442, кл. G 01 М 13/02, 1966. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗУБЧАТЫК КОЛЕС

НА КОНТАКТНУЯ ВЫНОСЛИВОСТЬ ЗУБЬЕВ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных испытаниях зубчатых колес на контактную выносливость зубьев, Целью изобретения является повьппение точности при испытании широковенцовых зубчатых колес путем обеспечения идентичности условий нагружения каждого иэ зубьев ° Перед испытаниями на рабочих поверхностях 3 зубьев 1 испытуемого колеса выполняются выборки 2, глухие вдоль образующей 4 делительного цилиндра 5, которые отличаются по длине от зуба к зубу в каждом из секторов, равномерно расположенных по окружности колеса. Испытуемое колесо вводят в saцепление с зубчатьпк колесом и прикладывают к передаче нагружающий магнит, величина которого, а также ширина и длина выборок 2 определяются по установленным зависимостям, Передачу испытывают до выкрашивания рабочих поверхностей 3 зубьев 1 испытуемого колеса, по которым судят о контактной выносливости зубьев 1 °

4 ил.

1435982

Изобретение относится к машино"строению, а именно к" испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных испытаниях зубчатых

5 колес на контактную выносливость зубьев.

Цель изобретения - повьппение точности при испытании широковенцовых зубчатых колес путем обеспечения 10 идентичности условий нагружения каж, дого из зубьев колеса, На фиг. 1 показан зуб испытуемого . зубчатого колеса с выборкой, выполненной, например, долблением; на фиг. 2 - схема выполнения выборок на последовательно расположенных зубьях; на фиг. 3 — схема распределения нагрузки по длине контактных линий зубьев с различной длиной выборок для широковенцовых зубчатых колес; на фиг. 4 — схема контактных давлений на зубьях с различной длиной выборок.

Испытуемое зубчатое колесо (не по- 25 казана) имеет несколько групп зубьев

1 с выборками 2 на рабочих поверхностях 3 зубьев, имеющих различную длину

1 вдоль образующей 4 делительного цилиндра 5.

Часть зубьев 1 выполнена беэ выборок и имеет полную рабочую ширину

На остальных зубьях 1 длина 1 вьборок подбирается так, что в результате приложения к передаче, содержа35 щей испытуемое зубчатое колеса, пос- 3> тоянного нагружающего момента, на рабочих поверхностях 3 зубьев 1 испытуемого колеса создаются контактные напряжения, больше предполагаемого предела контактной выносливости, 40 а на поверхностях 3 зубьев 1 с полной шириной L (без выборок) - контактные напряжения меньше предполагаемого предела контактной выносливости. Это позволяет при испытании одного зубча45 того колеса определить предел контактной выносливости, который берется в "вилку напряжения". Подбор числа ступеней "вилки" и разности напряжений между соседними ступенями обеспе" 50 чивает гребуемую точность построения кривой усталости. Наиболее рациональ" но принять длину 1 выборок 2 равной

0, 1 8I 0,351., О, 53?. и 0,56Ь, а в процессе испытаний приложить момент, 55 обеспечивающий контактные напряжения на зубьях 1 с полной рабочей шино L,, равные G„, =- О, 95 G<, где G „g<»ьпредел контактной выносливости материала рабочей поверхности 3 зубчатого колеса. Это позволяет обеспечить нагружение зубьев 1 на пяти уровнях, четыре иэ которых — форсированные по контактным напряжениям, а один ниже предела контактной выносливости, и определить параметры кривой усталости, включая точку перегиба ее кривой, соответствующую пределу контактной выносливости (фиг. 4).

У цилиндрических зубчатых колес выборка 2 располагается симметрично по высоте зуба 1 — относительно делительного цилиндра 5 по длине L зуба 1 — относительно плоскости, перпендикулярной оси зубчатого колеса и разделяющей зуб 1 на две равные части. Выборку 2 располагают так, что соседние зубья 1 имеют различную длину выборки 2 (фиг. 2), а сектора с последовательно возрастающими дли"

\ нами 1 размещаются равномерно по окружности.

Ширина выборки 2 определяется, исходя из следующего. Экспериментальные исследования показывают, что пит" тинговые лунки на нагружаемой поверхности 3, как правило, располагаются в зоне, лежащей на расстоянии

0,1-0,5 мм от делительной окружности, а их величина при достижении выбраковочного состояния составляет 0,82 мм (большие значения соответствуют результатам испытаний зубчатых колес с большим модулем). Таким образом, минимальна и достаточна для образования -питтинговых лунок зона по ширине в пределах +0,25-0,3 модуля от делительного цилиндра 5, что в целом составляет 0,5-0,6 модуля., При увеличении ширины выборки 2 бо«У лее 0,6 модуля резко снижается износостойкость головок и ножек syбьев l.

Диапазон величин длин 1 выборок 2 определяется, исходя из следующего.

Для определения точки перегиба кривой контактной усталости необходимо создать на двух группах различных зубьев 1 контактные давления, равные Oв,956н Р ь H 1 056 и Ье где ь — предполагаемый предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей 3 зубьев 1. Тогда при наработке более 120 1О циклов

Ь поверхности 3 с контактными напряжениями, равными 1,056, разрушатся, 3 14 а поверхности 3 с контактными напряжениями 0,95 5 сохраняют свою работоспособность (на них отсутствуют питтинговые лунки). Так как к каждому зубу 1 прикладывается одинаковый момент, то Ь;(0,956„p;„g) — h (!, 05о„,,„g), Ь,„- полная рабочая длина L зубьев l без выборок;

Ь, — рабочая (контактирующая в зоне делительной окружности) длина L syбьен с на.-меньш и длиной 1 выборок

2. Отсюда Ь,= 0,82Ь„, а 1,= 18L, где

1„ — длина ныбо." ки 2 наименьших раэмерон, При форсировании нагрузок выше (1, 3... 1,4) b z g; масляный слой в сопряжении sóá÷àòûõ колес выдавливается, наступает металлический контакт и рабочие поверхности зубьев не ныкрашиваются, а изнашиваются.

Поэтому максимальная и средняя длины 1 выборок 2 могут быть определены иэ соотношения

09522

Ь = (-+-- — --) Ь = О 65b

1,05+1,3 а 1 = 0 35L, Ь! = (1 3-)

095 а 1 = 0,43Ь, h = (— ) b = 046Ь .О 95а ,! ) 4 (д) э (JI а 1 = 0,56L.

Таким образом, диапазон изменения 1 выборок 2 равен 0,18-0,56L, причем выполнение выборок 2 с промежуточными длинами 1 рационально выполнять с 1 = 0,53L и 1 = 0,47L, Это позволяет получить гарантированные результаты по числу циклов наработки зубьев на 3-4 уровнях нагружения, обеспечивающих построение кри. вой усталости, включая определения точки ее перегиба, соответствующего пределу контактной выносливости.

Величина контактных напряжений на зубьях 1 без выборок 2, равная

0,956„p; g, выбрана, исходя из следующего.

При уменьшении контактных напряжений менее 0,956„1;„, диапазон "вилки, в которую взят предел контактной выносливости (0,95-1,05) н ;„,, оказывается достаточно широким, и по результатам испытаний не представляется возможным определить нагрузки, соответствующие пределу контактной

35982 выносливости, т.е. точность определения точки перегиба кривой усталости оказывается недостаточно высокой.

Кроме того, из-за недостаточно высо5 кой точности коэффициентов, входящих н зависимость для определения нагружающего момента Т, при принятии и (О, 96-0, 99)6„<,. > на зубьях 1 с полной рабочей шириной (без выборок) частично появляются питтинговые лунки и результаты испытаний не позволяют достоверно определить точку перегиба кривой усталости.

Способ осуществляют следующим образом.

На рабочих поверхностях 3 части зубьев 1 испытуемого колеса выполняют, например, долблением или фреэерованием глухие вдоль образующей

4 делительного цилиндра 5 выборки 2, отличающиеся по длине 1 от зуба к зубу в каждой из секторов зубчатого колеса, равномерно расположенном по

25 его окружности и имеющем также один

sy6 без выборки 2. 1Цирину каждой выборки 2 назначают равной 0 5-0,6 модуля колеса, длин 1 — 0,18-0,56 длины L зуба 1. Испытуемое колесо вводят

30 в зацепление с технологическим зубчатым колесом и прикладывают к передаче, составленной из этих колес, постоянный нагружающий момент, величину

Т которого выбирают по следующей saвисимости

35 т = (0,95 С„,.„,) . K; где Ьн ; g — предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей 3 syбьев 1;

Ъ,!. d u

2 10 (ц+1)Е Z, Z Кнр Кн.1, Кщ

45 где b — рабочая ширина зУбьев 1;

Ы, — диаметр делительной окружности испытуемого зубчатого колеса; ц — передаточное отношение передачи;

Zu Z 1 Кнд t

Кн, Кн, — коэффициенты характеризущие параметры зацепления.

Испытывают передачу до выкрашива55 ния рабочих поверхностей 3 зубьев испытуемого колеса и по полученным результатам определяют параметры кривой усталости, н том числе точку пе14 359 региба ее кривой, соответствующую пределу контактной выносливости (фиг. 4) .

Пример. Проведены испытания зубчатого колеса с модулем m = 5 мм, числом зубьев Z = 20, шириной зубчатого венца b> 65 мм из стали

20Х2Н4Аь прошедшего цементацию и закалку до поверхностной твердости

НРС 56...58 (зубчатое колесо угольного комбайна горношахтного оборудования), На зубьях выполняются выборки длиной 6,5, 19,5,. 26 и 32,5 мм, причем выборки на каждом последующем зубе располагаются в порядке возрастания их длины и начинаются ка зубе с полной рабочей шириной. Таким образом, на каждом зубчатом колесе создано пять последовательно расположенньгк секторов, в которых длины выборок последовательно ступенчато увеличиваются от 0 до 32,5 мм. В качестве базового объекта для сопоставления с предлагаемым H отовлено зубчатое колесо с расположенными посредине выступами шириной 65, 32, 5, 39, 44,5 и 48,5 мм. Испытания проводят на, стенде с замкнутым силовым контуром.

В качестве сопрягаемых берут колеса с модулем m = 5 и числом зубьев 7. 80„

Необходимый крутящий момент определяется по формуле

Т (О 95 G> ;,„ь) К, 35 где К= — — — — — — — — —-ь

2 1(% +1) н ; -Ккп- Кн1- Кщ

I где b „g; g 140 кг/мм — предел контактной выносливости материала поверхностей зубьев;

Ь вЂ” рабочая ширина зубьев;

d = 1 00 мм — диаметр делительной

ы окружности испытуемого зубчатого колеса;

u = 4 — передаточное отношение испытуемой передачи; Кь ь нь ь ь

К, K „, К „„- коэффициенты, характеризующие параметры за- 50 цепления.

И н= 1,68; Z„; — 86 9; Zg= 0 85;

Одновременно с этим испытывают на

4. уровнях нагружения с построением кривой усталости зубчатых колес с рабочей шириной зубьев b

Анализ полученных результатов показывает, что точность определения угла наклона кривой усталости при испытании зубчатого колеса в соответствии с ,предлагаемым способом примерно на

ЗОБ превышает точность определения аналогичного параметра при испытаниях в соответствии с базовым объектом, Кроме того, значительно упрощается изготовление испытуемого зубчатого колеса: выборки обрабатываются на зубофрезерном станке пальцевой фрезой до химико-термической обработки зубчатого колеса.

Испытания согласно предлагаемому способу позволяют повысить точность определения параметров кривой контактной усталости при исследовании широковенцовых зубчатых колес, оценить в процессе ис-.-п: :.ания влияние на контактную усталостную прочность углов перекосов и неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий, повысить технологичность изготовления испытуемого зубчатого колеса.

Формула изобретения

Способ испытания зубчатых колес на контактную выносливость зубьев, заключающийся в том, что выполняют на рабочих поверхностях зубьев испытуемого колеса выборки с различными по длине зуба размерами, вводят испытуемое колесо в зацепление с технологическим зубчатым колесом, прикладывают к передаче, составленной из этих колес, постоянный нагружающий момент и испытывают передачу до выкрашивания рабочих поверхностей зубьев испытуемого колеса, по которым судят о контактной выносливости зубьев, отличающийся тем. что, с целью повышения точности при испытании широковенцовых зубчатых колес, выборки выполняют глухими вдоль образующей делительного цилиндра испытуемого колеса, ширину каждой выборки задают равной 0,5-0,6 модуля колеса, длину — 0,18-0,56 длины зуба, а величину нагружающего момента определяют по зависимости

Т = (Оь 9- Он Rim Ь) ре à — предеч контактй Л в ) g t b н о слив о с ти материала раб о ч и х поверхностей зубьев ;

1435932

Ъьi dw ° u

u — передаточное отношение передачи; раб

Составитель Ю. Красненко

Техред М.Моргентал Корректор А. Обручар

Редактор Н. Тупица

Заказ 5637/41

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

2 10 (u+1) 2 „2 2 К-н р К н 1. К„Д где Ъ,„ — рабочая ширина зубьев;

Ди — диаметр делительной окру - 5 ности испытуемого зубчатого колеса;

Z, 2, Zg, К„а, Кя1,.н К н (- коэффициенты, характеризующие параметры зацепления.

1Ынатр

/г бФЮФ778

Ю6Ъс 8 Он©и