Способ испытания зубчатых колес на контактную усталость

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИ.СТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (1) 458 А 5 6 01 М 13/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИ К АВТО может быть использовано. при испытании зубчатых колес на контактную усталость. Целью изобретения является упрощение и повышение точности испытаний. При осуществлении способа прикладывают к колесу иэ исследуемого материала, имеющему зубья различной ширины Ь 1 и Ь 2, и сопряженному с ним дополнительному колесу серию однонаправленных,различных по величине и относительнойпродолжительности действия крутящих моментов до достижения требуемой степени выкрашивания рабочей поверхности каждого зуба колеса из исследуемого материала, а о контактной усталости судят по суммарной долговечности зубьев различной ширины, 1 ил. юл. )ч. 11нститут инженеров морско ник и В.М,Бессараб88.8)е свидетельство СССРл. 6 01 М 13/02, 1987.е свидетельство СССРл, 6 01 М 13/02, 1988,4) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЕС НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ7) Изобретение относится к машиностроеию, а именно к испытательной технике, и Изобретение относится к машино нию и может быть использованопри тании зубчатых колес на контак усталость. Известен способ испытания зу колес на контактную усталость, закл щийся в том, что прикладывают к зуб колесу из исследуемого материала,щему зубья различной ширины, и сопр ному с ним дополнительнои у зубч колесу крутящий момент до дости требуемой степени выкрашивания ра поверхности каждого зуба. колеса иэ дуемого материала, по которой судят тактной усталости колеса из исследу материала.трое- испы- тную Недостатками из пытания является .не меняемых для его ос колес и пониженная т яся в том, что испыт жая передачу постоя время как условия зкс рактериэуются нерегу Целью изобретен ние и повышение точн соответственно повь) сти колеса из иссле проведения испытан ных условиях. Цель достигается половины количестватем, что ширину Ь 2зубьев колеса из исс(21) 4763131/ (22) 28,11.89 (46) 23.03.92. (71) Одесский флота (72) Н.В,Олей (53) 621,833 (О (56) Авторско ЬВ.1435982,кАвторско М 1601537, к бчатых ючаюцатому имею- яженатому . жения бочей исслео кон- емого вестного способа истехнологичность приуществления зубчатых очность, заключающаания проводят, нагрунным моментом, в то плуатации передач халярным нагружением. ия является упрощеости испытания путем шения технологичнодуемого материала и ия при эксплуатацион 1721458ледуемого материала определяют по следующей зависимости;Ь 2 = хЬ 1 = 1/2 чнц, (1) где Ь 1 - ширина остальных зубьев колеса из исследуемого материала;с = 0,0425 НВ,5 " ориентировочноный угловой коэффициент кривой контактной усталости (ККУ) зубьев колеса из исследуемого материала;НВ - твердость последних,прикладывают к валам колес серию однонаправленных, различных по величине и относительной продолжительности действия крутящих моментов, а о контактной усталости зубьев колеса из исследуемого материала судят по суммарным долговечностям зубьев различной ширины,На чертеже представлены развертка боковой поверхности колеса из исследуемого материала (а), суммарные долговечности зубьев последней до наступления выкрашивания их до степени 6 = 2(б) и блоки нагружения зубьев шестерни с шириной Ь 1 (В) и с шириной Ь 2 (г).Предлагаемый способ осуществляют при испытании изготовленных из исследуемого материала (стали 40 Х) прямозубых колес с модулем 4 мм: шестерни с Е = 19 зубьями и колеса с 81 зубом, Ширина половины количества зубьев Д 1 = Е/2 = 19/210) шестерни Ь 1 = 10 мм. Для сравнительно низкой твердости зубьев колес, среднее значение которой составляет 242 НВ, что соответствует параметру с кривой усталости, принятому по ГОСТ 21354-87 равным 6, принимают коэффициент х = 0,8, следовательно Е 2 = Е - 71 = 9 зубьев шестерни выполняют с шириной ь 2 = х ь 1 = 0,8 10 = 8 мм (фиг. 1,а).Зубчатые колеса устанавливают в корпус редуктора и испытывают на обычной конструкции стенде с замкнутым силовым потоком,Для степени 6 = 2 определяют предел контактной выносливости материала зубчатых колес:анись = 1 8 Н В + 65 = 500,6 МПа, Произвольно задаются числом ступеней нагружения в блоке К = 3 напряжениями й снвпь. Для зацепления зубьев колеса с зубьями шестерни шириной Ь 1 их принимают равными о 1 = 950 МПа, о 2 = 855 МПа, (тз = 760 МПа. Из формулы по ГОСТ 21354 - 87, в которой вход,.щие /в нее величины составляют Ее - 190 МПа, 2 н = 2,495, 7 = =0,881, Ь = Ь 1= 10 мм, Кн = Кнч = 1,05, 01= =76 мм, О = 4,263, рассчитывают моменты Т 1 =115,3 Н м, Т 2=103,8 Н м, Тз=92,3 Н м. Затем по той же формуле при подстановке в нее Ь = Ь 2 = 8 мм определяют контактные напряжения в зацеплении зубьев шестерни этой ширины с зубьями колеса, Они составляют при действии моментов Т 1, Т 2 и Тз соответственно 1062, 956 и 850 МПэ. Коэффициенты а для зубьев обоих значений ширины составляют а 1 =01/а 1 =1, а 2 =02/о 1 = 855/950 = 0,9, йз =сиз/п 1 ==760/950 = 0,8.10 Так же, как и напряжениями с (и следовательно, коэффициентами а 1), произвольно задаются обьемом блока нб = 5 10циклов и длительностями п 1 б действия моментов Т в нем: п 16 = 5 10, п 2 б = 1,25 10,пзб = 3,25 10 циклов. Относительные длительности действия моментов Т при этомсоставляют ( % = пе/пь): Р 1 = 5 10 /5 10 ==3,25 10 /5 10 =0,65, Р 1 +Р 2+рз =1.Затем проводят испытание при указанном блочном нагружении зубьев шестерни(фиг, 1 в,г), Определяют долговечностейзубьев шестерни до наступления выкрашивания, равного 6 = 2% площади активнойбоковой поверхности ее зубьев. Степеньразрушения зубьев устанавливают по известной методике при периодических остановках колес после наработки шестерней306Для фиксирования долговечностей в момент 6 = 2 поступают следующим образом, Фиксируют долговечность доначальной степени выкрашивания (0,5 - 1)каждого зуба, а затем - долговечность при6 = 2,5-4,5 о . Долговечность при 6 = 2 определяют линейным интерполированием. Поскольку при таких небольших площадях поверхности разрушившихся зубьевнакопление усталостных повреждений остается линейным (увеличение контактных напряжений вследствие уменьшения длиныконтактных линийЬ из-за наличия появившихся ямок выкрашивания незначительное), такой прием существенно упрощаетопределение степени 6 отдельных зубьевбез риска огрубления результатов испытания (собственно, степень 6 = 2% для зубьевтвердостью Н350 НВ означает лишь начало прогрессирующего выкрашивания).8 итоге получают 9 долговечностей й 2зубьев шириной Ь 2 и 10 долговечностей И 1зубьев шириной Ь 1. Значения долговечностей приведены на фиг. 1,б. По формуле Й 1=21 Е.55 = ( Х й 1)/Е 1 и Г 42 = ( Х И 2)/Е 2 получаютсредние долговечности 4,226 10 и 2,75810 циклов соответственно для зубьев шириНОй Ь 1 И Ь 2 (фиг, 1,б),Параметры цн и Сн кривой контактной усталости зубьев шестерни ог ределяют по следующим зависимостям;цн = 2 (1 дй 1 - Й 2)/д(1/х).= 3,825; (3)КСн = д МО + 1 д о 9 ф .Х (а Р" /А) = 17,751 (4)Таким образом, йспытав пС и нерегулярном нагружении колесо из исследуемого материала, получают параметры исходной кривой контактной усталссти его зубьев.Режим эксплуатации зубчатой передачи характеризуется нерегулярным нагружением, Его можно представить как блочное нагружение с дискретным рядом крутящих моментов Ть объемом блока пь и долговечностями п 1 б действия моментов Т в блоке. Так как Й ) пб, можно рассмагривать суммарную долговечность й кратной объему блока пб и выражать ее целым числом блоков А= й/пб. Это допущение существенно упрощает расчеты, позволяя принять равенствоп 1 б/пб = и/= фгДЕ п 1= 1 п 1 б:КК =,ХП 1 ЬИсходя из линейной гипотезы суммирования усталастных повреждений, к которой обращаются на том основании что, как показывают исследования контактной усталости . зубьев зубчатых колес, она удовлетворительно соблюдается, при испытании предлагаемым способом для средних значений суммарной дол овечности зубьев шириной Ь 1 и зубьев ыириной Ь 2 можно записатьД.1 =10 Сн/09 нцч ; (5) 3 Ц 2= 10 н/ф)ям Х(гхРь 1 Р 1), (6) где о 11 - максимальное напряжение блока нагружения зубьев шириной Ь(при описанных испытаниях о 1 =.аф 1 ГЬ 1/Ьг ==01ъЬ/(Ь 1 х) ща 1 /1/х1062 МПа) здесь зависимость (Ь 1/Ь 2)вытекает из формулы Герца. Поскольку пропорции между напряжениями ц и о сохраняются для остальных напряжений блока, коэффициенты а; для обоих блоков равны (как и отношения /4), Поэтому при д.лении уравнения (5) на уравнение (6) получаютхЙх 1 10 хХ 1 ь 2" Хг 4" Я10"/(гг 1)и,Х а," /4)илиЙ 1 (У 1У 1 Л/х )фй 1)я /2Ч 2 уи ОгПри использовании колеса из исследуе 10 мого материала с постоянной шириной 20 45 50 55 25 30 35 40 После логарифмирования получают выражение для параметра он в виде зависимости (3). По известному рн и характеристикам блока нагружения из уравнений (5) или (6) получают зависимость для параметра Сн в виде (4). зубьев для нагружения двумя блоками разной интенсивности потребовалось бы испытать две пары зубчатых колес.При испытаниях зубчатых колес на контактную усталость рассматривают зубчатый венец колеса из исследуемого материала как одно целое, суммируя площадь повреждения всех зубьев и усредняя ее. Правильнее рассматривать зубья исследуемого зубчатого колеса как отдельные объекты испытания с их естественным, разбросом индивидуальных свойств. При этом. фиксируют долговечность до заданной степени выкрашивания каждого зуба (й 1), а затем определяют среднюю долговечность (й) как долговечность партии объектов испытания, При этом выполняется требование о необходимости испытания на каждом из уровней напряжения(блоке нагружения при нерегулярном режиме) не менее 4 - 5 объектов. При испытании по известному способу, когда все выемки на зубьях имеют разную длину, это требование не выполняется.Известный способ трудноосуществим из-за нетехнологичности применяемой в нем исследуемой шестерни, Изготовление выемок на ее зубьях представляет сложную технологическую операцию.Испытание по предлагаемому способу проводят до наступления степени выкрашивания 6 = 2 фпри твердости зубьев ниже 350 НВ и до 6 = 0,5 при твердости выше указанного предела. Эти значения 6 являются гарантированными для фиксации начала прогрессирующего выкрашивания.В известных документах и в некоторых пособияхпо расчету зубчатых передач расчет на контактную усталость ведут для указанных значений 6. Специфика работы зубчатых передач заключается в том, что колеса, на зубьях которых выкрашивание прогрессирует, могут работать еще долгое время в перегрузочном режиме. Это позволяет гарантированно достичь заданной степени выкрашивания на всех зубьях колеса,Чем больше разница между долговечностями Йу и Й 2, тем точнее определяются параметры кривой контактной усталости. Однако при этом увеличивается время про 1721458ведения испытания, Оптимальным является отношение Й 1/й 2 = 2, Оценить долговечности можно при постоянном напряжении по степенному уравнению ККУ ориентировочно, если задаться ожидаемым параметром цно (он растет с повышением твердости). Для среднего он = 6 из уравнения ККУ следуетф(И 1/й 2) = (1/17 х )=1/х) = 2,откуда х 0,8. Проводя описанные испытания, исходят из рно = 6, поэтому х = 0,8. Коэффициент х колеблется в пределах от 0,63 при минимальном значении он=3 (твердость порядка 200 НВ) до 0,93 при он = 20 и выше при твердости порядка 600 Н В,При испытании колес из исследуемого материала с зубьями другой твердости ориентировочный наклон ККУ оценивают линейным интерполированием по зависимости (2), По полученному угловому коэффициенту и исходя из оптимального со-. отношения двух суммарных долговечностей зубьев назначают параметр х из зависимости (1),Формула изобретенияСпособ испытания зубчатых колес наконтактную усталость, заключающийся втом, что прикладывают к колесу из исследу 5 емого материала, имеющему зубья различной ширины, и сопряженному с нимдополнительному зубчатому колесу крутящий момент до достижения требуемой сте- .пени выкрашивания рабочей поверхности10 каждого зуба колеса из исследуемого материала, по которой судят о контактной усталости колеса из исследуемого материала,о т л и ч э ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения и повышения точности испыта 15 ний, ширину Ь 2 половины зубьев колеса изисследуемого материала определяют по зависимости Ь 2 = 1/2 я оЬ 1,где Ь - ширина зубьев другой половиныколеса из исследуемого материала;20 ц = 0;0425 НВ - 5,5;НВ - твердость зубьев колеса из исследуемого материала, прикладывают крутящий момент серий однонаправленных,различных по величине и относительной25 продолжительности крутящих моментов, а оконтактной усталости колеса из исследуемого материала судят по суммарной долговечности зубьев различной ширины.1721458Составитель Н.Олейник Редактор Н,Гунько Техред М.Моргентал Корректор ИМуск каз 946 Тираж 375 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 45Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101