Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования передачи зубчатой цепью 13
1.1. Обзор существующих исследований 13
1.2. Параметры выбора профиля зубьев звездочек 29
1.3. Формы расположения пластин зубчатой цепи на секторах обхвата звездочки 31
1.4. Зависимость нагрузочной способности передачи от профиля зуба звездочки 34
1.5. Выводы 37
Глава 2. Профилирование звездочек с эвольвентным профилем зубьев для передач зубчатой цепью 39
2.1 Особенности проектирования звездочек с эвольвентным профилем зубьев для передач зубчатой цепью 39
2.2. Геометрические параметры цепного зацепления передачи зубчатой цепью и звездочкой с эвольвентным профилем зуба 62
2.3. Проверочный расчет передачи зубчатой цепью по критериям работоспособности 64
2.4. Выводы 75
Глава 3. Исследования тяговой способности передачи зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зуба 76
3.1. Расположение пластин зубчатой цепи на звездочке с эвольвентным профилем зуба 76
3.2. Определение радиусов расположения центров шарниров зубчатой цепи в секторах обхвата звездочек с эвольвентным профилем зуба 82
3.3. Тяговая способность передачи зубчатой цепью.. 92
3.4. Выводы 94
Глава 4. Монтаж и настройка передачи зубчатой цепью и звездочек с эвольвентным профилем зуба 96
4.1. Погрешность монтажа элементов передачи зубчатой цепью 96
4.2. Источники внутренних возмущений поперечных колебаний ветвей цепного контура 105
4.3. Поперечные колебания ведущей ветви передачи зубчатой цепью с звездочками с эвольвентным профелем зуба 107
4.4. Скорость удара зубчатой цепи о звездочку с эвольвентным профилем зуба 119
4.5. Настройка передачи зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зуба. 123
4.6. Выводы 129
Глава 5. Экспериментальные исследования передач зубчатой цепью 130
5.1. Анализ экспериментальных исследований .130
5.2. Изменение геометрических параметров цепного зацепления в передачах зубчатой цепью в ходе испытаний 136
5.3. Шумовые характеристики при работе передач зубчатой цепью 149
5.4. Выводы 151
Заключение .152
Список использованной литературы 154
Приложения .164
- Формы расположения пластин зубчатой цепи на секторах обхвата звездочки
- Особенности проектирования звездочек с эвольвентным профилем зубьев для передач зубчатой цепью
- Поперечные колебания ведущей ветви передачи зубчатой цепью с звездочками с эвольвентным профелем зуба
- Изменение геометрических параметров цепного зацепления в передачах зубчатой цепью в ходе испытаний
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Цепные передачи с зубчатой цепью в настоящее время находят широкое применение, так как по сравнению с другими видами цепных передач обеспечивают равномерное вращение звездочек, высокую кинематическую точность и надежность. В машиностроении основную массу цепных передач с зубчатой цепью оснащают звездочками с прямолинейным профилем зуба (ГОСТ 13576-81).
Наибольший вклад в исследование цепных передач внесли следующие отечественные и зарубежные ученые: Н.В. Воробьев, И.И. Ивашков, Д.Н. Решетов, И.П. Глущенко, А.А. Петрик, А. А, Готовцев, С. Б. Бережной, И.П. Котенок, Г.К. Рябов, А.В. Пунтус, А.А. Война, П.Н. Учаев, Б. В. Николаев, L. Ulukau, R. Gopinath, C. Yabing, Y. Shuaibing, W. Xiaopeng, A. Lichi, L. Huan, W. Wencheng, L. Xiaolun, L. Jiajun, L. Jianfang. и другие.
Звездочки для цепных передач в серийном производстве изготавливают на специальном оборудовании, в мелкосерийном - на специальном станочном оборудовании, а в индивидуальном - специальным режущим инструментом. Изготовление методом копирования не обеспечивает требуемой точности. Ремонтные цеха предприятий, эксплуатирующих цепные передачи, зачастую оснащены универсальном оборудовании и, следовательно, могут изготовить лишь зубчатые колеса с эвольвентным профилем.
Актуальность создания профиля зуба, позволяющего изготавливать звездочки в условиях имеющегося универсального оборудования предприятий обусловлена их запросами о необходимости предложить профиль зуба, который можно получить методом обката с использованием стандартного режущего инструмента обеспечивающего необходимую точность. Несмотря на широкое применение эвольвентного профиля зуба в зубчатых передачах, он в цепных передачах с зубчатой цепью не применялся и мало изучен.
При проведении литературного обзора и опросе экспертов не найдены сведения об использовании эвольвентного профиля, изготовленного стандартным режущим инструментом применительно к звездочкам передач зубчатой цепью, не предложен расчет геометрических параметров звездочек и параметров цепного зацепления зубчатой цепи с эвольвентными звездочками, отсутствуют экспериментальные исследования работы цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев, не доказана работоспособность такой передачи, отсутствуют рекомендации по настройке цепных передач с зубчатой цепью и эвольвентными звездочками. Поэтому исследование в данной области обусловлены запросами предприятий эксплуатирующих такие цепные передачи и являются актуальными.
Объект исследования. Приводная цепная передача с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев.
Предмет исследования. Работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание профиля зуба звездочки для цепных передач с зубчатой цепью позволяющего изготавливать звездочки с эвольвентным профилем зуба на универсальном станочном оборудовании стандартным режущим инструментом - червяч-
ной фрезой, изготовленной по ГОСТ 9324-80. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи для исследования:
-
Определить геометрические параметры эвольвентного профиля зуба звездочки, обеспечивающего работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью;
-
Разработать методику проектирования и расчет геометрических параметров эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью;
-
Провести силовое исследование цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев;
-
Исследовать работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев по критерию износостойкости зубчатой цепи и зубьев звездочек;
-
Разработать рекомендации по монтажу и настройке цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев;
-
Провести сравнительные экспериментальные исследования цепных передач с зубчатой цепью с эвольвентными и стандартными профилями зубьев звездочек.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. Для решения поставленных задач применялись основные положения машиноведения и деталей машин, теории цепного зацепления, механики гибких нитей, эволь-вентной зубчатой передачи, математическое моделирование эвольвентного цепного зацепления и экспериментальные исследования. Геометрические, кинематические, силовые и динамические характеристики передачи исследовались с применением методов теоретической механики, теории механизмов и машин. При решении поставленных задач применялись современные программы, такие как AutoCAD, Visual Studio и MS Excel.
Измерения элементов цепной передачи производились на инструментальном микроскопе УИМ-21 и инструментальной линейке с электронным штангенциркулем. Испытательный стенд спроектирован, изготовлен и смонтирован в лаборатории кафедры наземного транспорта и механики КубГТУ.
Научная новизна. В результате проведенных исследований были разработаны и установлены следующие положения и закономерности:
-
Разработана методика профилирования звездочек с эвольвентным профилем зуба для цепных передач с зубчатой цепью обеспечивающие работоспособность этих передач;
-
Получены аналитические зависимости расчета геометрических параметров эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью;
3. Разработана методика расчета цепного зацепления зубчатой цепи с
эвольвентными звездочками, позволяющая определять формы расположения ра
бочих пластин и радиусы нахождения центров шарниров зубчатой цепи на секто
рах обхвата эвольвентных звездочек;
4. Предложены методы расчета коэффициентов сцепления зубчатой цепи с
эвольвентной звездочкой позволяющие определять распределение нагрузки на
зубьях, находящихся в зацеплении с зубчатой цепью и рассчитать натяжения вет
вей передачи.
Основные положения, выносимые на защиту:
порядок расчета геометрических параметров эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью;
способ формообразования профилей зубьев эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью с применением стандартного режущего инструмента;
математическая модель цепного зацепления зубчатой цепи с звездочками с эвольвентным профилем зубьев;
методика расчета тяговой способности цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев;
методика определения допускаемых значений погрешности монтажа и параметров настройки передачи с эвольвентными звездочками.
Практическая значимость работы:
-
Предложен способ формообразования зубьев эвольвентных звездочек, позволяющий изготовить эвольвентные звездочки с использованием стандартного режущего инструмента на универсальном оборудовании эксплуатирующей организации;
-
Спроектирован и изготовлен специальный стенд для исследований передач с гибкой связью, на который получен патент РФ. На стенде были испытаны передачи зубчатой цепью с эвольвентными и стандартными звездочками. Продолжительность испытаний составила 1140 часов;
-
Разработанная методика проектирования эвольвентных звездочек для цепных передач с зубчатой цепью была внедрена в производство на ООО ПКФ «Меркан» г. Челябинск, с использованием данной методики спроектированы и изготовлены три звездочки с эвольвентным профилем зубьев (z1=96, z2=22, z3=34) для цепной передачи с зубчатой цепью и шагом t=15,875 мм, установленной в приводной системе промазочного стола линии для производства линолеума, в процессе эксплуатации исследуемой цепной передачи в течение более 1000 часов не выявлено ни одного случая отказа зубчатой цепи. Апробация работы. Основные положения работы были представлены на:
научных конференциях КубГТУ (Краснодар, 2012-16 гг.);
международной научной конференции «МИКМУС» (Москва, 2014 г.);
заседании III Конкурса молодежных научных и инновационных проектов «InnoTech 2014» (Краснодар, 2014 г.);
региональном форуме «Создай себя сам» (Краснодар,2014 г.);
региональной научно-практической конференции «Молодежные научно-инновационные проекты Краснодарского края», в рамках конкурса «У.М.Н.И.К.» (Краснодар, 2014 г., финансирование на 400 тыс. руб. - 2015-2016 гг.);
- региональном форуме «Юго-Восточная Европа» (Краснодар, 2014 г.);
заседании конкурса «Премия IQ года» (Краснодар, 2014, 2015 гг.);
шестой Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2014 г);
- XII всероссийской научно-практической конференции «Научный потенциал
ВУЗа – производству и образованию» (Армавир, 2016 г.).
Данная работа выполнена в соответствии с:
тематическим планом инициативных и комплексных НИР № 5.3.11-15, п. 47 на 2011-2015 гг. по теме «Исследование, расчет и проектирование систем приводов и деталей машин с целью повышения технического уровня механического оборудования и подъемно-транспортных устройств» и № 5.3.16-20, на 2016-2020 гг. по теме «Исследование машин, станочных комплексов, сельскохозяйственной техники и приводов» кафедры технической механики и гидравлики Кубанского государственного технологического университета;
НИОКР по государственному контракту № 1789ГУ1/2014 от 24 марта 2014 года на разработку и совершенствование привода главного движения технологического комплекса VMG50 на базе тяжелых и уникальных станков в рамках программы «УМНИК» («Участник молодежного научно-инновационного конкурса»).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 10 научных работах, в числе которых 4 издания, входящие в перечень ВАК РФ, 1 патент РФ и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа содержит 179 страниц, 43 рисунка, 14 таблиц, 101 источник и 6 приложений.
Формы расположения пластин зубчатой цепи на секторах обхвата звездочки
В исследованиях Н.В. Воробьева [21,22] установлено, что для нормальной работы цепной передачи необходимо что бы шаг цепи tц был больше или равен шагу звездочки t z В работах Глущенко, Петрика и Бережного [2,3,27,59] в роликовой цепной передаче при нормальном зацеплении на секторе обхвата звездочки были установлены четыре главные формы расположения шарниров цепи: исходная, граничная, нормальная, предельная и три промежуточные формы, которые считаются переходными между четырьмя основными формами расположения шарниров [27,59,60] (Рисунок 1.10).
Рассмотрим аналогичное состояние зубчатой цепи на зубьях звездочек.
Исходная форма расположения (Рисунок 1.10 а) - шарнир зубчатой цепи при входе в зацепление с эвольвентной звездочкой располагается на рабочем профиле зуба, а при выходе из зацепления шарнир находится на затылочном профиле. При этом звено цепи по середине сектора обхвата лежит во впадине зубьев звездочки.
Граничная форма расположения (Рисунок 1.10 б) характеризуется тем, что выходящий из зацепления шарнир зубчатой цепи располагается во впадине, а остальные шарниры остаются на рабочих профилях зубьев звездочки.
Нормальная форма расположения (Рисунок 1.10 в) отличается тем, что все шарниры зубчатой цепи расположены на одном радиусе от центра эвольвентной звездочки и контактируют со всеми рабочими профилями зубьев на секторах обхвата.
Предельная форма расположения (Рисунок 1.10 г) - шарнир зубчатой цепи при входе в зацепление контактирует с рабочим профилем зуба, а при выходе из зацепления расположен у вершины зуба на рабочем профиле.
Данные формы расположения шарниров зубчатой цепи определяют количеством зубьев, участвующих в передаче полезной нагрузки.
Из представленных форм наиболее рациональной является нормальная [27], так как вся полезная передаваемая нагрузка равномерно распределена по зубьям сектора обхвата звездочки. Но в реальных условиях работы цепной передачи шарниры зубчатой цепи могут иметь любую из перечисленных форм расположения шарниров, которые изменяются в зависимости от профиля зубьев звездочки, угла обхвата звездочки с зубчатой цепью а, износа элементов зубчатой цепи, сил в ведущей Si и холостой S2 ветвях передачи и характера смазки передачи.
Особенности проектирования звездочек с эвольвентным профилем зубьев для передач зубчатой цепью
Звездочка с эвольвентным профилем является прямозубым эвольвентным зубчатым колесом, то есть колесом у которого поверхность зуба очерчена эвольвентой. При этом эвольвентная звездочка имеет несколько особенностей, которые значительно отличают ее от обычного эвольвентного колеса.
Диаметры окружностей выступов D е и впадин D ,. звездочки не будут совпадать с диаметрами вершин d а и впадин dj зубчатого колеса. Эвольвентная звездочка имеет, в отличие от колеса, две делительные окружности диаметрами d и d д , которые не равны друг другу.
При формообразовании эвольвентной звездочки режущий инструмент врезается в заготовку диаметра De на глубину, равную расчетной высоте зуба звездочки h обеспечивая необходимый диаметр окружности впадин Di (Рисунок 2.2). При этом начальная прямая исходного производящего контура (ИПК) режущего инструмента будет считаться касательной к делительной окружности звездочки с эвольвентным профилем зуба диаметром d Относительно делительной прямой эта касательная будет находится на расстоянии, равном радиальному смещению инструмента xm.
Коэффициент радиального смещения X при врезании инструмента в заготовку на величину, равную высоте зуба стандартной звездочки h2, определяется на рисунке 2.2:
Проведенные для зубчатых цепей расчеты показали, что при использовании одного радиального смещения инструмента xm невозможно установить пластины зубчатой цепи во впадины эвольвентной звездочки, в силу их недостаточной ширины.
Расширение впадин до необходимых размеров можно осуществить посредством дополнительной коррекции формы зубьев звездочки. В работе [18] было предложено использовать тангенциальную коррекцию режущего инструмента, позволяющую уменьшать толщину зуба звездочки, одновременно расширяя впадину до необходимых размеров. Однако представленные в данной работе зависимости позволяют рассчитать величину тангенциальной коррекции инструмента только при нарезании эвольвентных звездочек для роликовых цепных передач.
Тангенциальная коррекция [3,4,15,18,57,89] - это такой вид коррекции, при котором происходит смещение профиля зуба параллельно самому себе по начальной окружности. Тангенциальную коррекцию рекомендуется применять в том случае, когда при различном числе зубьев у двух колес толщина ножки зуба получается разной и зубья сопряженных колес имеют разную прочность. При тангенциальной коррекции шаг зубьев не изменяется и не влияет на зацепление пластин зубчатой цепи. Данный вид коррекции можно использовать в сочетании с любым другим видом коррекции.
Далее предлагаются формулы для расчета величины тангенциальной коррекции и способ реализации этой коррекции при формообразовании эвольвентных звездочек для зубчатых цепей, защищённые патентом РФ [57].
Процесс формообразования предлагается производить в последовательности представленной на рисунке 2.3.
Вначале производится нарезание зубьев звездочки с использованием только радиальной коррекции xm режущего инструмента, при которой обеспечивается требуемый диаметр окружности впадин эвольвентной звездочки D i (рис. 2.3, а, б) и высота зуба звездочки h2. Затем режущий инструмент отодвигается (рис. 2.3, в), а заготовку поворачивают на расчетный угол рк (рис. 2.3, г). Далее процесс нарезания зубьев повторяется с удалением материала с рабочего профиля зубьев (рис. 2.3 д, е). При этом обеспечивается требуемая ширина впадины звездочки.
Определение величины тангенциальной коррекции проводим в следующем порядке.
С помощью литературы [23,55,68,70,81] была разработана компьютерная программа (Приложение Д), моделирующая процесс нарезания звездочек с различными числами зубьев [19,20] и значениями шага цепи, позволяющая определить модуль инструмента, провести проверку на отсутствие подрезания основания и заострения вершины зуба звездочки (Рисунок П1, П2).При значении z 20 наблюдается незначительное подрезание основания зубьев эвольвентной звездочки, но данный результат не повлияет на цепное зацепление из-за того, что точка контакта пластины цепи с боковой поверхностью зуба звездочки располагается выше подрезаемой части боковой поверхности зуба звездочки. Проверка по условию отсутствия заострения зуба показала, что во всем диапазоне чисел зубьев заострение не наблюдается. Можно сказать, что наиболее оптимальным инструментом для заданного значения шага цепи является червячная фреза «Фреза 2510 - 4086 В» модуля 3,75 мм, изготовленная по ГОСТ 9324-80. Аналогичные результаты получены для последующих шагов зубчатых цепей.
Поперечные колебания ведущей ветви передачи зубчатой цепью с звездочками с эвольвентным профелем зуба
Одним из требований по проектированию передач зубчатой цепью считается расчет поперечных колебаний ведущей ветви как наиболее нагруженной [47]. Поперечные колебания могут быть вызваны циклическими возмущениями обусловленными: граненостью эвольвентных звездочек (положением шарниров зубчатой цепи на звездочке подобно граням многогранника), эксцентриситетом эвольвентных звездочек, ударом шарниров зубчатой цепи при свободном входе и свободном выходе из зацепления с ведущей звездочкой [28,49].
Динамика износа зубчатой цепи в работающей передаче происходит непрерывно при перемещении звеньев по всему контуру. Изменение среднего шага цепи At4 происходит не только в результате относительных угловых перемещений призм в шарнире зубчатой цепи при свободном входе в зацепление с ведущей эвольвентной звездочкой и свободном выходе из зацепления с ведомой эвольвентной звездочкой, но и на участках между звездочками при вынужденных поперечных колебаниях [47].
Рассчитаем вынужденные поперечные колебания ведущей ветви, определённых граненостью звездочек. Вообразим ведущую ветвь зубчатой цепи тяжелой однородной нитью [47], она передвигается в продольном направлении с заданной скоростью v и совершает небольшие поперечные колебания.
При зацеплении шарниры зубчатой цепи будут располагаться на ведущей звездочке подобно граням многогранника. Проекция поперечного перемещения окончания ведущей ветви (Li) - концевого шарнира зубчатой цепи с зубом ведущей звездочки за определенное время т( 0 т Т) описывается [47] уравнением.
При определении поперечных колебаний ведущей ветви зубчатой цепи используется [28,47,50] дифференциальное уравнение поперечных колебаний ветви (4.37) движущейся в продольном направлении. Это уравнение описывает свободные собственные поперечные колебания ведущей ветви цепного контура зубчатой цепи, вызванные граненостью звездочек. Частота свободных колебаний при этом будет изменяться от изменения характеристик колебательной системы. Путем демпфирования амплитуда колебаний будет снижатся от случайного возмущения. При этом на шарниры ведущей ветви воздействуют периодические возмущения. Однако частота вынужденных колебаний будет зависеть не от характеристики колебательной системы, а от частоты периодических возмущений.
При решении уравнения (4.31) с условиями (4.32) – (4.35) используя математическую физику с «исчезающем тренем» (h 0), принимаем полученую зависимость траектории движения шарнира зубчатой цепи в процессе движения по ведущей ветви при поперечных колебаниях, определённые граненостью звездочек.
При движении шарниров зубчатой цепи по ветви передачи совершается поворот призм в точке контакта, сопровождаемый износом шарниров. Для оценки износостойкости передачи представляет интерес определение пути трения в шарнирах зубчатой цепи при взаимном развороте её смежных звеньев.На рисунке 4.4 представлен график углового перемещения в шарнире зубчатой цепи при пробеге по ведущей ветви. Сумма уголов поворота в шарнире зубчатой цепи, определённый поперечными колебаниями ведущей ветви с тремя гармониками (k=1,2,3) и вызванными граненостью звездочек, составляет 59,2. Таким образом, угловое перемещение в шарнире зубчатой цепи происходит не только в процессе зацепления пластин цепи со звездочкой, но и при сходе пластин цепи из зацепления.
Приращение шага цепи происходит пропорционально увеличению пути трения и давления в шарнире зубчатой цепи. В холостой ветви передачи зубчатой цепью давление в шарнире равно 3-5% от давления в ведущей ветви, износ шарнира при пробеге по холостой ветви пренебрегаем и далее рассматриваем путь трения только при пробеге шарнира по ведущей ветви передачи.
В ходе стендовых испытаний цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев, с использованием видеокамеры «GoPro HD HERO3 Black Edition», была произведена высокоскоростная видеосъемка поперечных колебаний ведущей ветви передачи (Рисунок 4.7). На рисунке 4.7 измерение колебаний ведущей ветви зубчатой цепи проходили в несколько этапов, сначала на стоп-кадре, где запечатлена вся ведущая ветвь, проводятся две линии – первая линия описывает ось от выхода из зацепления шарнира до входа в зацепление со звездочками, вторая линия описывает амплитуду колебаний шарниров цепи на ведущей ветви передачи. Далее для упрощения измерения стоп-кадр делится на 4 отрезка, далее распечатанные отрезки в масштабе замеряют штангенциркулем амплитуду колебаний всех шарниров ведущей ветви зубчатой цепи. Полученные результаты замеров экспериментальных колебаний внесены на график с теоретическими расчетами (Рисунок 4.6).
Изменение геометрических параметров цепного зацепления в передачах зубчатой цепью в ходе испытаний
Эксплуатация передачи, оснащенной зубчатой цепью, не зависимо от выбранного способа смазки, сопровождается износом шарниров цепи и профилей зубьев звездочек.
Износ шарниров зубчатой цепи происходит [32,45,48] при:
- относительном развороте пластин смежных звеньев зубчатой цепи в момент их свободного входа и свободного выхода из зацепления с эвольвентными звездочками;
- движении по ветвям передачи зубчатой цепью из-за угловых перемещений призм, вызванных поперечными колебаниями ветвей зубчатой цепи.
Износ профилей зубьев эвольвентных звездочек наблюдается [17,18,27,59]:
- при свободном входе и свободном выходе зубчатой цепи из зацепления с эвольвентными звездочками вследствие поворота пластин;
- при движении пластин зубчатой цепи по профилям зубьев на секторах обхвата звездочек.
Изменение геометрических параметров элементов цепи и зубьев звездочек оказывает существенное влияние на работу передачи, выражающееся в виде сил поперечных колебаний ветвей и как следствие – в увеличении интенсивности износа элементов передачи.
При проведении испытаний передач производились контрольные замеры зубчатой цепи используя измерительную линейку и электронный штангенциркуль с точностью 0,1 мм для контроля удлинения отрезков цепи в лаборатории кафедры наземного транспорта и механики КубГТУ (Рисунок 5.3
На Рисунке 5.3 а, показана принципиальная схема измерения длин отрезков зубчатой цепи, которая состоит из измерительной линейки с винтовой парой, динамометра, гильз и электронного штангенциркуля.
Контур зубчатой цепи разбивали на два отрезка и закрепляли на измерительную линейку с определенным натяжением. В соответствии с требованиями ГОСТ 13552-81 «Цепи приводные зубчатые. Технические условия» замеры очищенных и промытых отрезков зубчатой цепи проводились с применением нагрузки, равной 1% от разрушающей. Заданная нагрузка реализовывалось при помощи винтовой пары измерительной линейки и контролировалось динамометром, при этом сам отрезок зубчатой цепи лежал на горизонтальной плоскости.
На концах отрезка закреплялись два валика с засечкой для определения центра шарнира цепи и удобного подсчета шагов, сами валики были изготовлены по форме отверстия пластин зубчатой цепи. Измерение производится путем прижатия измерительных губок штангенциркуля к поверхности валика и призм зубчатой цепи. Число измерений на каждом из двух отрезков зубчатой цепи - не менее трех.
Статистическая обработка результатов замеров проводилась через определенные промежутки времени: для цепи, работающей с периодической смазкой - каждые 14 часов (14, 28, 56, 112 и т.д.), для цепи, работающей без смазки - каждые 10 часов (10,20, 30, 40, 50, 60, и 70 часов). После измерения отрезков зубчатой цепи, полученные результаты записывались в программу Excel (Рисунок 5.4) для получения графиков процентных значений удлинения шага зубчатой цепи от номинального значения шага.
В процессе работы передачи удлинение шагов звеньев цепи обусловлено износом призм в шарнирах при их относительном развороте, возникающем в момент свободного входа и свободного выхода зубчатой цепи из зацепления с эвольвентными звездочками, также вследствие поперечных колебаний ветвей передачи. Из графика (Рисунок 5.4) видно, что в передачах, работающих без смазки износ зубчатой цепи с эвольвентными звездочками превышает износ цепи с звездочками с прямолинейным профилем 0,6%. Однако в передачах с периодической смазкой износ зубчатой цепи с эвольвентными звездочками не превышает 0,2% в сравнении со звездочками с прямолинейным профилем. Это подтверждает работоспособность цепной передачи с зубчатой цепью и звездочками с эвольвентным профилем зубьев по прогнозу износостойкости звеньев цепи.
В ходе стендовых испытаний передач с зубчатой цепью проводились измерения степени износа профилей зубьев эвольвентных звездочек и звездочек со стандартным прямолинейным профилем зубьев. Износ оценивался по увеличенным изображениям профилей зубьев, полученным с использованием универсальных измерительных микроскопов УИМ-21 (Рисунок 5.5, а, б) и ИМЦЛ-150х75 с точностью 0,01мм.
С помощью измерительного микроскопа УИМ-21 производились замеры всех зубьев звездочек, для упрощения измерения износа рабочего и тылового профилей. Измерение износа профиля зуба звездочки проводилось от границы к средней линии. Все зубья звездочек были поделены на 5 уровней замеров по высоте от вершины зуба с шагом 2 мм (Рисунок 5.6 а,б).
Так как испытания цепных передач с зубчатой цепью проводились с натяжением ведущей и ведомой ветви передачи, то характер износа зубьев звездочек на рабочем и тыловом профилях будет симметричным. Однако даже при таком износе зубьев будет видно изменение профиля зуба звездочки на всех уровнях замеров.
На рисунке 5.6 представлены фотографии зубьев ведущих звездочек эвольвентного профиля (а) и прямолинейного профиля (б) полученных при помощи универсально инструментального микроскопа УИМ-21.