Способ испытания зубчатых передач

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при проведении ускоренных испытаний зубчатых передач на надежность и долговечность. Цель изобретения - сокращение продолжительности испытаний путем форсирования нагрузочных режимов за счет концентрации повреждающих воздействий на ограниченной щеке выбранных зубьев. При испытаниях прикладывают к ведущему и ведомому валам испытуемой передачи количественный крутящий момент и постоянный по величине составляющий 50% от последнего и дополнительный переменный тормозные моменты. Последний изменяют по пилообразному закону от 50% до нулевой величины крутящего момента, синхронизируя по времени моменты входа одного из зубьев в зацепление и импульсного увеличения амплитуды. Измеряют параметры вибраций в каждом цикле нагружения, циклы нагружения повторяют до достижения контролируемым параметром продольного значения, а за контролируемый параметр принимают собственную частоту колебаний испытуемой передачи. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 M 13/02

Ю

° Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2i) 4438121/25-28 (22) 08.06.88 (46) 23 ° 03.90. Бюл. N - 11 (71) Закавказский филиал Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (?2) В.А.Авакян, К.С.Бабаян и А.P.Àñàòðÿí (53) 621.833 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 796696, кл. G Oi И 13/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1037112, кл. G 01 М 13/02, 1982. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть иепользовано при проведении ускоренных испытаний зубчатых передач на надежность и долговечность. Цель изобретения сокращение продолжительности испыИзобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при проведении ускоренных испытаний зубчатых передач на надежность и долговечность.

Целью изобретения является сокра- . щение продолжительности испытаний путем форсирования нагрузочных режимов sa счет концентрации повреждающих воздействий на огваниченном числе выбранных зубьев.

На фиг.1 изображена общая схема стенда, реализующего данный способ;

„„SU„„3551999 А 1

2 таний путем форсирования нагрузочных режимов за счет концентрации повреждающих воздействий на ограниченной щеке выбранных зубьев. При испытаниях прикладывают к ведущему и ведомому валам испытуемой передачи количественный крутящий момент и постоянный по величине составляющий 50Х от последнего и дополнительный переменный тормозные моменты. Последний изменяют по пилообразному закону от

50Х до нулевой величины крутящего момента, синхронизируя по времени моменты входа одного из зубьев в зацепление и импульсного увеличения амплитуды. Измеряют параметры вибраций в каждом цикле нагружения, циклы чагружения повторяют до достижения контролируемым параметром продольного значения,. а за контролируемый параметр принимают собственную частоту колебаний испытуемой передачи.

2 ил. на фиг 2 — диаграммы поясняющие работу стенда при создании нагрузки.

Стенд содержит блок 1 управления, электрически. связанные с ним блок 2 регулирования скоростью вращения двигателя 3, вал которого связан с ведущим валом испытуемой зубчатой передачи 4, управляемый источник 5 напряжения, задающий величину тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом 6, кинематически связанным с ведомым валом зубчатой передачи 4, датчик 7 импульсов, установленный на ведомом валу зубчатой передачи 4 и

1551999

; электрически связанный через счетчик

: 8 импульсов с блоком 1 управления, и датчик 9 вибрации, закрепленный на корпусе 10 зубчатой передачи 4 и электрически связанный с анализатором 11 спектра, .вход которого связан с блоком 1 управления, а выход — с устройством 12 диагностирования.

Способ испытания зубчатых передач осуществляется в следующей последовательности.

Согласно программе испытаний, составленной на основе анализа реальных условий эксплуатации зубчатых передач данного типоразмера, к ведущему валу испытуемой зубчатой передачи 4 прикладывают номинальный крутящий момент путем установления заданной скорости вращения двигателя 3, величину которой регулируют блоком 1 управления и связанным с ним блоком

2 регулирования.

К ведомому валу испытуемой зубчатой передачи 4 прикладывают постоян- 25 ный тормозной момент, величину которого назначают согласно программе испытаний и принимают равной 50Х величины номинального крутящего момента, приложенного к ведомому валу.

Тормозной момент создают изменением питающего напряжения тормозного меха„ низма 6 при помощи источника 5 напряжения, управляемого по сигналам с блока 1 управления. К ведомому валу испытуемой нагрузки зубчатой передачи 5

4 прикладывают дополнительный переменный тормозной момент, периодически изменяя его величину от 50 до ОХ величины номинального крутящего момента по линейному пилообразному закону, синхронизируя по времени моменты кинематического входа одного из зубьев в зацепление и импульсного увеличения амплитуды. Нагружение пе45 ременным тормозным моментом ведомого вала испытуемой зубчатой передачи

4 на стенде осуществляется в автоматизированном режиме.

С датчика 7 импульсов в счетчик 8

I 50 импульсов поступает фиксированное число импульсов U< (фиг.2а), каждый из которых соответствует одному полному обороту ведомого вала, а передний фронт совпадает с моментом входа в зацепление одного из зубьев. При

55 этом счетчик 8 импульсов формирует сигнал U (фиг.2б), .который поступает в блок 1 управления. По этому сигналу П в блок 1 управления с помощью управляемого источника 5 напряжения задает на обмотках тормозного механизма 6 периодическую линейно убывающую функцию напряжения (фиг.2в), причем время полного цикла работы Т датчика 7 импульсов, соответствующее выбранному циклу нагружения, напряжение U, подаваемое на тормозной механизм 6;.убывает до величины, соответствующей постоянному тормозному моменту.

По истечении времени Т счетчиком

8 импульсов выдается следующим сигнал У,, по которому блок 1 управления посредством управляемого источника 5 увеличивает напряжение от 50Х до номинального П„, (следовательно, до номинальной нагрузки на ведомом валу), и далее цикл нагружения повторяется.

При таком нагружении достигается концентрация повреждающих воздействий на ограниченном подмножестве зубьев сектора зубчатого колеса испытуемой передачи 4, что позволяет проводить формированные испытания в условиях, соответствующих реальным условиям эксплуатапии.

Для каждого цикла нагружения измеряют виброакустические параметры вибраций испытуемой передачи 4 и сравнивают с допустимыми путем измерения и анализа сигналов, поступающих с датчика 9 вибрации на анализатор 11 спектра.

При этом блок 1 управления в начаФ ле каждого цикла нагружения в моменты, синхронизированные с формированием импульса U со счетчика 8 импульсов, осуществляет сброс анализатора 11 в исходное нулевое состояние, благодаря чему сигнал вибрации U(t) представляется совокупностью отрезков У, (t)

U(t) =, „V;(t), а анализатор 11, обрабатывая эти отрезки сигналов, в свою очередь, подает на вход устройства 12 диагностирования совокупность спектральных, функций вибрации

С +1)т

Ч;(Ц= j u; (t) V; (с) Е " " а, (1)

;r где Ю; (t) — временное окно; — мнимая единица;

f — частота.

5 1551999

Посредством устройства 12 диагностирования обрабатывают входную последовательность спектров Ч; (f) и путем распознавания спектральных составляющих выделяют контролируемый параметр — частоту f собственных колебаний испытуемой зубчатой передачи 4.

Распознавание осуществляется следующим образом. Спектр вибрации состоит из двух компонент:линейчатого

V (f), в котором отражены вынужденные составляющие колебаний с частотами

Z1

1, й,, (1«+K) — р— (1 +К) — — — f

z - Z ep

И ) 2

3 2 ((ХК,+(С,-4пг и ш ) где С тп

К вЂ”

F(t)—

f .Е

О 2 ((m

z (3) где f e — частота вращения входного вала;

Zt u

Z — числа зубьев зубчатых колес передачи;

1 и К вЂ” целые положительные числа, и сплошного жесткость зацепления; эквивалентная масса зубчатой пары, приведенная к линии зацепления; коэффициент демпфирования; спектр нагрузки.

Из формулы (2), из условия равенства нулю действительной части С -4 ((f m =О, следует, что собственная частота колебаний, определяющая пик сплошной составляющей спектра равна

Предварительно собственную частоту рассчитывают по формуле (3), а затем в процессе проведения испытаний уточняют путем исключения из спектра составляющих линейчатой компоненты Ч„ (f) и идентификации ника сплошной компоненты спектра V,(f).

В процессе испытаний по мере образования микротрещин у оснований зубьев в секторе концентрации повреждающих воздействий жесткость за5

10 I5

50 цепления С снижается, что приводит к снижению собственной частоты

Полученные после каждого цикла нагружения значения собственных частот f» соответствующие спектрам

V, (f) сравнивают с двумя значениями:

g à — порог начала развития микротрещин, P f — порог образования сколов. При выходе значения Й за пределы укаэанных допустимых значений испытания прекращают ° При этом определяют: время наработки до образования микротрещин Тп, когда значение собственной частоты Г достигает значения o(!f, и время наработки до образования сколов Т(, когда f достигает значения Pf,.

Величины (и Р принимают значения меньше 1 и определяются экспериментальным путем при проведении нормальных (без ускорения) испытаний зубчатых передач данного типоразмера. При таких испытаниях определяются также: время наработки до образования микроI трещин Т и время наработки до обра-! зования сколов Т 2

Полученные в ходе форсирования ускоренных испытаний величины Т ° и Т сравнивают соответственно со значе(( ниями Т и Т и по результатам сравнения ойределяют коэффициенты ускоре(l —:с Тр, ния: К = — — и К = -- —, испольТ (т зуемые для пересчета ускоренных испытаний в нормальные.

Пример. На стенде, предназначенном для испытания зубчатых передач, устанавливают одинаковые зубчатые колеса с числом зубьев Е„ =Е

=б0 и модулем тп = 2 мм, изготовленные из легированной стали с 6

1000 МПа. Эквивалентная масса испытуемой зубчатой пары, приведенная к линии зацепления, определяется расчетным путем и равна С = 0,4 кг/см, жесткость зацепления определяется экспериментально, известными методами и равна С =1,5 ° 10 н/см, соот6 2 ветственно расчетное значение собственной частоты колебаний будет: f

= 3,08 кГц. Зубчатые колеса вращают со скоростью n=250 об/мин, а к ведомому валу прикладывают нагрузку, изменяющуюся по пилообразному закону, номинальное значение которой равно

120 Н м.

В процессе проведения испытаний расчетное значение f уточняется

1551999 путем исключения из спектра составляющих линейчатой компоненты V,,(f) и идентификации пика сплошной компоненты спектра Vg, (f) и принимается равным. Г„= 2,8 кГц.

Значения коэффициентов о и Р обуславливающих соответственно порог начала развития микротрещин и порог образования сколов, определяются экспериментальным путем и принимаются равными Ы =0,93; Р

= 0,86. Полученные в ходе испытаний значения собственных частот f сравниваются со значениями с(.Г = 2,6 кГц и Pf = 2,4 кГц. При этом определяются: время наработки до образования микротрещин Т, когда значение собственной частоты f, достигает значения

Кйо, и время наработки до образования сколов Т, когда f достигает значения Pf . Полученные значения

Т, = 720 ч и Т = 930 ч соответственно сравниваются со значением

Т вЂ” время наработки до образования 25

I микротрещин и Т вЂ” время наработки до образования сколов, которые определяются экспериментально при проведении нормальных испытаний аналогичной зубчатой передачи и идентичl ных условиях: Т, = 2300 ч, Тр

2880 ч. По результатам сравнения определяют коэффициенты ускорения

Toh

К = — — — = 3,19;

Т, 35

K = = 3,09.

Т, Р

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет за счет обеспечения концентрации повреждаю щих воздействий на ограниченном подмножестве зубьев сектора зубчатого колеса провести форсированные ускоренные испытания и сократить продолжительность испытаний в 3,09 — 3,19 раза при сохранении достоверности и объективности оценки показателей надежности и долговечности испытуемой передачи.

Формула изобретения

Ъ

Способ испытания зубчатых передач, заключающийся в том, что прикладывают постоянный положительный крутящий момент к ведущему валу испытуемой .передачи, к ее ведомому валу прикладывают постоянный и дополнительный переменный тормозные моменты, измеряют параметры вибраций испытуемой передачи и сравнивают значение контролируемого параметра с допустимым, о т,л и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения продолжительности испытаний, величину постоянного тормозного момента устанавливают 50% от величины номинального крутящего момента, периодически с выбранным циклом нагружения изменяют величину дополнительного переменного тормозного момента от 507 до нулевой величины номинального крутящего момента по линейному пилообразному закону, синхронизируя по времени моменты кинематического входа одного иэ зубьев в зацепление и импульсного увеличения амплитуды, параметры вибраций измеряют в каждом цикле нагружения, циклы нагружения повторяют до достижения контролируемым параметром предельного значения, а за контролируемый параметр принимают собственную частоту колебаний испытуемой передачи.

1551й9(1

1

jj 1 f

Составитель В.Красненко

Техред N.Äèäûê

Корректор

Редактор А.lllaндор

Заказ 322 Тираж 434 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101