CC BY
12
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1999г. Вып.№8
УДК 621.83
Нечепуренко A.B.1, Маргулис М.В.2
УСТАЛОСТНОЕ ИСПЫТАНИЕ ГИБКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОБРАЗЦАХ-АНАЛОГАХ
Рассмотрены исследования усталостных параметров гибких зубчатых колес на образцах-аналогах по ранее предложенной авторами методике. В ходе испытаний было определено влияние различных конструктивно-технологических факторов на усталость гибкого зубчатого колеса и выработаны рекомендации по оптимизации его конструирования и изготовления.
Учитывая, что усталостная прочность гибкий зубчатых колес (ГЗК) является одним из основных критериев работоспособности волновой зубчатой передачи (ВЗП) в целом [1], а также большую сложность проведения натурных испытаний ГЗК на выносливость, рационально использовать для этой цели образцы-аналоги ГЗК.
Алгоритм расчета образцов-аналогов ГЗК, а также методика проведения испытаний типового образца приведены в [2] и были использованы при выполнении данного эксперимента, который проводился в ПН У на кафедре "Технология машиностроения" в лаборатории волновых передач в ноябре 1995 - мае 1996 г. Исследования проводились на специальном испыта-
-№5=10 циклон.
тельном стенде на базе циклов нагружения ■
В ходе испытаний ставились следующие задачи:
- выявление отличия между напряженными состояниями в зубчатом венце ГЗК и ее цилиндрической оболочке ниже зубчатого венца, что позволит определить величину коэффициента влияния зубьев на напряженное состояние ГЗК;
- исследование напряденного состояния непосредственно во впадинах зубчатого венца ГЗК;
определение влияния на усталостную прочность ГЗК различных конструктивно-технологических параметров, таких как: шероховатость гладкой поверхности и впадин зубьев, разнотолщинность стенки колеса, наличие сварного шва и т.д.
В качестве исследуемого объекта было принято ГЗК со средним диаметром Д = 1200 мм при толщине стенки t = 12 мм и числе зубьев z = 720. В качестве аналогов использовались [2] плоские образцы-аналоги трех конструктивных исполнений с длиной 1 = 500 мм и максимальной толщиной стенки t = 12 мм. Материалом ГЗК и образцов-аналогов являлась сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543-71 [3].
Образец № 1 изготавливался из листовой стали без наличия варьируемых параметров. Образец № 2 изготавливался из листа с получением утолщения строганием основного металла или наплавкой слоя металла проволокой Св. 08ХН2ГМЮ [4].
Образец № 3 изготавливался с учетом варьирования следующих конструктивно-технологических факторов:
- шероховатости внутренней поверхности впадин зубьев - Ra 1.6; 2.05; 12.5 (мкм);
- шероховатости гладкой поверхности - Ra 1.6; 2.05; 12.5 (мкм); -толщины стенки образцов - 0.01; 0.15; 0.3 мм;
- наличие сварного шва: со швом или без него;
1 ОАО"МК"Азовсталь", ЦЛАМ, инж. по внедрению новой техники
2 ПГТУ, д-р. техн. наук, проф.
- с поверхностным уплотнением зубьев или без него.
На образце № 3 утолщения под зубчатым венцом получали наплавкой проволокой Св 08ХН2ГМ
Зубья нарезались методом единичного деления модульной фрезой - т = 1.5 мм. Получение и контроль варьируемых факторов на образцах-аналогах осуществлялись следующим образом:
- шероховатостям поверхностей впадин зубьев опытного образна (поверхности этих впадин получали аналогично поверхности базового образца-аналога) гри контроле сравнивали с шероховатостью образца-аналога в связи с невозможностью использования профкломсгра;
- шероховатость гладких поверхностей (эти поверхности получали строганием вдоль направления волокон образца-аналога, что соответствует реальной поверхности ГЗК) контролировали профилометром;
- разнотолщинность образцов задавалась и выдерживалась при строгании и контролировалась микрометром;
- поверхностное уплотнение зубьев выполнялось специальными бойком, головка которого по профилю совпадает с формой впадины зубьев, с использованием гидравлического пресса усилием 1... 10 кН,
Эксперимент проводился в три этапа:
- испытания образцов № 1 и базового № 3, в ходе которых определялся коэффициент влияния зубчатого венца на напряженное состояние ГЗК;
- испытания образцов № 2, в ходе которых определялись параметры усталости в наиболее опасном сечении - во впадинах зубьев, а также различия напряженных состояний наплавленного и цельнометаллического зубчатых венцов;
- по образцам № 3 определялось влияние конструктивно-технологических факторов на параметры усталости ГЗК.
В ходе исследований использовалось по 10 образцов-аналогов одного типа при частоте нагру-жения 50 Гц.
В результате испытаний установлено, что базовые образцы имеют следующие пределы выносливости:
№ 1 а_1Д = 0,75а ,;
№ 2 а_1Д = 0,4сг_, ; № 3 о__1Д = 0.6а;,;
На первом этапе исследований установлено, что коэффициент влияния зубьев на напряженное состояние ГЗК составил -"'" = 0,8; различие величин напряжений в цельнометаллическом и сварном образцах составило * 30 %, при этом менее подверженным к усталости
оказался образец из цельного листа. На втором этапе исследований установлено, что уровень напряжений во впадинах зубьев зубчатого венца выше уровня напряжений в оболочке на 45-50 %, различие напряжений в зубчатых венцах образцов наплавленного и цельнометаллического составило 15 % при большей выносливости цельнометаллического образца. На третьем этапе установлено, что влияние констрз'ктивно-технологичесхих факторов
оказалось незначительно - до 10—15 % при максимальном разбеге: Выводы
- рационально изготавливать ГЗК из цельной заготовки, т.к. применение сварных заготовок снижает выносливость ГЗК на 1 5 - 3 0 %;
- изготовление гладких поверхностей ГЗК допустимо с точностью 8-го квалитега, а зубчатых -
с точностью 7-8 степеней точности при шероховатости 7-8 клас
Перечень ссылок
1. Волновые зубчатые передачи Волков /(. П. Крайнев А. Ф. Маргулис М.В. - К.: Техника, 1976,- 222 с.
2. Маргулис М.В., Нечепуренко A.B. Методика усталостных испытаний ГЗК на образцах-
аналогах.// - Вестник ГТГТУ. Сб.науч трудов: - Мариуполь, 1996 Вып.1 -С. 133-137.
3. Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5-ти томах. /Под ред. Н.В. Кудрявцева - М.: Машиностроение, 1967.
4. Справочник по сварке. Т.1 - М.: Машгиз, 1961г. - 416 с.
Маргулис Михаил Владимирович. Д-р техн. наук, профессор кафедры Технологии машиностроения, окончил Ленинградский политехнический институт в 1960 году. Основные направления научных исследований - создание прогрессивных высокоэкономичных приводов машин широкого диапазона.
Нечепуренко Александр Васильевич. Инженер по внедрению новой техники ЦЛАМ ОАО "МК "Азовсталь", окончил Мариупольский металлургический институт в 1993 году. Основные направления научных исследований - создание силовых одноволновых зубчатых передач для приводов машин широкого диапазона.
