Способ испытания зубчатых колес на контактную выносливость зубьев

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН А 1 3 02(51 БРЕТЕНИЯ САН СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСК(71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР (72) О.В,Берестнев, В,Л,Басинюк, Ю.С.Куколко и Н.Э,1 Певчук(56) Авторское свидетельство СССР У 167334, кл. С 01 М 13/02, 1964.Авторское свидетельство СССР У 207442, кл. С 01 М 13/02, 1966. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА КОНТАКТНУЭ) ВЫНОСЛИВОСТЬ ЗУБЬЕВ (57) Изобретение относится к машино- троению, а именно к испытательной ехнике, и может быть использовано при ускоренных испытаниях зубчатых колес на контактную выносливость зубьев, Целью изобретения является повыеение точности при испытании широс т 4 ил,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС по делАм изОБРетений и ОтнРы ковенцовых зубчатых колес путем обеспечения идентичности условий нагружения каждого иэ зубьевПеред испытаниями на рабочих поверхностях 3зубьев 1 испытуемого колеса выполняются выборки 2, глухие вдоль образующей 4 делительного цилиндра 5, которые отличаются по длине от зуба кзубу в каждом из секторов, равномернорасположенных 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 определяютсяпо установленным зависимостям, Передачу испытывают до выкраеивания рабочих поверхностей 3 зубьев 1 испытуемого колеса, по которым судят оконтактной выносливости зубьев 1Изобретение относится к машино"- строению, а именно к" испытательнойтехнике, и может быть использованопри ускоренных испытаниях зубчатыхколес на контактную выносливость зубьев.Цель изобретения - повьппение точности при испытании широковенцовыхзубчатых колес путем обеспечения 10идентичности условий нагружения каж, дого из зубьев колеса,На фиг. 1 показан зуб испытуемогозубчатого колеса с выборкой, выполненной, например, долблением; нафиг, 2 - схема выполнения выборок напоследовательно расположенных зубьях;на фиг. 3 - схема распределения нагрузки по длине контактных линий зубьев с различной длиной выборок дляшироковенцовых зубчатых колес; нафиг. 4 - схема контактных давленийна зубьях с различной длиной выборок.Испытуемое зубчатое колесо (не показана) имеет несколько групп зубьев1 с выборками 2 на рабочих поверхнос"тях 3 зубьев, имеющих различную длину1 вдоль образующей 4 делительногоцилиндра 5.30Часть зубьев 1 выполнена беэ выборок и имеет полную рабочую ширинуЬ, На остальных зубьях 1 длина 1 вьборок подбирается так, что в результате приложения к передаче, содержа"щей испытуемое зубчатое колеса, пос этоянного нагружающего момента, нарабочих поверхностях 3 зубьев 1 испытуемого колеса создаются контактные напряжения, больше предполагаемого предела контактной выносливости,40а на поверхностях 3 зубьев 1 с полнойшириной Ь (без выборок) - контактныенапряжения меньше предполагаемогопредела контактной выносливости. Этопозволяет при испытании одного зубча 45того колеса определить предел контактной выносливости, который берется в "вилку напряжения". Подбор числаступеней "вилки" и разности напряже"ний между соседними ступенями обеспе" 50чивает гребуемую точность построениякривой усталости. Наиболее рациональ"но принять длину 1 выборок 2 равной0,18 Ь, 0,351., 0,53 Ь и 0,56 Ь, а впроцессе испытаний приложить момент, 55обеспечивающий контактные напряженияна зубьях 1 с полной рабочей шиной Ьравные Сн .= 0,95 Сць, где Ср 1.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 перегибаее кривой, соответствующую пределу контактной выносливости (фиг. 4).У цилиндрических зубчатых колес выборка 2 располагается симметрично по высоте зуба 1 - относительно дели. тельного цилиндра 5, по длине Ь 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 0,8- 2 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 ф 0,25-0,3 модуля от делительного цилиндра 5, что в целом составляет 0,5-0,6 модуля., При увеличении ширины выборки 2 более 0,6 модуля резко снижается износостойкость головок и ножек зубьев 1.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 0,956 р; ь и 1,0561;Ь, где 6ь - предполагаемый предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей 3 зубьев 1. Тогда при наработке более 120 1 О цикловь поверхности 3 с контактными напряжениями, равными 1,056, разрушатся,14а поверхности 3 с контактными напряжениями 0,95 6 сохраняют свою работоспособность (на них отсутствуютпиттинговые лунки). Так как к каждому зубу 1 прикладывается одинаковый момент, то Ь ;(0,95 бру;, 6)- Ь,(, 056;, ), Ь, - полнаярабочая длина Ь зубьевбез выборок;Ь, - рабочая (контактирующая в зонеделительной окружности) длина Ь зубьев с наименьш й длиной 1 выборок2, Отсюда Ь,= 0,82 Ь 1 у а 1,= 181 где1 - длина выборки 2 наименьших раэмерон,При форсировании нагрузок выше(1,31,4)йре;, масляный слой всопряжении зубчатых колес выдавливается, наступает металлический контакт и рабочие поверхности зубьевне ныкрашиваются, а изнашиваются,Поэтому максимальная и средняя длины 1 выборок 2 могут быть определеныиэ соотношения 0952 2Ь = (г) Ь 065 Ь1,05+1,3 ц ф фа 12 = 0,351,Ь 1 = (- ) Ь,= 0,53 Ь0951а 1 = 0,43 Ь,Ь = (-ь - ) Ь = 046 ЬФ (Да 1= 0,561Таким образом, диапазон изменения 1 выборок 2 равен 0,18-0,56 Ь,причем выполнение выборок 2 с промежуточными длинами 1 рациональновыполнять с 1 = 0,53 Ь и 1 = 0,47 Ь.Это позволяет получить гарантированные результаты по числу циклов наработки зубьев на 3-4 уровнях нагружения, обеспечивающих построение кривой усталости, включая определенияточки ее перегиба, соответствующегопределу контактной выносливости.Величина контактных напряжений назубьях 1 без выборок 2, равная0,956;, , выбрана, исходя из следующего,При уменьшении контактных напряжений менее 0,9561;,диапазон "вилки , в которую взят предел контактной вьнослиности (0,95-1,05)Ь р;оказывается достаточно широким, и порезультатам испытаний не представляется возможным определить нагрузки,соответствующие пределу контактной 35982выносливости, т.е. точность определения точки перегиба кривой усталостиоказывается недостаточно высокой,Кроме того, из-за недостаточно высокой точности коэФфициентов, входящихн зависимость для определения нагружающего момента Т, при принятии 6р(О, 96-0, 99)6,. ь на зубьях 1 сполной рабочей шириной (беэ выборок)частично появляются питтинговые лункии результать 1 испытаний не позволяютдостоверно определить точку перегибакривой усталости.Способ осуществляют следующим образом.На рабочих поверхностях 3 частизубьев 1 испытуемого колеса выполняют, например, долблением или фреэерованием глухие вдоль образующей4 делительного цилиндра 5 выборки 2,отличающиеся по длине 1 от зуба кзубу в каждой из секторов зубчатогоколеса, равномерно расположенном по 25 его окружности и имеющем также одинзуб без выборки 2. 1 Цирину каждой выборки 2 назначают равной 0,5-0,6 модуля колеса, длин 1 - 0,18-0,56 длины Ь зуба 1, Испытуемое колесо вводят 30 в зацепление с технологическим зубчатым колесом и прикладывают к передаче, составленной из этих колес, постоянный нагружающий момент, величинуТ которого выбирают по следующей зависимости;35Т = (0,95 С).К;где бр;- предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей 3 зубьев 1;Ъс 1 ш и2 10 (и+1)22 м 2 е Кнр Кн 1 рыгде Ь - рабочая ширина зУбьев 1;Ы, - диаметр делительной окружности испытуемого зубчатого колеса;ц - передаточное отношение передачи;502; 2,;21 1 рд 1К; К - коэффициенты, характеризующие параметры зацепления,Испытывают передачу до выкрашивания рабочих поверхностей 3 зубьевиспытуемого колеса и по полученнымрезультатам определяют параметры кривой усталости, н том числе точку пе 14359региба ее кривой, соответствующую пределу контактной выносливости (фиг. 4).П р и м е р, Проведены испытания зубчатого колеса с модулем ш = 5 мм, числом зубьев Е = 20, шириной зубчатого венца Ь = 65 мм из стали 20 Х 2 Н 4 Аь прошедшего цементацию и закалку до поверхностной твердости НРС 5658 (зубчатое колесо угольного комбайна горношахтного оборудования), На зубьях выполняются ныборкй длиной 6,5, 19,5,. 26 и 32,5 мм, причем выборки на каждом последующем зубе располагаются в порядке возрастания их длины и начинаются на 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 изготовлено зубчатое колесо с расположенными посредине выступами шириной 65, 32, 5, 39, 44,5 и 48,5 мм. Испытания пронодят на, стенде с замкнутым силовым контуром. В качестве сопрягаемых берут колеса с модулем ш = 5 и числом зубьев80Необходимый крутящий момент определяется по формулеТ (0,95 Сц;ь,ь) Кь35 где К = ------ "- -- . -ь2 1 У(ц+1)22, Е. Ккп Кн 1 Кщгде Ьп 4, 140 кг/мм- предел контактной выносливости материала поверхностей зубьев;Ь - рабочая ширина зубьев; д = 1 00 мм - диаметр делительной Ыокружности испытуемогозубчатого колеса;ц = 4 - передаточное отношениеиспытуемой передачи; Нь ь юь. ЕьК ь К , К ,- коэффициентыь характеризующие параметры зацепления.И = 1,68; г = 86,9; Е= Оь 85;Одновременно с этим испытывают на 55 4 уровнях нагружения с построением кривой усталости зубчатых колес срабочей шириной зубьев Ьд = 65 мм,82 бАнализ полученных результатов показывает, что точность определения угланаклона кривой усталости при испытании зубчатого колеса в соответствии с,предлагаемым способом примерно наЗОБ превышает точность определенияаналогичного параметра при испытаниях в соответствии с базовым объектом,Кроме того, значительно упрощаетсяизготовление испытуемого зубчатогоколеса; выборки обрабатываются назубофрезерном станке пальцевой фреэой до химико-термической обработкизубчатого колеса,Испытания согласно предлагаемомуспособу позволяют повысить точностьопределения параметров кривой контактной усталости при исследованиишироковенцовых зубчатых колес, оценить в процессе иси:тания влияниена контактную усталостную прочностьуглов перекосов и неравномерностираспределения нагрузки по длине контактных линий, понысить технологичность изготовления испытуемого зубчатого колеса.Формула иэобретечияСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 - 0,18-0,56длины зуба, а величину нагружающего момента определяют по зависимостиТ = (Оь 95 ОнбтЬ)Кь где Г, - предел контактйсй нынЬносливости материаларабочих поверхностейзубьев;1435932 7Ъьг д ц2 Ъ Е 10 (ц+1)2 Е 2К.Р Кн 1,КщУгде Ъ, - рабочая ширина зубьев;й- диаметр делительной окружности испытуемого зубчатогоколеса; 2 Составитель Ю, КрасненкоТехред М.Моргентал Корректор А. Обруч Н. Туп едак каз 5637 4 Тираж 847 ПИ Государственн о делам изобрете Москва, Ж, Р го ий