способ экспериментального исследования ударных процессов в прямозубых цилиндрических передачах

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/с ²;

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 .

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 поворота траверсы 1 измерять неудобно. Более просто и точно можно измерять расстояние WD. Массой поворотной траверсы 1 и сопротивлением воздуха пренебрегаем.

Определим начальную скорость V ₀ 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 ;

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 .

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.