Зубчатая передача для усталостных испытаний Советский патент 1988 года по МПК G01M13/02 

нонленнон зависимости велк .гину, и со следующего оборота зубья меньших колес 1 и 3 контактируют с-другими зубьями больших колес 2 и 4. По злпершенни установленного числа оборотов меньигие колеса 1 и 3 ибольь1432366

шие колеса 2 и 4 зан -1мают исходное относительное расположение, и далее цикл повторяется до получения требуемых экспериментальных данных. 1 3,п. ф-лы, 9 ил.

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 изобрете- |ния является улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности,уменьшения габаритов и повышения достоверности результатов испытаний. Большие колеса 2 и 4 передачи, выполнены трехвенцовыми, меньшие 1 и 3 составлены из смещенных вдоль оси коле- са центрального и боковых секторов, зубчатых и со срезанными зубьями, чередующихся в шахматном порядке. Отношение чисел зубьев 2,2 большего колеса к числу зубьев z меньшего колёса, шаг секторов, их число, а также число зубьев в боковых секторах выбраны по установленной зависимости. При работе за один оборот меньших колес 1 и 3 большие колеса 2 и 4 отстают на выбранную по устаS (Л

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике и может быть использовано . при испытании зубчатых колес на из- нос, изгибную прочность и усталостное выкрашивание.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик передачи путем снижения ее виброактивности, уменьшения габаритов и повьш ения достоверности результатов испытаний.

На фиг. 1 изображен стенд замкнутого контура с зубчатыми передачами для усталостных испытаний; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. ; на фиг. 3 - диаграмма нагружения зубьев центрального венца трехвенцового зубчатого колеса; на фиг;. 4-9 -варианты вьшолнения колеса с зубчатыми секторами (фиг.4,6,8) и соответствующие диаграммы нагружения зубьев центрального венца трехвенцового зубчатого колеса (фиг.5,7,9).

Стенд содержит две зубчатые передачи для усталостных испытаний, каждая из которых смонтирована в отдельном картере и состоит из двух колес 1, 2 и 3, 4, причем колеса 2 и 4, например, имеют больший диаметр, чем колеса 1 и 3. Колеса 2 и 4 выполнены например, трехвенцовыми а колеса 1 и 3 составлены из зубчатых секторов. Тихоходньм 5 и быстроходный 6 валы соединяют-соответственно колеса 1, 3 и 2,4. с помощью муфты 7 нагружения и жесткой муфты 8. Привод 9 через муфту 10 связан с одной из передач. Отношение числа зубьев Z 0 большого колеса 2 к числу зубьев z меньш его колеса 1 не равно целому числу и определяется по

k a+m

. зависимости - , где k, а и -т

а

целые числа, при этом k является неполным частным отношением чисел зубьев z,m - остатком, а больше единицы и числа т. Например, если отношение числа зубьев z-г и z., принять равным 5/4, то k равно единице, m - также единице, а а - четырем. Венцы меньших зубчатых колес 1 и 3 (фиг. 1 и 2) имеют несколько центральных, например, 11-13 с числом

зубьев , + z,/a и отделенных от них технологическими проточками 14 и 15 боковых, например 16-18 зубьев секторов, чередующихся в шахматном порядке по периметру

5 с центральными, например 19-21 и бо- .ковыми, например,22-24 секторами со срезанными зубьями; расположенными с числами ,равными, а также кратными числу зубьев , равными, напри мер, 2,4, и 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 16-18 размещены по обе стороны от каждого из центральных секторов 19-21 со срезанными зубьями симметрично по отношению к осевой линии LL, проходящей посредине этих -участков, и имеют числа зубьев , равные числу зубьев, срезанных на центральных секторах 19-21, и 5 меньше числа зубьев, определяемого из отношения z,/а для меньшего колеса и равного, например, . а при а 4 равного z,/8.

Центральные 11-13 и боковые 16-18

0

0

зубчатые сектора образуют по периметру каждого из колес I и 3 венец из несрезанных зубьев, фактическое число которых z определяется как сумма зубьев tu .ц-ь

r+ Z

f5

центральных 11-13 и z, + z боковых I 6-18 зубчатых секторов,

Трехвенцовые зубчатые колеса 2 и 4 содержат одинаконое количество зубьев Z.2 и выполнены с проточками 25 и 26, разделяющими зубчатый венец на три отдельных зубчатых венца; центральный 27, например, шириной В и боковые 28 и 29 шириной ВУ2.

Проточки 25 и 26, глубина которых делается больше высоты зуба, выполняются для выделения центральног зубчатого венца 27, как отдельного зубчатого колеса шириной В, предназначенного для усталостных испытаний. Боковые венцы 28 и 29 обеспечивают лишь непрерывность зацепления колес 1,2 и 3,4 и для получения экспериментальных данных могут не использоваться. Тогда при отношении

, а+1 , , числа зубьев , при к: i

или, например, 5/4 при а 4 на центральном венце 27 больших колес 2 и 4 можно получить 5 секторов, содержащих по zi/(a.+ l} или зубьев при а 4, в пределах каждого из которых имеется по два участка с

числом зубьев z

1Г

Ц

нагружен

ных в зависимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньше числа а и равного, например, 1,2 или 3 при а 4 различным комбинациям чисел циклов нагружения, равных соответственно 3N и 4N, 2N и 4N или N и 4N ( фиг.З).

При необходимости исследования износостойкости и контактной прочности рабочих поверхностей зубьев ведущего колеса при различных циклах нагружения сектора со срезанными зубьями могут быть выполнены на большем колесе и расположены с шагами равными, а также кратными числу z /

/(ka+m) Z, /5, k

например равными ,

Zo/5 и

2z,

при m I,

о/ - с

1 и а 4 (фиг. 4).

Максимальное количество цент- ральиьк и боковых секторов со срезанными зубьями должно быть меньше числа ka+m и равно, например, 4 при k- l,m 1 , а число зубьев боковых секторов z., меньше числа зубьев, определяемого из отношения z 1 ( ka ьщ ) и рапного, насЮ

32366

t

пример, z, (ka-hii ) k 1 , m I и а

2

ka+iTi 4 равного

а при

2j2

ю

Тогда при отношении чисел зубьев , зубчатых колес 1, 2.и 3,4, оп, k-+m

ределяемого из отношения в оба

щем случае и, как частньп случай,из

а+1

отношения при m и k равных единице и равном, например, 5/4 при

а 4, на центральном венце меньших колес Г и 3 можно получить 4 сектора

. z содержащих по z , /а или -т- -зубьев при

а 4, в пределах каждого из которых имеется по два участка с числом зубьев

lE ,

И Z о I

подверженных в за

висимости от количества секторов со срезанными зубьями, меньшего числа k + m и равного, например, 1,2,3 или 4 при ,, различным комбинациям чисел циклов нагружения, равным соответственно 4N и 5N, 3N ,и 5N, 2N и 5N, N и 5N (фиг.5),

В зубчатой передаче для увеличения количества участков с определенным числом зубьев, подверженных различным числам циклов нагружения в пределах каждого сектора, на центральных и боковых зубчатых секторах, например на секторах, содержащих по 2 /а или Zj/3 зубьев при а 3 (фиг. 6), выполнены дополнительные центральные сектора, например, 30

и 31 со срезанными зубьями zL и рас- то

положенные с двух сторон против каждого из них боковые зубчатые сектора, например, 32 и 33 с числом зубь

ев z

2z,

16

, расположенные с шагами z ,/3 и - или z 1/3 , и 2z /3 при а 3

(фиг. 6, шаг 2z,/3 не показан) и смещенные на некоторое колтгчество зубьев z,+ Zjp по отношению к основному центральному сектору .34 со срезанными зубьями z .|g , причем общее количество дополнительных секторов 30 и 31 со срезанными зyбья п и боковых зубчатых секторов 32 и 33 отлич- но от общего количества ОСРЮВНЫХ центральньк секторов (сектора 34) со срезанными зубьями и рпвно, например , 2.

Тогда при отношении чисел зубьев

;з +1 , . , z,2/z, при k 1 и m 1 или,

например, 4/3 при а 3 на центральном венце 27 больших колес 2 и 4 можно получить 4 сектора, со-

Jl. или z /4 зубьев а+1

при а 3, в пределах каждого из которых имеется 4 участка

I

и

держащих по

с числом , нагрузубьев z,g , Z , женным числом циклов нагружения, равных соответственно 2N, 3N, N 3N (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 секторньк участках, могут быть различ// III

ными и равны, например, при а 4 (фиг. 8).

16 16

: Z

16

Тогда при отношении чисел зубьев

Z „ /Z. при k 1 и m 1 или,

например, 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 y iacTKa с различным числом зубьев

16 1 № Б - Z g и Z ц,

подверженных различньш числам циклов нагружения, равных соответственно

N, 2N, ЗЫ и 4N (фиг. 9). - I

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 некоторьй угол и соединения их болтами, затем включают привод 9 и приводят во вращение все элементы стенда. При отношении чисел зубьев Zj к-z зубчатых колес 2, 4 и 1, 3, определяемого в общем случаем по зависимости (ka+m)/a и (как частный случай) из отношения (а+)/а при m 1 и k 1 и равном, например, 5/4 при а 4, - за один оборот меньших колес 1 и 3 большие колеса 2 и 4 сделают а/(а+1) оборота ,например 4/5 оборота при а 4, т.е .большие колеса 2 и 4 отстанут от меньших колес 1 и 3 на 1 /(а+1 ) оборота

20

25

,

в

.

1 ) ,

35

40

45

50

зубьев , например на „/5

6vили на Z., / (а+ 1

зубьев при а 4, и со следующего

оборота зубья меньших колес 1 и 3

5 дут 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 za/(a+l) оборота, например

10 8/5 оборота при а 4, отстав от меньших колес 1 и 3 на z /(a+l) оборота или на (a+l) зубьев, например на 2zj./5 зубьев при а 4, и со следующего оборота зубья мень 5 ших колес 1 и 3 будут контактировать уже с другими зубьями больших колес 2 и 4 по сравнению с предьщу- щим оборотом. При дальнейшем вращении за каждьй 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 Z2/5 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 а оборотов, например 4 при , т.е. меньшие колеса 1 и -3 и большие

30 колеса 2 и 4 займут исходное од-носи- тельное расположение друг относительно друга При следующих (а+1) оборотах, например 5 оборотов, меньших колес 1 и 3 на оборотов, например 4-х оборотов, больших колес 2 и 4 при а 4, дикл 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 за каждый оборот меньших колес 1 и 3 происходит отставание больших колес 2 и 4 на 1/ /(а+1) оборота, а затем через (a+l) оборот цикл повторяется, то зубья меньших колес 1 и 3 (фиг. 2), расположенные на определенных секторах, соответствующие 1/а оборота или зубьев, равных, например, 1/4 оборота или зубьев при а 4, будут каждый по очереди последовательно I раз за цикл (а+1) оборота (5 оборотов при а 4) меньших колес 55 1 и 3 контактировать с зубьями больших колес 2 и 4, расположенных на различных секторах по периметру колес, равных 1/(а+1) оборота пли

зубьен, нлиример 1/5

или 7.,/5

зубьев при о 4.

Расположение боковых зубчатых секторов 16-18, имею1Ц1ГХ одинат овое число зубьев z ,р и ширину, против центральных секторных участков 9- 21 со срезанными Зубьями симметрично по отношению к осевой линии LL, проходящей посредине 5тих секторов обеспечивает непрерьшиость зацепления колес 1, 3 и 2, 4 и постоян ство положения линии действия нагрузки вдоль оси колеса, что обеспечивает снижение вибраций.

Выполнение от одного до (а-1) центральных секторов со срезанными зубьями, например трех центральных секторов 19-21, на колесах 1 и 3 с

числом срезанных зубьев z,.., не пре . -/

вьплающим число зубьев z,/a, и равным, например, Zi/2a или Z /8 при а 4, обеспечивает на каждом из секторов наличие двух сеторов - срезанными зубьями z g и зубчатого сектора с числом зубьев

7 - ч 1Ц а

или

- , равным,например, 4 и

Zi

t5 - а при а 4 и Z g z,/8, что в сочетании с расположением центральных секторов со срезанными зубьями Г9-21 с шагами, равными, а также кратными .зубьев, например равными , ,/2при а 4,- позволяет получить за цикл а оборотов больших колес 2 и 4, например четырех оборотов, в пределах каждого из (а+1) секторов из центральных венцов 27, например, в пределах секторов, содержащих по 2д/ /(а+1) зубьев, по два участка с числом зубьев z и z ц, равным, например, z,/8 и при а 4, нагруженных соответственно 1 и 4 раза, поскольку благодаря наличию трех центральных секторов 19-21 с числом срезанных зубьев по на секторах колес 1 и 3 соответствующие .зубья центрального венца колес 2 и 4 за четыре их оборота будут 3 раза разгруткены.

При двух центральных секторах со срезанными зубьями, например секторах 20 и 19, представляется возможность за четыре оборота колес 2 и 4 получить на их пяти секторах по два участка с числом зубьев z g и z нагруженных соответственно 2 и 4 ра

.

10

15

20

25

за, а при одном цситр-тльном секте ре со срезанными зубьями, няпрнмер секторе 19, нагрузить их соответствемно 3 и 4 раза (фиг. З)

Таким образом возможно получение экспериментальных данных по результатам испытания при различных числах циклов нагружения зубьев, расположенных на одном и том же венце колеса, не меняющем в процессе испытания своего положения по отношению к опорам, что обеспечивает одни и те же условия распределения нагрузки по длине контактных линий испытуемых зубьев и повышает точность испытаний. I

Кроме того, предлагаемая зубчатая передача обеспечивает проведение испытаний в различных диапазонах переда-гочных чисел от U 2 при k 1 и и 7 2 при k V-2, что позволяет уменьшить (марное число зубь-, ев и габариты испытуемых колес.

Число циклов нагружения N зубьев центрального венца 27 большего колеса 2, периодически контактирующих по с секторами со срезанными зубьями на меньшем колесе 1, за t час испытания рассчитывается по зависимости

(I - Ъ/а) ,

где п - частота вращения большого

колеса 2, об/мин t - время испытания, ч Ъ - количество секторов со срезанными зубьями;

а - число, соответствующее количеству зубчатых секторов меньшего колеса , перисэди- чески контактирующих с определенными секторами центрального венца 27 большего колеса 2, равно делителю отношения чисел зубьев z-j больще- го колеса 2 к числу зубьев z меньшего колеса I, определяемого как (ka-)Tn)/a, где k- неполное частное отношение, m - его остаток, причем а т 1 , m 1 а и Ъ а.

Число циклов нагружения U зубьев центрального венца меньшего колесе са 1, периодически контактирующих по дуге с секторами со срезанными зубьями на большем колесе 2, за t час испытания определяется по зависимости

30

35

40

45

50

/1-/

V

А.

Фиг. 2

/Л

,

м

г/А

%

w

V

/У

t.

./а

Фиг.8

ь

ЗА/

Фиг.9