Способ определения коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче

Изобретение относится к машиностроению, а именно к определению технического состояния редуктора, и может быть использовано при испытаниях силовых зубчатых передач при различных условиях нагружения и смазывания. Способ определения коэффициента трения скольжения зубчатой передачи заключается в том, что на на стенде испытуемого редуктора замеряют электрические параметры электродвигателя, приводящего механическую систему в движение, с нагружением. При этом сначала устанавливают частотным преобразователем угловую скорость вращения электродвигателя, затем прикладывают стабильную нагрузку на ведомый вал редуктора, осуществляемую рычажной системой с заданными грузами механического колодочного тормоза ТК, воздействующей на асинхронный короткозамкнутый электродвигатель через кинематическую связь зубчатого механизма. Далее замеряют потребляемый ток и напряжения по точным приборам класса 0,5 с двух фаз статора, показания которых обрабатывают аналого-цифровым преобразователем типа 1113ПВ1, а расчет коэффициентов трения в зацеплении производят на ПЭВМ по формуле, приведенной в описании. Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности определения коэффициента трения скольжения в зацеплении зубчатой передачи для оценки работоспособности смазочного материала (СМ) с различными присадками и добавками с целью прогнозирования износостойкости и долговечности механической трибосистемы. 2 ил.

 

Способ определения коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче относится к машиностроению, а именно к определению технического состояния редуктора ,и может быть использован при испытаниях силовых зубчатых передач при различных условиях нагружения и смазывания.

В практике широко используют способы, позволяющие оценивать показатели технического состояния зубчатых передач на моделирующих шестеренчатых стендах: IAE (Англия), FZG (ФРГ), Ryder (США), Ш-3 (СССР) и др. [Розенберг Ю.А., Виноградова И.Э. Смазка механизмов машин / М.: Гос. научн.-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной л-ры, - 1960. - С. 287-324]. Если стенд FZG работает при одной скорости, то стенды IAE, Ryder и Ш-3 имеют возможность изменять скорости вращения зубчатых колес, причем первый за счет сменных шкивов клиноременной передачи, а два последующих через мультипликатор. Во всех конструкциях нагружение производится в статическом состоянии при помощи рычага с грузами. На всех этих стендах исследуется работоспособность зубчатых колес при смазке определенным смазочным материалом (СМ), где оценочным показателем является задиростойкость и износ. Недостатком рассматриваемых стендов является отсутствие исследования СМ на смазочную способность по коэффициенту трения скольжения в зацеплении зубчатой пары.

Известен способ определения коэффициента трения в зубчатом зацеплении в зависимости от отношения момента, затрачиваемого на трение профилей зубьев - МТР, к крутящему моменту, передаваемому зубчатой парой - М1-2 и от геометрии зацепления [Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. Справочное пособие / М.: МАШГИЗ, 1962. С. 176-177]

где ϕ=0,184 - параметр, зависящий от геометрии зацепления (по данным Г.К. Трубина для цилиндрических зубчатых колес с чистотой поверхности профилей Нск=2,5 мкм).

В работе приведены значения коэффициентов трения в зацеплении прямозубых цилиндрических колес при смазке минеральными маслами с разной вязкостью. Недостатком определения коэффициента трения скольжения является лабораторное определение на образцах, что часто приводит к не точным результатам, так как они строятся на глубоком допущении, заключающемся в том, что на коэффициент трения влияет только природа контактируемых тел.

Известен способ определения коэффициента трения скольжения с безразмерным обобщенным фактором трения скольжения, относящийся к случаю скольжения тел, который учитывает изменение нагрузки, скорости скольжения, вязкости масла, твердости менее твердого материала, приведенного радиуса кривизны и модуля упругости материалов [Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка. Справочник / Под ред. И.В. Крагельский, В.В. Алисин; в 2-ух кн., кн. 2. М.: Машиностроение, - 1979. - С. 119-124]:

где ƒ - коэффициент трения скольжения;

N - нагрузка;

НВ - твердость материала более твердого тела;

μ - динамическая вязкость масла;

Vск - скорость скольжения;

Rпр - приведенный радиус кривизны;

Eпр - приведенный модуль упругости материалов.

Недостатком определения коэффициента трения скольжения является использование усредненных величин нагрузки и скорости скольжения в зубчатой паре, поэтому точность данного уравнения мала, в пределах 15% при использовании металлических тел с характеристиками контактирования 283≤НВ≤627; 5≤μ≤600 сСт; 0,5≤Vск≤4,5 м/с; 10≤N≤500 Н.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения коэффициента трения в зубчатом зацеплении, в котором на стенде по замеренным электрическим параметрам электродвигателя, приводящего механическую систему в движение с нагружением [Юсупов P.P. Жиркин Ю.В., Мироненков Е.И., Губарев Е.В. Исследование влияния карбонитрирования на снижение коэффициента трения // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2014. Т. 1. №1. С. 214-216]. Работа стенда основана на измерении нагрузки на электродвигатель, эта нагрузка фиксируется амперметром, включенным в цепь электродвигателя. Коэффициент трения в зубчатом зацеплении определяется по зависимости:

где U - напряжение в сети, В;

Iн - ток нагрузки, А;

Ix.x. - ток холостого хода двигателя, А;

cosϕ=0,82;

η - к.п.д. подшипников качения;

Vск - скорость скольжения на контакте, м/с;

Рк - окружная сила в зацеплении, Н.

Недостатком данного способа является усредненное определение коэффициента трения скольжения ƒ, так как VCK принимается постоянной величиной VCK=0,85 м/с. Однако известно, что скорость VCK в произвольной точке касания двух сопряженных профилей зубчатой пары равна расстоянию этой точки касания до полюса зацепления, умноженному на относительную угловую скорость, и это расстояние переменно, а значит VCK - не постоянная величина [Машков А.А. Теория механизмов и машин. Минск: Вышэйшая школа, 1971. с. 233]. В связи с этим практически невозможно оценить действительное значение ƒ по линии зацепления в разных точках зубчатой пары при разных нагрузках, особенно в экстремальных условиях у ножки зуба, где скорость скольжения максимальна. В результате нельзя оценить влияние разных смазочных материалов на коэффициент трения.

Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет возможности определения коэффициента трения скольжения в зацеплении зубчатой передачи для оценки работоспособности смазочного материала (СМ) с различными присадками и добавками с целью прогнозирования износостойкости и долговечности механической трибосистемы.

Указанный результат достигается тем, что в способе определения коэффициента трения в зубчатом зацеплении, на стенде испытуемого редуктора замеряют электрические параметры электродвигателя, приводящего механическую систему в движение, с нагружением, согласно изобретению, сначала устанавливают частотным преобразователем угловую скорость вращения электродвигателя, затем прикладывают стабильную нагрузку на ведомый вал редуктора, осуществляемую рычажной системой с заданными грузами механического колодочного тормоза, воздействующей на асинхронный короткозамкнутый электродвигатель через кинематическую связь зубчатого механизма, замеряют потребляемый ток и напряжения по точным приборам класса 0,5 с двух фаз статора, показания которых обрабатывают аналого-цифровым преобразователем типа 1113ПВ1, а расчет коэффициентов трения в зацеплении производят на ПЭВМ по формуле

где ƒ - коэффициент трения скольжения в зубчатой паре;

М2 - момент на ведомом валу редуктора (нагрузка), Нм;

nЭЛ - угловая скорость электродвигателя, об/мин;

U - среднее напряжение 2-х фаз электродвигателя, В;

J - средняя сила тока 2-х фаз электродвигателя, А;

cosϕ - коэффициент электродвигателя;

u1-2 - передаточное отношение зубчатой пары;

β - угол наклона зуба колеса, град.;

εα - коэффициент торцового перекрытия зубчатых колес;

Z1, Z2 - количество зубьев, соответственно шестерни, колеса.

Технический результат достигается за счет того, что коэффициент трения скольжения ƒ в зубчатой передаче с заданными параметрами зубчатых колес (u1-2, β, εα, Z1, Z2) и условиями испытания (М2, nЭЛ) определяется в зависимости от вида испытуемого смазочного материала.

Данный способ характеризуется эмпирическим определением коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче в зависимости от применяемых смазочных материалов. В способе повышается точность определения коэффициента трения зубчатой передачи за счет замера двух фаз статора и преобразования АЦП электрических показаний электродвигателя, а также стабильной механической связи ведомого вала редуктора с колодочным тормозом ТК, который создает определенный нагружающий момент, осуществляемый рычажной системой с заданными грузами. Это дает возможность получить адекватные антифрикционные показатели исследуемых смазочных материалов в натурных зубчатых передачах. Полученное уравнение определения ƒ в зубчатой передаче является научно обоснованным уравнением, результаты расчета которого позволяют выбрать наиболее подходящий смазочный материал из ряда испытуемых масел с присадками и добавками при заданных условиях эксплуатации механизма, а также может быть использовано для прогнозирования износостойкости, долговечности и энергетической эффективности исследуемой механической трибосистемы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - схема стенда для испытаний смазочных материалов в зубчатых передачах; на фиг. 2 - графики изменения коэффициента трения скольжения ƒ в зависимости от вида смазочного материала и нагрузки на ведомый вал редуктора М2 при определенных угловых скоростях вала электродвигателя nЭЛ.

Способ определения коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче используют следующим образом. Используется схема стенда для испытаний смазочных материалов в зубчатых передачах (фиг. 1), где 1 - асинхронный короткозамкнутый электродвигатель АИР80В4 (NH=1,5 кВт; nC=1500 об/мин); 2 - одноступенчатый зубчатый цилиндрический редуктор Ц-100-2,5 (межосевое расстояние a=100 мм, передаточное отношение u1-2=2,5, номинальный крутящий момент на тихоходном валу М2Н=250 Нм); 3 - колодочный тормоз (ТК) с рычажной системой нагружения в диапазоне М2=50-250 Нм; 4 - измеритель и частотный преобразователь LS600-11; 5 - аналого-цифровой преобразователь 1113ПВ1 угловой скорости электродвигателя nЭЛ=250-1500 об/мин; 6 - расчетный блок; 7 - дисплей ПЭВМ, 8, 9 - электро-измерительные приборы точности 0,5 класса. В редуктор 2 заливают испытуемый смазочный материал на высоту окунания зубчатого колеса равную 4m (m - модуль, мм). Устанавливают заданный момент сопротивления М2 на колодочном тормозе 3 грузами рычажной системы, угловую скорость электродвигателя nЭЛ частотным преобразователем 4, включают электроизмерительные приборы 5-9. После пуска электродвигателя 1 в установившемся стационарном режиме работы редуктора 2 через 5 минут при нагрузке М2=50 Нм и заданной угловой скорости электродвигателя 1 осуществляют передачу показателей: nЭЛ, U, J, М2 на расчетный блок 6 с фиксацией данных на дисплее компьютера 7. Затем увеличивают нагрузку на ведомый вал редуктора в шаговом режиме на М2=25 Нм с диапазоном от 50 до 250 Нм и автоматически получают на дисплее ПЭВМ 7 график зависимости ƒ=f(M2) по 9 нагрузкам. Таким образом, получают график, который анализируют и сравнивают с подобными зависимостями испытуемых СМ. Данный способ предусматривает определение коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче при изменении угловой скорости электродвигателя в пределах nЭЛ=250-1500 об/мин. Тем самым при установленных режимах эксплуатации зубчатых передач определяют показатели ƒ смазочных материалов, которые позволяют оценивать критерии работоспособности СМ.

Пример 1

В редуктор заливают масло И-40 на высоту окунания зубчатого колеса равную 4m, устанавливают постоянную скорость вала электродвигателя nЭЛ=750 об/мин, нагрузку колодочным тормозом на ведомый вал редуктора М2=50 Нм и после 5 минут работы электродвигателя осуществляют передачу показателей nЭЛ, U, J, М2 на модуль компьютера. Затем устанавливают нагрузку, равную М2=75 Нм, также фиксируют измеряемые показатели и так далее, повышая нагрузку в каждом опыте на М2=25 Нм, до М2=250 Нм. По этим данным автоматически на дисплее компьютера вычерчивается график зависимости коэффициента трения скольжения зубчатой передачи от момента нагрузки ведомого вала редуктора ƒ1=f(M2) при постоянной угловой скорости электродвигателя nЭЛ=750 об/мин, фиг. 2.

В данном примере проводят испытание масла И-40 по тому же способу, но при другой угловой скорости электродвигателя nЭЛ=1000 об/мин и на компьютере получают график ƒ2=f(M2), фиг. 2.

Пример 2

Пример 2 выполнен аналогично примеру 1 с маслом ТАД-17 - график ƒ3=f(M2) при угловой скорости nЭЛ=750 об/мин и ƒ4=f(M2) при nЭЛ=1000 об/мин, фиг. 2. Анализируя работоспособность СМ в зубчатой паре по графикам, можно сделать вывод, что масло ТАД-17 имеет более высокие антифрикционные свойства в сравнении с маслом И-40, фиг. 2, так как коэффициенты трения скольжения ниже при нагрузках М2=50-250 Нм при соответствующих угловых скоростях.

Таким образом, способ определения коэффициента трения скольжения в зубчатой передаче эмпирическим расчетом при использовании исследуемых смазочных масел с присадками определяет антифрикционные свойства механической трибосистемы при работе в заданных режимах эксплуатации и может быть использован для прогнозирования износостойкости, долговечности и энергетической эффективности СМ в зубчатой передаче.

Способ определения коэффициента трения скольжения зубчатой передачи, заключающийся в том, что на стенде испытуемого редуктора замеряют электрические параметры электродвигателя, приводящего механическую систему в движение с нагружением, отличающийся тем, что сначала устанавливают частотным преобразователем угловую скорость вращения электродвигателя, затем прикладывают стабильную нагрузку на ведомый вал редуктора, осуществляемую рычажной системой с заданными грузами механического колодочного тормоза, воздействующей на асинхронный короткозамкнутый электродвигатель через кинематическую связь зубчатого механизма, замеряют потребляемый ток и напряжения по точным приборам класса 0,5 с двух фаз статора, показания которых обрабатывают аналого-цифровым преобразователем типа 1113ПВ1, а расчет коэффициентов трения в зацеплении производят на ПЭВМ по формуле

где ƒ - коэффициент трения скольжения в зубчатой паре;

М2 - момент на ведомом валу редуктора (нагрузка), Нм;

nЭЛ - угловая скорость электродвигателя, об/мин;

U - среднее напряжение двух фаз электродвигателя, В;

J - средняя сила тока двух фаз электродвигателя, А;

cos ϕ - коэффициент электродвигателя;

u1-2 - передаточное отношение зубчатой пары;

β - угол наклона зуба колеса, град;

εα - коэффициент торцового перекрытия зубчатых колес;

Z1, Z2 - количество зубьев, соответственно шестерни, колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к испытательной технике для исследования и испытания редукторов. Способ определения вариативности передаточного отношения редуктора заключается в том, что обеспечивают исходные значения частоты вращения входного вала, момента торможения выходного вала редуктора и определяют вариативность передаточного отношения дискретно по разности времени вращения входного и выходного валов на базовых углах их поворота, при этом базовый угол поворота входного вала в i раз больше базового угла поворота выходного вала, где i - номинальное значение передаточного отношения редуктора.

Нагружающий механизм стенда для испытаний тросового привода относится к устройствам для испытаний дистанционного тросового привода управления механизмами. Механизм содержит электродвигатель с блоком управления, который задает усилие сопротивления перемещению, шарико-винтовую пару, преобразующую линейное перемещение троса во вращение вала электродвигателя, датчики усилия и углового перемещения.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания зубчатых передач с замкнутым контуром. Устройство содержит внутреннее зубчатое колесо c внутренними зубьями, сконфигурированное для зацепления с подлежащей испытанию малой шестерней, причем ось внутреннего зубчатого колеса зафиксирована относительно оси подлежащей испытанию малой шестерни, опору, на которой установлено внутреннее зубчатое колесо, центральный элемент передачи движения, выполненный с возможностью вращательного движения относительно неподвижной оси, фиксированной относительно оси внутреннего зубчатого колеса, обеспеченной внутренними зубьями, малую шестерню, чтобы приводить в движение внутреннее зубчатое колесо, сконфигурированную для зацепления с внутренними зубьями внутреннего зубчатого колеса, подвижную опору, на которой закреплена малая шестерня, приводящая внутреннее зубчатое колесо, опору для подлежащей испытанию малой шестерни, фиксированную относительно опоры внутреннего зубчатого колеса, средство для запуска во вращение подвижной опоры относительно оси внутреннего зубчатого колеса, когда запущена во вращение сборка, составленная из подлежащей испытанию малой шестерни, внутреннего зубчатого колеса со своими внутренними зубьями, центрального элемента передачи движения и малой шестерни, приводящей внутреннее зубчатое колесо.

Изобретение относится, в частности, к диагностике газотурбинных двигателей, имеющих в конструкции шестерни редуктора. При реализации способа оценивают изменение парциальных вибраций редуктора в фазовой области вибрационного акустического сигнала двигателя, которые определяют как разность между известными допустимыми значениями амплитуды вибраций шестерни, определенными в результате приемочных испытаний двигателя, и экстремальными значениями функции амплитуды вибрации, вычисляемыми на частоте зацепления зубьев и на интервале времени, кратном периоду диагностируемой шестерни.

Изобретение относится к стендовым испытаниям узлов транспортных средств. Предложена автоматизированная система управления нагружающим устройством для стендовых испытаний автомобильных энергетических установок, в которой устройство имитации колеса содержит блок модели привода, который в реальном автомобиле связывает вал испытываемого силового агрегата энергоустановки с колесами, и интегрирующее звено, постоянная времени которого равна моменту инерции имитируемого колеса и коэффициент усиления равен радиусу имитируемого колеса.

Изобретение относится к устройствам для моделирования воздействия аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся элементы летательных аппаратов при наземных испытаниях.

Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам для испытания механизмов, в частности для испытаний дистанционного тросового привода управления механизмами, например коробками передач.

Изобретение относится к способу вибрационной акустической диагностики и может быть использовано для диагностики в эксплуатационных условиях дефектов, зарождающихся в зубьях шестерен.
Изобретение относится к способу диагностики технического состояния мотоцикла. Способ заключается в том, что мотоцикл с выключенным двигателем устанавливают на расстоянии 0,5 м от неподвижного объекта.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при исследованиях работы реальных зубчатых колес механических передач, работающих со смазыванием.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к определению технического состояния редуктора, и может быть использовано при испытаниях силовых зубчатых передач при различных условиях нагружения и смазывания. Способ определения коэффициента трения скольжения зубчатой передачи заключается в том, что на на стенде испытуемого редуктора замеряют электрические параметры электродвигателя, приводящего механическую систему в движение, с нагружением. При этом сначала устанавливают частотным преобразователем угловую скорость вращения электродвигателя, затем прикладывают стабильную нагрузку на ведомый вал редуктора, осуществляемую рычажной системой с заданными грузами механического колодочного тормоза ТК, воздействующей на асинхронный короткозамкнутый электродвигатель через кинематическую связь зубчатого механизма. Далее замеряют потребляемый ток и напряжения по точным приборам класса 0,5 с двух фаз статора, показания которых обрабатывают аналого-цифровым преобразователем типа 1113ПВ1, а расчет коэффициентов трения в зацеплении производят на ПЭВМ по формуле, приведенной в описании. Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности определения коэффициента трения скольжения в зацеплении зубчатой передачи для оценки работоспособности смазочного материала с различными присадками и добавками с целью прогнозирования износостойкости и долговечности механической трибосистемы. 2 ил.

Наверх