Зубчатая передача для усталостных испытаний

,80143 О 1 М 13/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКО рете 11 гг ц Р 15 4 г в в/гФиа ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(46) 23.10,88. Бюл, У 39 (71) Киевский .политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.А. Стаднюк, Ю.М. Тарасов и В.В. Стаднюк(56) Авторское свидетельство СССР 1 401900, кл, С О 1 М 13/02, 1971.Авторское свидетельство СССР 1 1019255, кл. С 01 М 13/02, 1982, (54) ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ(57) 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 изобния является улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности,уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний. Большиеколеса 2 и 4 передачи выполненытрехвенцовыми, меньшие 1 и 3 составлены из смещенных вдоль оси колеса центрального и боковых секторов,зубчатых и со срезанньии зубьями,чередующихся в шахматном порядке.Отношение чисел зубьев к 2 большегоколеса к числу зубьев г меньшегоколеса, шаг секторов, их число, атакже число зубьев в боковых секторах выбраны по установленной зависимости. При работе за один оборотменьших колес 1 и 3 большие колеса2 и 4 отстают на выбранную по уста14323 б 6 Составитель М, Левинск Техред М.Дидык ректор И Редактор И. Дербак Тираж 847 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.14323 бб нонленной зависимости величину, исо следующего оборота зубья меньшихколес 1 и 3 контактируют с другимизубьями больших колес 2 и 4. Позаверп 1 еции установленного числаоборотень меньшие колеса 1 и 3 и больИзобретение относится к машиностроению, а именно к испытательнойтехнике,и может быть использованопри испытании зубчатых колес на износ, изгибную прочность и усталостное выкрашивание.Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик передачипутем снижения ее виброактивности,уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний.На фиг. 1 изображен стенд замкнутого контура с зубчатыми передачами для усталостных испытаний, нафиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.; на15фиг. 3 - диаграмма нагружения зубьев центрального венца трехвенцовогозубчатого колеса; на фиг,. 4-9 - ва -рианты выполнения колеса с зубчатыми секторами (фиг.4,6,8) и соответ 20ствующие диаграммы нагружения зубьевцентрального венца трехвенцовогозубчатого колеса (фиг.5,7,9).Стенд содержит две зубчатые передачи для усталостных испытаний, каждая из которых смонтирована в отдельном картере и состоит из двухколес 1, 2 и 3, 4, причем колеса 2и 4, например, имеют больший диаметр, чем колеса 1 и 3. Колеса 2 и4 выполнены например, трехвенцовыми,а колеса 1 и 3 составлены из зубчатых секторов. Тихоходный 5 и быстроходный б валы соединяют соответственно колеса 1, 3 и 2,4 с помощью 35муфты 7 нагружения и жесткой муфты8. Привод 9 через муфту 1 О связан содной из передач. Отношение числазубьев гбольшого колеса 2 к числузубьев г меньшего колеса 1 не равно целому числу и определяется по1 а+п 1, зависимости - , где К, а и тпЭ,целые числа, при этом 1 является нешие колеса 2 и 4 занимают исходноеотносительное расположение, и далеецикл повторяется до получения требуемых экспериментальных данных.1 з.п, ф-лы, 9 ил. полным частным отношением чисел зубьев г и г 1, тп - остатком, а больше единицы и числа ш. Например, если отношение числа зубьев г г и г 1 принять равным 5/4, то К равно единице, ш - 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 г, г 1 и г 1 + г,/а и от 1 ц 1 цделенных от них техйологическими проточками 14 и 15 боковых, например 1 бзубьев 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 г /а, равными, например, г /4, г 1/4 и г /2 при а = 4. 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 1 бразмещены по обе стороны от каждого из центральных секторов 19-21 со срезанными зубьями симметрично по отношению к осевой ли. нии ЬЬ, проходящей посредине этих участков, и имеют числа зубьев г , равные числу зубьев, срезанных на центральных секторах 19-21, и меньше числа зубьев, определяемого из отношения г, /а для меньшего колеса и равного, например, г/2 ог, /ю а при а = 4 равного г,/8.Центральные 1-13 и боковые 1 бзубчатые сектора образуют по периметру каждого из колес 1 и 3 венец из несрезанных зубьев, фактическое число которых г 1 определяется каксумма зубьев г, + г 1 + г,ч+ г/а1 и а = 4(фиг. 4).Максимальное количество центральных и боковых секторов со срезанными зубьями должно быть меньше числа Ха+ш и равно, например, 4 при К = 1, ш = 1 и а = 4, а число зубьев боковых секторов г, меньше 1 числа зубьев, определяемого из отношения г(Ка/тп, и равного, на 50 центральных 11 - 13 и г Б+ г 1 Б+161 Б " /Ббоковых 16-18 зубчатых секторов.Трехяенцовые зубчатые колеса 2и 4 содержат Одинаковое количество5зубьев гг и выполнены с проточками 25 и 26, разделяющими зубчатыйвенец на три отдельных зубчатыхвенца , центральный 27, например,шириной В и боковые 28 и 29 шириной 1 ОВ/ 2 ,Проточки 2 5 и 2 6 ,глубина которых делается больше высоты зуба , выи ол няю т ся для выделения центральногозубчатого венца 2 7, ка к отдельного5зубч а то г 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 20экспериментальных данных могут неиспользоваться . Тогда и ри отношенииа + 1числа зубьев г/ г = , и ри К = 11 аи ш = 1 или, например, 5/4 при а = 4 25на центральном венце 27 больших колес 2 и 4 можно получить 5 секторов,содержащих по г/(а+1) или г /5 зубьев при а =- 4, в пределах каждого изкоторых имеется по два участка с 30числом зубьев г 1 Б и й , нагруженных в зависимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньшечисла а и равного, например, 1,2 или3 при а = 4 различным комбинациямчисел циклов нагружения, равных соответственно ЗБ и 4 И, 2 И и 4 И илиК и 4 И ( фиг 3),При необходимости исследования износостойкости и контактной прочностирабочих поверхностей зубьев ведущегоколеса при различных циклах нагружения сектора со срезанными зубьямимогут быть выполнены на большем колесе и расположены с шагами равными,а также кратными числу зубьев г, //(Ка+ш), например равными г /5,г, /5, г /5 и -при ш =2 г пример, г, /2(Ка+тп) , а приКа+пК = 1, ш =1 и а = 4 равногог 1 1 ОТогда при отношении чисел зубьев г/г, зубчатых колес 1, 2 и 3,4, определяемого из отношения, К+1 пв обЯ, щем случае и, как частньп случай,иза+1отношения при ш и К равных едианице и равном, например, 5/4 нриа = 4, на центральном венце меньших колес 1 и 3 можно получить 4 сектора, содержащих по г /а или - зубьев при/а = 4, в пределах каждого из которых имеется по два участка с числом зубьев г/6 и г /ц , подверженных в зависимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньшего числа К +ш и равного, например, 1,2,3 или 4 при К = 1, ш = 1 и а = 4, различным комбинациям чисел циклов нагружения, равным соответственно 41 и 5 Б, ЗИ ,и 5 И, 2 И и 5 И, И и 5 И (фиг.5)В зубчатой передаче для увеличения количества участков с определенньпч числом зубьев, подверженных различным числам циклов нагружения впределах каждого сектора, на центральных и боковых зубчатых секторах,напрк/ер на секторах, содержащих пог, /а или г,/3 зубьев при а = 3(фиг. 6), выполнены дополнительныецентральные сектора, например, 30и 31 со срезанными зубьями г и рас 16положенные с двух сторон против каждого из них боковые зубчатые сектора, например, 32 и 33 с числом зубь/ев г, , расположенные с шагами г,/а2 г,иили г,/3 и 2 г/3 при а = 3(фиг. 6, шаг 2 г, /3 не показан) и смещенные на некоторое количество зубьев г 1 ц + г 16 по Отношению к Основномуцентральному сектору .34 со срезанными зубьями г, , причем общее количество дополнительных секторов 30и 31 со срезанными зубьями и боковых зубчатых секторов 32 и 33 отлично от общего количества Основныхцентральных секторов (сектора 34)со срезанными зубьями и равно например, 2.10 15 20 25 30 35 Тогда при отношении чисел зубьевд+г/г,= впри К = 1 и ш = 1 или,д например, 4/3 при д = 3 на центральном венце 27 больших колес 2 и 4можно получить 4 сектора, содержащих по . или г, /4 зубьевггд+1при а = 3, в пределах каждого из которых имеется 4 участка с числом( зубьев г, г (, г,в и г ц, нагру(Бженным числом циклов нагружения, равных соответственно 2 И, ЗБ, Б и ЗИ (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 различ(ными и равны, например, г 1 сг с г при а = 4 (фиг. 8). Тогда при отношении чисел зубьев а+1г /г при К = 1 и ш = 1 или,1 1 анапример, 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( .,(( гг- ег,( - г и г,(ц подверженных различным числам циклов нагружения, равных соответственно И, 2 Б, ЗБ и 4 Б (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 зубьевг.г к г 1 зубчатых колес 2, 4 и 1, 3, определяемого в общем случаем по зависимости (Ка+ш )/а и (как частный случай) из отношения (а+1)/а при ш = 1 и Е = 1 и равном, например, 5/4 при а = 4,зд один оборот меньших колес 1 и 3большие колеса 2 и 4 сделают а/(а+1)оборота,например 4/5 оборота при а = 4,т,е,большие колеса 2 и 4 огстанут отменыцих колес 1 и 3 на 1/(а+1) оборота 40 45 50 55 или на г/(я+1) зубьев,например нд г /5зубьев при д =. 4, и со следующегооборота зубья меньших колес 1 и 3 будут контактировать уже с другими зубьями больших колес 2 и 4. Когда второй оборот меньших колес 1 и 3 завершится, большие колеса 2 и 4 сделают га/(д+1) оборота, например 8/5 оборота при д = 4, отстав от меньших колес 1 и 3 нд г /(а+1) оборота или на 2 г /( а+ ) зубьев, например на 2 г/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 г/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 д 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 1/5 оборота при а = 4. А поскольку зд каждый оборот меньших колес 1 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 г,/а зубьев, равных, например, 1/4 оборота или г,/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 1/(д+1 оборота илиг- зубье , например /5 оборотаа+или г, /5 зубьев при а = 4.Расположение боковых зубчатыхсекторов 1 б, иеющих одинаковоечисло зубьев г, и ширину, противцентральных секторных участков 1921 со срезанньии зубьями симметрично по отношению к осевой линии ЬЬ,проходящей посредине Зтих секторон,обеспечивает непрерывность зацепления колес 1, 3 и 2, 4 и постоянство положения линии действия нагрузки вдоль оси колеса, что обеспечивает снижение вибраций,Выполнение от одного до а)/центральных секторов со срезаннымизубьями, например трех центральныхсекторов 9-21, на колесах 1 и 3 счислом срезанных зубьев г не пренышающим число зубьев г,/а, и равным, например., г, /2 а с г,/а илиг /8 при а = 4, обеспечинает накаждом из секторов наличие двух секторов - срезанными зубьями г 1 ь изубчатого сектора с числом зубьевЕ,г = -- гравным, например,1 Н а 1 б"9 Уили г/8 при а = 4 и г 1 = г,/8,что н сочетании с расположениемцентральных секторов со срезаннымизубьями 19-21 с шагами, равными, атакже кратными г/а .зубьев, например равными г/4, г/4 и г,/2 приа = 4, позволяет получить за цикл аоборотов больших колес 2 и 4, например четырех оборотов, в пределахкаждого из (а+1) секторов из центральных венцов 27, например, в пределах секторов, содержащих по г//(а+1) зубьев, по дна участка счислом зубьев г 1 и г , равным,например, г,/8 и г/8 при а = 4,нагруженных соответственнои 4раза, поскольку благодаря наличиютрех центральных секторов 19-21с числом срезанных зубьев по г насекторах колес 1 и 3 соответствующие,зубья г центрального венца ко 15лес 2 и 4 за четыре их оборота будут 3 раза разгружены.При двух центральных секторах сосрезанными зубьями, например секторах 20 и 19, представляется возможность за четыре оборота колес 2 и4 получить на их пяти секторах подва участка с числом зубьев ги гнагруженных соответственно 2 и 4 ра 40 где ит - частота вращения большогоколеса 2, об/мин,- время испытания, ч,д - количество секторов со срезанными зубьями;а - число, соответствующее количеству зубчатых секторовменьшего колеса 1, периодически контактирующих с определенными секторами центрального венца 27 большего колеса 2, равно делителю отношения чисел зубьев гбольшего колеса 2 к числу зубьевг, меньшего колеса 1, определяемого как (1 са+ш)/а, где пасвнеполное частное отношение,ш - его остаток, причем а Ф 1,шса и Ьса.Число циклов нагружения Б зубь 1 Цев центрального венца меньшего колеса 1 периодически контактирующихпо дуге с секторами со срезаннымизубьями на большем колесе 2, за С часиспытания определяется по зависимости за, а при олпом центральном секторе со срезанньии зубьями, например сек-ире 9, нагрузить пх соответственно 3 и 4 раза (фиг. 3)таким образом возможно получениеэкспериментальных данных по результатам испытания при различных числах циклов нагружения зубьев, расположенных на одном и том же венце колеса, не меняющем н процессе испытания своего положения по отношениюк опорам, что обеспечивает одни ите же условия распределения нагрузки15 по длине контактных линий испытуемыхзубьев и повышает точность испытаний.1Кроме того, предлагаемая зубчатаяпередача обеспечивает проведениеиспытаний н различных диапазонахпередаточных чисел от 1 с П с 2 при1 и Ь 1) 2 при К Ъ 2, что позволяет уменьшить суммарное число зубь-,ев и габариты испытуемых колес.25 Число циклов нагружения И зубь/ф 2 цен центрального венца 27 большегоколеса 2, периодически контактирующих по дуге с секторами со срезанными зубьями на меньшем колесе 1, З 0 за С час испытания рассчитываетсяпо зависимости11 = 60 п С (1 - Ь/а) 1члстотл врлщения меныцегокопесл 1, об/мип;время псттытлттия,количество секторов со срезлнными зубьями,а - целые числа: Е - неполноечастное отношения чиселзубьев х большего колеса2 к числу зубьев к меньшего колеса, равного гд и,К,тп и 1 О Ка+ш 15аттт - его остаток а 9 делитель, причем ш ( а,а1 иЬсКа+ш ормула изобретения 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 экстпултлттиоттттт 1 тх хлрлктерттстикоттнтшение чисел зубьевио:тт ттет околеса к числу зубьев кттеттт тттегоколесл не рлвно целому числу и определено по злвиситтгтсти 2 1 г а+ тпкм агде ;,а,ттт - целые числл;неполное частноеотношение чисел зубьев,ттт - остаток;а - больше единицы и числа ш, сектора зубчатые и со срезанными зубьями выполнены чередующими в шахматном порядке с шагом, равным, а также кратным числу зубьев - г /ам для меньшего и к /(Ка+пц для большего колеса, максимальное количество центральных и боковых секторов со срезанными зубьями меньше числа а для меньшего и 1 а+ггт для большего колеса, число зубьев боковых секторов меньше к /а для меньшего и с/(Ка+ ш) для большет о колеса.2, Зубчатая передача по п. 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что числа зубьев соседних по периметру боковых зубчатых секторов различны.