СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УДАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРЯМОЗУБЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧАХ Российский патент 2005 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при экспериментальном исследовании прямозубых цилиндрических передач.

В зубьях зубчатых колес при их движении с ускорениями (например, при ударном взаимодействии) возникают динамические нагрузки. Расчет внутренних силовых факторов и напряжений оказывается в этом случае сложным в связи с необходимостью учета сил инерции, геометрических параметров зубьев колес и механических свойств материалов при высоких скоростях нагружения. Поэтому для проверки прочности зубьев колес и виброакустической активности зубчатых передач применяют экспериментальные методы исследования, в процессе которых необходимо определять параметры возникающих ударных нагрузок на зубья.

Известны способы экспериментального исследования ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах, основанные на тензометрии зубьев при работе специально изготовленных зубчатых редукторов (Петрусевич А.И., Генкин М.Д., Гринкевич В.К. Динамические нагрузки в зубчатых передачах с прямозубыми колесами. - М: Изд-во СССР, 1956, с.45). Недостатком их является большая трудоемкость, а иногда и невозможность варьирования в необходимых пределах факторами, оказывающими непосредственное влияние на основные параметры ударной нагрузки. Такими факторами являются приведенные массы и жесткости соударяемых тел, формы контактирующих поверхностей и начальная скорость соударения.

Наиболее близким к предлагаемому является экспериментально-теоретический способ исследования ударных процессов, включающий определение начальной скорости соударения по углу предварительного отклонения от вертикали поворотной траверсы (баллистического маятника), шарнирно соединенной с корпусом и взаимодействующей при опускании с молотом, шарнирно соединенным с корпусом и передающим ударную нагрузку на деформируемый материал, закрепленный на неподвижной наковальне (Инженерные методы исследования ударных процессов. /А.Г.Батуев, Ю.В.Голубков, А.К.Ефремов, А.А.Федосов. - М.: Машиностроение, 1977, с.24-28, рис.3).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает действия ударной нагрузки на зуб колеса по линии зацепления в соответствии с основным законом зубчатого зацепления.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение действия ударной нагрузки на зуб колеса исследуемой цилиндрической зубчатой передачи по линии зацепления в соответствии с законом зубчатого зацепления.

Поставленная задача достигается тем, что в способе экспериментального исследования ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах, включающем определение начальной скорости соударения по предварительному отклонению от вертикали поворотной траверсы, шарнирно соединенной с корпусом, на котором жестко закреплен деформируемый материал, отличительным от прототипа признаком является то, что при вертикальном положении поворотной траверсы на одной вертикали расположены ось вращения поворотной траверсы, ось зубчатого колеса-ударника, жестко закрепленного на подвижном конце поворотной траверсы, и ось зубчатого колеса-наковальни, жестко соединенного с корпусом, а боковые поверхности зубьев при вертикальном положении поворотной траверсы контактируют в полосе зацепления зубчатой передачи, кроме этих двух контактирующих зубьев зубья колес, препятствующие отклонению поворотной траверсы от вертикали, срезаны, расстояние между центрами зубчатого колеса-ударника и зубчатого колеса-наковальни равно межосевому расстоянию исследуемой зубчатой передачи и начальная скорость V₀ соударения зубьев колес определяется по формуле

где l - длина прямой, соединяющей положение точки бокового профиля зуба зубчатого колеса-ударника в полосе зацепления и положение этой же точки при отклонении поворотной траверсы от вертикали, м;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

L - расстояние от оси поворота поворотной траверсы до точки полюса зацепления зубчатого колеса-ударника и зубчатого колеса-наковальни, м.

На чертеже представлена схема реализации способа исследования ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах.

Перед проведением экспериментальных исследований ударных процессов поворотную траверсу 1, шарнирно соединенную с корпусом 2, устанавливают вертикально. При этом на одной вертикали расположены ось А вращения поворотной траверсы 1, ось В одного зубчатого колеса-ударника 3, жестко закрепленного на конце поворотной траверсы 1, и ось С другого зубчатого колеса-наковальни 4, жестко соединенного с корпусом 2. Расстояние между центрами В и С зубчатых колес 3 и 4 равно межосевому расстоянию исследуемой зубчатой передачи.

Зубчатое колесо-ударник 3 закреплено на конце поворотной траверсы 1 и зубчатое колесо-наковальня 4 закреплено на корпусе 2 так, что при вертикальном положении поворотной траверсы 1 боковые поверхности зубьев колес 3 и 4 контактируют в полосе зацепления W зубчатой передачи. Кроме этих двух контактирующих зубьев зубья колес 3 и 4, препятствующие отклонению поворотной траверсы 1 от вертикали, срезаны.

На торцевых поверхностях зубьев колес 3 и 4, участвующих в соударении при экспериментальных исследованиях, закрепляют первичные преобразователи-тензометры, а на боковых поверхностях этих же зубьев, не участвующих в соударении, закрепляют виброакселерометры.

При эксперименте поворотную траверсу 1 вместе с жестко закрепленным на ее поворотном конце зубчатым колесом-ударником 3 отклоняют от вертикали на угол ϕ.

Поворотная траверса 1 как баллистический маятник при опускании в исходное (вертикальное) положение зубом зубчатого колеса-ударника 3 передает ударную нагрузку на зуб зубчатого колеса-наковальни 4 в точке полюса W исследуемой зубчатой передачи 3-4. При этом усилие от зуба колеса-ударника 3 передается в точке полюса зубчатой передачи W на зуб колеса-наковальни 4 по общей нормали к боковым профилям зубьев, то есть по линии зацепления исследуемой зубчатой передачи.

Начальную (окружную) скорость соударения зубьев определяют по предварительному отклонению от вертикали поворотной траверсы 1. При проведении экспериментов угол ϕ поворота траверсы 1 измерять неудобно. Более просто и точно можно измерять расстояние WD. Массой поворотной траверсы 1 и сопротивлением воздуха пренебрегаем.

Определим начальную скорость V₀ соударения зубьев с помощью закона сохранения и превращения потенциальной энергии в кинетическую энергию

где m - масса зубчатого колеса-ударника 3;

h - высота подъема точки бокового профиля зуба колеса-ударника 3 из положения W на начальной окружности колеса до положения Д при повороте траверсы 1 на угол ϕ;

g - ускорение свободного падения; g=9,81 м/с²;

V₀ - начальная (окружная) скорость зубчатого колеса-ударника 3 в точке W полюса зацепления зубьев колес 3 и 4.

Высота h может быть найдена из выражения

где L - расстояние от оси А поворота поворотной траверсы 1 до точки W полюса зацепления зубчатых колес 3 и 4.

Подставляя (2) в (1), после преобразований получим

Обозначим l - длина прямой WД, соединяющей положение точки бокового профиля зуба зубчатого колеса-ударника 3 в полосе зацепления W и положение этой же точки Д при отклонении поворотной траверсы от вертикали на угол ϕ.

Из равнобедренного треугольника AWA

Используя формулу (4), представляем выражение (3) в форме, удобной для использования при экспериментальных исследованиях ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах

При экспериментах изменением значения параметра l, отклонения поворотной траверсы 1 от вертикали, изменяют значение начальной скорости V₀ соударения зубьев зубчатых колес 3 и 4.

Заявляемый способ экспериментального исследования ударных процессов в зубчатых цилиндрических передачах позволяет в отличие от прототипа воссоздавать ударную нагрузку на зубья колес по нормали к боковым поверхностям зубьев в соответствии с основным законом зубчатого зацепления. Способ позволяет исследовать ударные процессы в зубчатых цилиндрических передачах с различными значениями приведенных радиусов кривизны боковых поверхностей зубьев в точке их контакта, с различной жесткостью зубьев. Для этого проводят исследования для зубчатых передач с различным значением модуля и соответственно с различными материалами и термической обработкой зубьев колес.

При регистрации и спектральном анализе свободных колебаний, возбуждаемых ударным импульсом, способ позволяет определять динамические характеристики механической колебательной системы вал - зубчатое колесо.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: определяют начальную скорость соударения по предварительному отклонению от вертикали поворотной траверсы. При вертикальном положении поворотной траверсы на одной вертикали расположены ось вращения поворотной траверсы, ось зубчатого колеса-ударника, жестко закрепленного на подвижном конце поворотной траверсы, и ось зубчатого колеса-наковальни, жестко соединенного с корпусом, а боковые поверхности зубьев колес при вертикальном положении поворотной траверсы контактируют в полосе зацепления зубчатой передачи, кроме этих двух контактирующих зубьев зубья колес, препятствующие отклонению поворотной траверсы от вертикали, срезаны, расстояние между центрами зубчатого колеса-ударника и зубчатого колеса-наковальни равно межосевому расстоянию исследуемой зубчатой передачи и начальная скорость соударения зубьев колес определяется по заданной формуле. На торцевых поверхностях зубьев колес, участвующих в зацеплении, закрепляют первичные преобразователи-тензометры, а на боковых поверхностях этих же зубьев, не участвующих в соударении, закрепляют виброакселерометры, с помощью которых регистрируют и проводят спектральный анализ свободных колебаний, возбуждаемых ударным импульсом, и определяют динамические характеристики механической колебательной системы. Технический результат: повышение достоверности испытаний. 1 ил.

Способ экспериментального исследования ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах, включающий определение начальной скорости соударения по предварительному отклонению от вертикали поворотной траверсы, шарнирно соединенной с корпусом, на котором жестко закреплен деформируемый материал, отличающийся тем, что при вертикальном положении поворотной траверсы на одной вертикали расположены: ось вращения поворотной траверсы, ось зубчатого колеса-ударника, жестко закрепленного на подвижном конце поворотной траверсы, и ось зубчатого колеса-наковальни, жестко соединенного с корпусом, а боковые поверхности зубьев колес при вертикальном положении поворотной траверсы контактируют в полосе зацепления зубчатой передачи, кроме этих двух контактирующих зубьев зубья колес, препятствующие отклонению поворотной траверсы от вертикали, срезаны, расстояние между центрами зубчатого колеса-ударника и зубчатого колеса-наковальни равно межосевому расстоянию исследуемой зубчатой передачи и начальная скорость V₀ соударения зубьев колес определяется по формуле , м/с, где l - длина прямой, соединяющей положение точки бокового профиля зуба зубчатого колеса-ударника в полюсе зацепления и положение этой же точки при отклонении поворотной траверсы от вертикали, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; L - расстояние от оси поворота поворотной траверсы до точки полюса зацепления зубчатого колеса-ударника и зубчатого колеса-наковальни, м; причем на торцевых поверхностях зубьев колес, участвующих в зацеплении, закрепляют первичные преобразователи-тензометры, а на боковых поверхностях этих же зубьев, не участвующих в соударении, закрепляют виброакселерометры, с помощью которых регистрируют и проводят спектральный анализ свободных колебаний, возбуждаемых ударным импульсом, и определяют динамические характеристики механической колебательной системы.