Способ испытания прямозубых зубчатых колес на контактную усталость зубьев
Изобретение относится к машиностроению , а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных сравнительных испытаниях на контактную усталость зубьев, например цементованных и закаленных до поверхностной твердости HRC, прямозубых зубчатых колес, имеющих, например, модули зацепления 2,5-5,0 мм и коэффициенты перекрытия меньше двух, с формированием контактных давлений до (1.0 1,4) с;н lim b. Цель изобретения - сокращение продолжительности испытаний путем создания дифференциированных динамических нагрузок на различных парах сопрягаемых зубьев и обеспечения максимально возможной скорости вращения испытуемого колеса при одновременном уменьшении потребного числа колес. При испытании в зацепление с испытуемым зубчатым колесом вводят технологическое зубчатое колесо, имеющее равно, число зубьев и превышающие по от ношению к испытуемому погрешности шага. По выявленным зависимостям устанавливают величины нагружающего момента и частоты вращвмия испытуемого колеса, которые обеспечивают на каждой контролируемой паре зубьев дифферемции.юванные контактные напряжения. Колеса испьиывают до выкрашивания рабочих поверхностей зубьев, по которому судят о контактной ус талости зубьев. 2 ил., 2 табл Ё
союз соВетских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4496406/28 (22) 08.07.88 (46) 07.02.91. Бюл. N. 5 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР (72) О, В. Берест не в, В,Л. Басин юк, Н.Н.Ишин, Ю.С,Куколко и В.П.Гордовский (53) 621.833 (088.8) (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ ЗУБЬЕВ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных сравнительных испытаниях на контактную усталость зубьев, например цементовэнныK и закаленных до поверхностной твердости 56 — 63 HRC, прямозубых зубчатых колес, имеющих, например, модули зацепления 2,5 — 5,0 мм и коэффициенты перекрытия меньше двух, с формированием контактных Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных сравнительных испытаниях на контактную усталость зубьев, например цементованных и закаленных до поверхностной твердости 56 63 HRC, прямозубых зубчатых колес, имеющих, например, модули зацепления 2.5-5,0 мм и коэффициенты перекрытия меньше двух, с формированием контактных давлений до (1,0-1,4) и„ lim b. Цель изобретения — сокращение продолжительности испытаний путем создания дифференцированных динамических нагрузок на различных парах сопрягаемых зубьев „„5U„„1626101 А1 давлений до (1,0-1,4) гтн lim Ь. Цель изобретения — сокращение продолжительности испытаний путем создания дифференциированных динамических нагрузок на различных парах сопрягаемых зубьев и обеспечения максимально возможной скорости вращения испытуемого колеса при одновременном уменьшении потребного числа колес. При испытании в зацепление с испытуемым зубчатым колесом вводят технологическое зубчатое колесо, имеющее равнс; число зубьев и превышающие по отношению к испыгуемому погрешно<.ти шага, По выявленныл.; зависимостям ус1анавливают величины нагружающего м 1ента и частоты враще ия испытуемого колеса, которые обеспечивают на каждой контрол.1руемой паре зубьев дифференции,1ованные контактные напряжения. Колеса испыгывают до выкрашивэния рабочих поверхностей зубьев, по которому судят о контактной ус. талости зубьев. 2 ил., 2 табл. и обеспечения максимально роз ложной скорости вращения испытуемо о колеса при одновременном уменьшении зтребного числа испытуемых колес На фиг,1 изображен (рэф 1к изменения нагруженности зубьев испытуел1ого колеса в зависимости от величины нэгружающего момента, частоты вращения li погрешности шага; на фиг.2 — левая ветвь кривой усталости, полученная при реализации предлагаемого способа. Способ реализуют следующим образом. Для испытуемого зубчатого колеса подбирают технологическое зубчатое колесо, имеющее равное число зуб,ев. 1626101 Определяют погрешности шагов зацепления на смежных зубьях кадого из колес, например 1рЬгм для испытуемого и fpbr< для технологического. Испытуемое колесо вводят в зацепле- 5 ние с технологическим и для каждой пары смежных сопрягаемых зубьев определяется разность шагов зацепления: Afpbr = 1рЬго — 1рЬг,. За контролируемые зубья принимают зубья каждой пары 10 сопрягаемых зубьев, для которой погрешность шага зацепления технологического колеса больше погрешности шага зацепления испытуемого, т,е. Afpbr < О, Прикладывают к колесам постоянные 15 крутящий и нагружающий моменты, при этом величины нагружающего момента Тн и частоты и вращения испытуемого колеса устанавливают Ilo следующим зависимостям: Ьй>с1 ф 4000 7й ZM Z Кнц; Кн/3 н мин 00415 + +т — — + 1 рЬ макс 2 10 IrI 30 п э 1 0,00054 <р Ьгмакс (K-1) fo где Ь в -- рабочая ширина зубьев испы1уемого колеса; di — диаметр делительной окружности испытуемого колеса; Ij> — лоэффицлент, учитывающий модификацию головок зубьев (у — Г1,7, при наличии модификации. g ==- -1 при ее отсутствии), 40 7н, 7м и Z - коэффици:..н: ы, учитывающие форму сопряженных поверхностей зубьев, механические свойстэа материалов зубьев, суммарную длину контактных ли- 45 ний; Стн мин и Он мак - минимальные и макСимальные планируемые контактные напряжения; трЬГ ««максимальная абсол отная ве 50 личина разности погрешностей шагов в зубчатом зацеплении, мкм fo — — 1 мкм, Стн чака Ггн мин p= 1 рад м/с; Кн К ф — коэффициенты, учи гывающие распределение нагрузки соответственно между зубьями и по ширине венца. Испытывают колеса до выкрашивания раб чих поверхностей контролируемых зубьев, по которому судят об их контактной усталости. После завершения испытаний, исходя из конкретных погрешностей шагов зацепления fpbr, рассчитывают конкретные для каждой пары зубьев контактные напряЖЕНИЯ r"I (ПОдСтаВЛРЮТ BMBCTO (Умакс И fpbil 1рЬгмакс fn br сг = гг„„,„(0,0415 =" — + 1 I— fo — 3,0415 Ост -Р— —, ffo где о-„ г 0,0415 < н мин ---f fp Ьгмакс +" K fp 1р 0,0415 1р Ьгмакс fpbri — суммарная разность погрешносгей шагов зацепления I-й пары зубьев, Учету подлежат пары зубьев с отрицательной разностью погрешностей шагов, для которых характерен кромочный удар. С у етом числа циклов наработки для принятого критерия выбраковки строится кривая усгалосги. Б качестве критерия выбраковки, напримлер, для цементованных зубчатых колес принимаетс> поя:ление первых; и lèíroI.I.Ix л нок, расг ространяющихся на глубинv цементова ного сяо i, Э го позволяег выбраковать практически все зубья до нарушения геометрии зацепления вследствие разрушения наиболее на ряженных из них. На графике (фиг.",) показано, что при увеличении частот ы вращения нагруж ..I;OC II ЗУбЧатай ПаРЫ С 1рЬГмакс РаСтЕт В СПотнетсгвии с прямой 1, для пары с fpbr, близкои к нулю,— в соответствии с пря»ои 2, нагруженность остальных зубчатых пар эмепяется в соо«етствии г прямыми 3-5 и т,д., лежащими между прямыми 1 и 2, Кру;ящий момент Т на ведущем валу стенда и частоту его вращения и берут такими, чтобы ;-каксимальные и I. .èíèìàëi,íûå контактные напряжения на зубчатых парах с fpbr<, и fpbr<» соответствовали планируемым тн макс и Гтн мин Пример Для апробировали» предложенного способа испы аний взя ы испытуемые и ге::нс логическое зубчатые колеся, имеющие следующие параметры: модуль 3 мм, равное число зубьев 40, ширина зубчатого венца 10 мм, Зубчзть е колеса,— прям< эубые оез смещения исходного контура, ц .ментируются и закаливаются до поверхностной твердое и HRC 56-63. Макси "зл чая разн сть по1626101 0,0415 fo 0,00054 р Ьгмакс (К вЂ” 1 . 50 грешностей шагов зацепления испытуемого и технологического зубчатых колес составляет 41 мкм. При испытаниях пганируется создание контактных напряжений 15001800 1ч1Па. Нагружающий момент и частота вращения на испытуемом зубчатом колесе, установленном как шестерня, равны T, = 290 нм; и = 1640 об/мин; гтст = 1202 МПа. Для контроля на части зубьев установлены тензодатчики, посредством которых контролируется их нагруженность. Результаты контроля контактных напряжений на этих зубьях приведены в табл. 1. Погрешности шагов, контактные напряжения и числа циклов наработки каждой пэры зубьев с отрицательной разностью погрешности шагов приведены в табл, 2 (левая ветвь кривой усталости, построенная по результатам испытаний, показана на фиг.2). Зубчатые пары 3, 14, 20; 27 и 36 не контролируются, а их нагружен ности не учитываются, так как суммарные погрешности их шагов положительны. Полученные результаты показывают, что принятые в соответствии с предложенными зависимостями режимы испытаний обеспечивают заданный диапазон нагружения контролируемых пар зубьев с приемлемой для инженерной практики точностью с дискретной нагрузкой в заданном диапазоне, создаваемой за счет погрешностей шагов зацепления, Это г1озволяет построить кривую усталости по одной-двум парам зубчатых колес с сокращением длительности испытаний за счет увеличения частоты вращения в 1,4 — 1,6 раза. Формула изобретения Способ испытания прямозубых зубчатых колес на контактную усталость зубьев, заключающийся в том, что испытуемое зубчатое колесо вводят в зацепление с технологическим зубчатым колесом, прикладывают к указанным колесам постоянные крутящий и нагружающий моменты и испытывают колеса до выкрашивания рабочих поверхностей контролируемых зубьев, по которому судят об их контактной усталости, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности испытаний, число зубьев испытуемого и технологи5 35 ческого зубчатых колес выбирают равными друг другу, перед введением в зацепление указанных колес измеряют у последних погрешности шагов зацепления. за контролируемые зубья принимают зубья каждой пэры сопрягаемых зубьев, для которой погрешность шага зацепления технологического колеса больше погрешности шага зацепления испытуемого, а величины нагружающего момента T и частоты и вращения испытуемого колеса определяют по следующим зависимостям b COdl2 У) 4000 Ен ZM Z p Кнг» Кн(3 2 2 2 бгмакс сн мнн Г (0,0415 -р — — — + 1 — К х fo где b в — рабочая ширина зубьев испытуемого колеса: dl — диаметр делительной окружности испытуемого колеса; lj — коэффициент, учитывающий модификацию головок зубьев (1/ = 0,71 при наличии модификации, 1г- 1 при ее отсутствии); 2н, Ем И Z — КОЭффИЦИЕН1Ы, УЧИтЫВаЮщие соответственно форму сопряженных поверхностеи зубьев, механические свойства материалов зубьев и суммарную длину контактных линий, Кнг» К„(— коэффициенты, учитывающие распределение нагрузки соответственно между зубьями и по ширине венца; Он м,, I1 О, м„, — MI1HI1MB 1bHble И MBKCH мальные планируемые контактные напряжения; 1г Ьгмакс — максимальная абсолютная величина разности погрешностей шагов в зубчатом зацеплении, мкм; О=1 мкм; н макс гг Он мин p = 1 рад м/с. Таблица 1 Таблица 2 Зуб, М Контактное напряжение, Мпа Зуб„ М га, мкм га, мкм 3,9 7,2 7,95 7,8 6,45 6,0 6,9 6,9 5,7 6,75 5,1 4,2 8,1 5,1 6,75 5,75 6,75 3,3 8,25 6,9 и ими 1 3 5 7 9 11 12 13 14 16 17 18 19 Погрешность ша-7 — 5 +4 -б --10 — 18 — 7 — 1 — 7 — 7 — 5 -2 -14 +20 — 5 — б -5 -41 — 5 Контактное напряжение, МПа 1551 1537 1544 1573 1632 1551 1507 1551 1551 1537 1602 1537 1544 1537 1809 1537 1626101 Число циклов, 1 0-7 6,9 6,3 5,85 6,6 7,05 7,05 6,9 7,05 7,2 4,95 4,95 7,2 7,05 3,15 6,6 21 22 23 24 26 27 28 29 31 32 33 34 36 37 38 39 ПогрешНОСТЬ ШЭ— 32 — 3 — 5 — 5 — 9 — 6 +5 — 7 — 6 — 3 — 19 — 4 — 7 -6 — 2 +58 — 8 -32 — 2 — 4 1734 1522 1537 1537 1566 1544 1551 1544 1522 1639 1529 1551 1544 1559 1734 1529 Число циклов, . 10-7 1626101 1оОО 1700 1ИО 1500 г10 Составитель Ю. Красненко Ре акто А.Козооиз Те ММ К ректор Т, Палий Заказ 271 Тир 353 дйисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101 н, ЛПа 9 10 110 о 10 0 h Раг. 2
