Способ испытаний зубчатых колес на контактную усталость зубьев

(ГОспАтент сссР) Е ИЗОБРЕТЕНИ СПИ К АВТО СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобр ю, а им жет быт сравнител усталость кривой уст, Цель и ний, На чертеже и испытуемых зуЬчПри исследов тые колеса соеди вательно заце имеющих рабочие жении - 0,34 Ьщ етение енно к ь испо ьных и зубьев алости зобре оказана схема усатых колес.аниях испытуемыняются в цепочкупляющихся шеширины: в перво(71) Белорусский политехнический институт (72) В.Л,Басинюк, В.Ф.Горошко, А.А.Кот и В.Б.Чемисов(56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1435982, кл. 6 01 М 13/02, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1626101, кл. 6 01 М 13/02, 1988.Методика ускоренных сравнительных испытаний цилиндрических зубчатых колес. М.: 1988, ГОСНИТИ, с. 8-9,(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ ЗУБЬЕВ(57) Использование: испытательная техника для ускоренных сравнительных испытаний на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости. Сущность изобретения: по крайней мере одно испытуемое колесо вводят в зацепление с технологическим колесом со смещением по ширине венца, прикладывают к технологическому колесу нагружающий момент и вращают взаимодействующие колеса до разрушения контактирующих поверхностей, в зацепление с испытуемым колесом вводят со смещением по ширине венцов два последовательно эацепляющихся испытуемых зубчатых колеса, значения рабочей шиотносится к машиностроеиспытательной технике, и льэовано при ускоренных спытаниях на контактную с построением левой ветви рины Ьв 1, Ь(щ и Ьауз в зубчатых зацеплениях выбирают равными соответственно Ьа 1= 0,34 Ьо), Ь(щ = 0,43 Ью, Ьсоз=0,57 Ьсо, где Ьв - полная рабочая ширина испытуемых зубчатых колес после разрушения контактирующих поверхностей каждого из зацеплений составляющие его зубчатые колеса смещают на величину Ьо) в противоположную первоначальному смещению направлении и вводят в зацепление ранее ненагруженные поверхности зубьев, Величину нагружающего момента в процессе испытаний выбирают из соотношенияТ=4,9 10 б Ьй)1 02 ннвь //Ен 2 и Я КнаКнр Кнмгде б - диаметр делительной окружности испытуемых зубчатых колес; Ьон - наименьшая рабочая ширина в зубчатых сопря- Я жен иях; онвп 1 ь - и редел контактной выносливости материала рабочих поверхностей зубьев; Лн, Ъч, Ее,.Кна, Кн 3, Кну - коэффициенты, учитывающие соответственно форму сопрягаемых поверхностей зубьев, механические свойства материалов, суммарную длину контактных линий, рас,пределение нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, динамическую со- ОО ставляющую нагрузки в зубчатом. зацепле- Я нии, 1 ил. 0Отретьем - 0,43 Ьв (такая последовательность необязательна, но более удобна, поскольку обуславливает минимальное число сдвижек при испытаниях). Замыкает цепочку технологическое колесо.Рабочие ширины выбраны исходя из следующего.При испытаниях на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости усредненный показатель степени влияния контактных напряжений на число циклов наработки может быть принят равным 6.Отсюда0 М 1= 4 82=4 мз,где о 1 - максимальные планируемые контактные напряжения при отсутствии схватывания, как правило, не превышающие 1,4 Онявь, Т.Е. О 1 =1,4 Онвщь . МИНИМаЛЬНЫЕ контактные напряжения для левой ветви кривой усталссти ориентировочно равны 1,05-1,1 онвгпь . Поскольку удобно иметь кратные величины й 1, й 2, МЗ(например, М 2О 1 Й 2 = 5 К 1, Кз = 2 М 1), то ( ( - ) = - = 5 иО 2 Й 1==1,08 онпвь,о 1 =1,12 оз или оз=1,25 онлвь, т.е, все три уровня нагружения практически равномерно распределяются в диапазоне контактных напряжений (1,05- 1,4) сгнить, наиболее характерном для левой ветви кривой усталости, Поскольку квадраты контактных напряжений обратно пропорциональны рабочим ширинам, весьма удобно, чтобы сумма Ьщ+Ьаз была равна Ьа (в ряде случаев это позволяет получить еще одну дополнительную точку кривой усталости на одно испытание). Тогда Ьаз 03Ьвз Я=0,57 Ьа. Аналогично - = - 0,83 илиЬа 1 О 3ЬвзЬа 1=0,34 Ьа.После установки шестерен со смещением на заданную ширину они приводятся во , вращение (крутящий момент подводится к первому испытуемому зубчатому колесу) и нагружаются моментом Т (нагружающий момент прикладывается к технологическому зубчатому колесу),Величина нагружающего момента Т определяется исходя из следующих соображений.Момент Т создает на ширине Ьв 1 = 0,34Ьв контактные напряжения 1,4 оннвь . Всоответствии с ГОСТ 21354-75он = 22,42 н2 м2 е - х1авз КнуКнрКнР х Ьв ц 10 15 где ав = б - межосевое расстояние, о = 1 -передаточное отношение, он = 1,4 ониьОтсюда1,96 онпаь=502 Ж 2 м 3 1/б - х2, ТЬах 1КнцКнфКнр8 или-4бЬВ 1 02 ннвЬ2,2, 22 н 2 м Кна Кнр Кнм 20 В исходной схеме сдвижка колес с Ьв 1 и Ьаа осуществляется в одном направлении, чтобы компенсировать радиальные силы и исключить влияние малой величины Ьв 1 на результате испытаний. 55 Зубчатые колеса испытываются до разрушения контактных поверхностей, после чего 25 сдвигаются на величину Ьв в противоположном исходному сдвигу направлении с введением в зацепление ранее ненагруженных участков зубьев (колеса после сдвига показаны нафиг. 1 пунктиром), При этом 30 первым разрушается первое сопряжение сЬв 1= 0,34 Ьв . Ведущее зубчатое колесо 1 смещается относительно ведомого колеса 2 (колесо 2 неподвижно) с образованием ранее неработавшими участками зубьев Ьв 4 =.35 =0,66 Ьв. Вторым разрушаетсятретьесопряжениес Ьвз =0,43 Ьв. В нем смещается в направлении противоположном исходному технологическое зубчатое колесо 3 введением в зацепление новых участков зубьев и об разованием рабочей ширины Ьг= 0,57 Ьв. Сопрягаемое зубчатое колесо 4 остается неподвижным в осевом направлении. Последним разрушается зубчатое зацепление зубчатых колес 2 и 4 с Ьв 2 = 0,43 Ьв. Это в целом дает три точки левой ветви кривой усталости, При необходимости в паре 2 и 4 осуществляется сдвижка с образованием Ьвб = 0,57 Ьа и испытания ведутся до разрушения пары колес 2 и 4 и получения четвертой точки, Однако это менее удобно, так. как в этом случае требуется сдвинуть такжеи колесо 3, 1826010КнаКур 1,2,3Кн Р 1,2,3 50 55 Величины исходных и последующих сдвижек и ориентировочные величины циклов наработки первой, второй и третьей пары, поясняющие способ, приведены в таблице. Ее анализ показывает, что несмотря на неизбежное рассеивание результатов испытаний способ гарантирует получение .как минимум трех точек кривой усталости, обеспечивая ускорение испытаний примерно в 1,6 раза.После завершения испытаний для построения кривой усталости рассчитываются либо эквивалентные сдвигам по ширине контактные напряжения, либо нагружающие моменты.Контактные напряжения рассчитываются по формулеОн 1.2,3 =63,2 2 н 2 чЕе - х1 хКнаКнр 1,2,3Кню 1,2,3В 1,2,3 где Ьв 12 3 - уточненные по результатамиспытаний величины рабочих ширин соответственно первого, второго, третьего зубчатого сопряжений;Кна Кнр 1,2,3, Кну 1,2,З - расчетныеуточненные коэффициенты, учитывающиенеравномерность распределения нагрузкимежду зубьями и по длине контактных линий, а также динамические составляющиенагрузки в первом, втором и третьем сопряжении;д - диаметр делительной окружностииспытуемого зубчатого колеса;Т - нагружающий момент,Аналогично рассчитываются моментыТ 1.2,3=2,5 х2,бЬВ 1 Он 1,2,3 П р и м. е р. Испытывались зубчатые колеса, имеющие Следующие параметры; модуль п 1 =2 мм, число зубьев г =42, рабочая ширина зубчатого венца Ьв = 9 мм, материал - сталь 40 Х, термообработки - закалка ТВЧ до НРС 4852.Рассчитывались рабочие ширины и нагружающий момент: Ьщ 1 =0,34 Ьщ=3 мм, Ьвг= 0,57 Ьщ = 5,1 мм, Ьвз= 3,9 мм.Т=4,9 10 х42 3 105х 1 кГм1,7686,60,871 11,2Испытания осуществлялись на стенде с разомкнутым силовым контуром при частоте вращения 750 об/мин. Наработка до контактного разрушениясоставила: первым сопряжением - 1,06 107циклов нагружения, вторым сопряжением -49 10 циклов нагружения, третьим - 2665 10 циклов нагружения. После разрушенияпервого и третьего сопряжений зубчатые колеса (первое и технологическое) смещалисьв осевом направлении на 9 мм. Таким образом за 49 10 циклов нагружения ( 109010 ч) были получены три точки кривой усталости на трех уровнях нагружения,При исследованиях известными спосо- "бами на это понадобилось бы (1 0,6+ 26+ 49)10 =85 6 10 цикловнагружения( 1900 ч),15 т,е, срок испытаний сократился примерно в1,7 раза. Таким образом, способ может бытьэффективно использован для ускорения испытаний на контактную усталость зубчатыхколес без каких-либо ограничений по их точ 20 ности, скорости и коэффициенту перекрытия,Формула изобретенияСпособ испытаний зубчатых колес наконтактную усталость зубьев, заключаю 25 щийся в том, что по крайней мере одно испытываемое колесо вводят в зацепление стехнологическим колесом со смещением поширине венца, прикладывают к технологическому колесу нагружающий момент и вра 30 щают взаимодействующие колеса доразрушения контактирующих поверхностей, по которому судят о контактной прочности,отличающийсятем,что,сцельюускорения испытаний, в зацепление с испы 35 тываемым зубчатым колесом вводят со смещением по ширине венцов двапоследовательно зацепляющихся испытываемых зубчатых колеса, значения рабочейширины Ьв 1, Ьвг и Ьщз в зубчатых за 40 цеплениях выбирают равными соответственно Ьщ 1= 0,34 Ьщ,Ьщ = 0,4 ЗЬщ иЬвз = =0,57 Ьв, где Ьщ - полная рабочаяширина испытываемых зубчатых колес. после разрушения контактирующих поверхностей каждого из зацеплений составляющие его зубчатые колеса смещают на величину Ьв в противоположную первоначальному смещению направлению и вводят в зацепление ранее ненагруженные поверхности зубьев, а величину нагружающего момента в процессе испытаний выбирают иэ соотно- шения Т=49 10 хбЬщ 1 ОгнявЬ2,Х 2 2Еу 2 иКнаКнфКнугде .б - диаметр делительной окружностииспытываемых зубчатых колес;1826010 Ьо - наименьшая рабочая ширина в зубчатых сопряжениях;жвь - предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей зубьев; 5Ъь Ъь 78, Кна, Кн 3, Ккр - козффициенты, учитывающие соответственно форму 10 Испытаний в исходном положении Параметры сопряжения после кон, тактного разрушения и сдвижки Ориентировоч- Рабочая ширина ОриентировочРабочая ширина сопряжениясопряжения ное число циклов наработки 0,66 Ьа 0,34 Ьа 0,57 Ь 2 й 1 0,43 Ьсо 581 0,43 Ьщ 0,57 Ьв Третья Первая М)Вторая ( Ьжр) гсопрягаемых поверхностей зубьев. механические свойства материалов, суммарную длину контактных линий, распределение нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, динамическую составляющую нагрузки в зубчатом зацеплении,ное число циклов наработки7,8 М 1,Папп Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 РЗаказ 2316 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035 Москва ЖРа шская наб. 4/5