Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния проблемы повышения работоспособности цилиндрических зубчатых передач 13
1.1 Общие вопросы обеспечения надёжности работы цилиндрических зубчатых передач 13
1.2 Основные теории и критерии оценки риска возникновения заедания 33
1.3 Анализ способов испытания зубчатых колёс 37
1.4 Анализ процесса моделирования сложных систем 46
Выводы по главе 1 48
2 Описание метода технологического обеспечения противозадирной стойкости в кромочной зоне контактирования цилиндрических эвольвентных зубчатых колёс редукторов ГТД 51
Выводы по главе 2 104
Глава 3 Описание способа прогнозирования противозадирной стойкости зубчатых пар в кромочной зоне контактирования 106
3.1 Описание физических процессов, протекающих в кромочной зоне контакта зубчатых колёс 106
3.2 Разработка модели взаимодействия зубчатых колёс в кромочной зоне контактирования зубчатых колёс 109
3.2.1 Выбор геометрических, силовых и кинематических параметров образцов при моделировании кромочного контакта зубьев 110
3.2.2 Выбор геометрических, силовых и кинематических параметров стенда для проведения испытаний на заедание 136
3.3 Проектирование испытательного стенда 144
Выводы по главе 3 150
4 Результаты экспериментальных исследований 153
Выводы по главе 4 175
Заключение 177
Список принятых сокращений 179
Список литературы 180
Приложение А. Алгоритм оценки риска возникновения заедания эвольвентных зубчатых колёс путём моделирования кромочного контакта зубьев 197
Приложение Б. Листинг программы оценки риска возникновения заедания цилиндрических эвольвентных зубчатых колёс в кромочной зоне контактирования 226
Приложение В. Документы 243
- Общие вопросы обеспечения надёжности работы цилиндрических зубчатых передач
- Описание метода технологического обеспечения противозадирной стойкости в кромочной зоне контактирования цилиндрических эвольвентных зубчатых колёс редукторов ГТД
- Выбор геометрических, силовых и кинематических параметров образцов при моделировании кромочного контакта зубьев
- Проектирование испытательного стенда
Общие вопросы обеспечения надёжности работы цилиндрических зубчатых передач
В редукторах и приводах газотурбинных двигателей подавляющее большинство ( 95%) цилиндрических зубчатых передач являются прямозубыми, при этом около 60% зубчатых колёс внешнего зацепления имеют числа зубьев 25z45 (zmx= 140). Модуль высоконагруженных передач колеблется в пределах 2,25…8 мм, при этом 40% имеют модуль 3… 5 мм [62]. 20 % зубчатых колёс работают с окружными скоростями от 20 до 100 м/с и более, а зубчатые колёса последних ступеней редуктора ГТД работают при сравнительно небольших окружных скоростях от 3 до 15…20 м/с.
По данным журнала Gear Technology [154], который в 2011 году провёл опрос производителей зубчатых колёс о состоянии технологий изготовления зубчатых передач, методы производства распределились следующим образом (Рисунок 1.1):
Исследование технологического обеспечения надёжности зубчатых колёс позволяет установить следующие критерии оценки эффективности изготовления, представленные в Таблице 1.1.
Качество рабочих поверхностей зубчатых колес формируется под влиянием конструктивных факторов (модуля, числа зубьев и материала колеса, твердости материала заготовки и их физико-механических свойств) и технологических факторов (скорости резания, подачи, глубины резания и степени износа инструмента).
Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, износостойкостью и поверхностной твердостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Общей тенденцией является повышение качества рабочих поверхностей и ужесточение требований к точности формообразования (Рисунок 1.2). Регламентируется контроль 34 параметров, которые характеризуются 42 отклонениями: кинематическая точность, плавность работы, пятно контакта зубьев, боковой зазор (Таблица 1.2).
Кинематическая точность зубчатого колеса – величина полной погрешности его поворота за один оборот, возникает в результате непостоянства радиального положения осей заготовки и инструмента, а также в результате погрешностей обката зубообрабатывающего станка [32].
Плавность работы передачи – многократно повторяющиеся за оборот колеса колебания скорости, вызывающая динамические нагрузки, колебания и шум. Определяется ошибками профиля и шага зуба, зависящими от точности зуборезного инструмента и зубообрабатывающего оборудования.
Боковой зазор зубчатой передачи – расстояние между боковыми поверхностями зубьев зубчатых колёс, которое определяет свободный поворот одного из зубчатых колес при неподвижном парном зубчатом колесе. Зависит от точности многих параметров зубчатых колёс (шага зацепления, профиля рабочей поверхности зуба, эксцентриситета делительной окружности и пр.), а также от неточности монтажа передачи и от температуры в зоне контакта [32].
Важнейшими показателями качества изготовления зубчатых колес также являются показатели физико-механических свойств материалов (твёрдость рабочей поверхности, химический состав, глубина цементации, механические свойства микро- и макроструктура), требования к геометрической точности детали и требования к качеству поверхности – шероховатости поверхности, величины наклёпа остаточных напряжений [120].
Таким образом, точность и качество рабочих поверхностей зубчатых колёс формируются на протяжении всего технологического процесса обработки, то есть зависят от отдельных характеристик качества, приобретённых на разных операциях обработки. Большое влияние на точность зубчатых колес оказывает технологическая система, то есть состояние зубообрабатывающего оборудования, назначение режимов обработки, выбор оснастки и режущего инструмента [89, 116, 120]:
- износ зуборезного инструмента, увеличивает погрешность профиля зуба и высоту шероховатости;
- не оптимальные режимы резания влияют на высоту неровностей обрабатываемого материала;
- неравномерная схема резания (например, при работе стандартной червячно-модульной фрезой, у которой одновременно работают две или три режущие кромки, которые срезают слои различной толщины) порождает разный износ режущих кромок;
- большая подача режущего инструмента способствует возникновению на обрабатываемой поверхности волнистости и гребешков – возникает отклонение эвольвентного профиля зуба по высоте;
- при большой толщине срезаемого слоя увеличивается интенсивность износа режущего инструмента, увеличиваются силы резания и нарост,
- точность элементов технологической системы операций зубообработки влияет на: радиальные погрешности, зависящие от расположения заготовки и инструмента, тагенциальные погрешности, зависящие от нарушения обката инструмента и заготовки или от неточности деления, осевые погрешности, зависящие от нарушения точности перемещения инструмента вдоль оси заготовки, от погрешности производящей поверхности режущего инструмента (ошибки его проектирования, изготовления и заточки) и пр. [89, 119].
Технологии изготовления зубчатых колес развиваются в следующих направлениях снижения себестоимости:
- снижение объёма механической обработки путём формирования зубчатого венца на стадии получения заготовки;
- повышение качества зубчатых колес путём применения методов поверхностного упрочнения рабочих элементов;
- повышение производительности обработки за счёт применения методов комбинированной обработки, много инструментальных наладок, одновременной обработки нескольких зубчатых колёс.
Для прогнозирования эксплуатационных свойств зубчатых колёс необходимо выявить зависимость точности изготовления и качества рабочей поверхности от последовательности и содержания операций технологического процесса, от методов и режимов обработки, от вида и состояния режущего инструмента, от условий охлаждения, от размеров операционных припусков и других технологических факторов. Развитие технологий производства и повышения качества зубчатых колес в последнее время осуществляется в следующих направлениях (Таблица 1.3)
Описание метода технологического обеспечения противозадирной стойкости в кромочной зоне контактирования цилиндрических эвольвентных зубчатых колёс редукторов ГТД
Данная работа направлена на выстраивание функциональной связи процесса проектирования зубчатой передачи с технологией изготовления (Рисунок 2.1).
Заедание зубчатых колёс связано с превышением действующими напряжениями прочности материала в зонах кромочного контакта зубьев колес н, что связано с условиями нагружения qзд (действует сила нормальная к поверхности распределённая вдоль контактной линии), температурой в зоне контакта кр, особенностями строения поверхностного слоя материала колёс и технологической наследственностью. На нагрузочную способность зубчатых колёс влияет качество и глубина упрочнённого слоя, показатели которых напрямую связаны с высокотемпературным нагревом в зоне контакта зубьев.
Функционал исполнения физической и размерной связи заключается в том, что предлагаемый подход позволяет технологией изготовления обеспечить противозадирную стойкость зубчатых колес, необходимую для обеспечения работоспособности и надёжности зубчатого зацепления.
Таким образом, задача оптимизации обеспечения противозадирной стойкости может быть представлена через целевую функцию удельной нагрузки заедания (2.1)
В данной работе представлены оценочные уравнения, связывающие конструкторско-технологические параметры процесса получения требуемого качества зубчатых колёс на основе применения вероятностного метода крайних значений (тах-тіп) для оценки величин случайных факторов: кинематики процесса формообразования поверхности зуба заданной формы и размера; точности составляющих системы СПИЗ (станок-приспособление-инструмент-заготовка) и качества рабочей поверхности зубьев. Точность профиля зуба и качество поверхности зависит от режимов резания выбранного способа формообразования.
При этом было установлено, что обеспечение противозадирной стойкости следует выполнять на конечных операциях обработки (для зубчатых колес 8 степени точности и выше - это зубошлифование), так как наличие термообработки после зубофрезерной операции не обеспечивает результативности. Зубошлифование обеспечивает не только точность формы, но и качетво рабочих поверхностей зубьев.
В соответствии с экспериментальными данными, для зубчатых колес, не подвергаемых зубошлифованию (прошедших операции шевингования, ХТО, зубохонингования, зубообкатки) доля дисперсии параметров качества, унаследованная с операции зубонарезания, достигает 53%. Поэтому эффективным средством повышения качества таких колес является оптимизация процесса зубонарезания [50, 51, 52, 77, 78]. Зубошлифование является наиболее производительным методом обеспечения высокой точности зубчатых колес после химико-термической обработки. В тоже время, особенностью всех методов зубошлифования является неравномерный съем припуска по длине и высоте зуба, что в сочетании с погрешностью профиля приводит к существенным колебаниям глубины шлифования [1, 12, 13]. Процесс зубошлифования, связанный с тепловым воздействием, может вызвать структурные изменения в поверхностном слое зубчатого колеса в виде прижогов. Микротвердость в зоне прижогов снижается, а в поверхностном слое возникают растягивающие остаточные напряжения. Соответственно снижается долговечность зубчатого колеса по контактной (в 3,5 раза) и изгибной (в 1,4…1,6 раз) прочности [127, 129, 130].
Таким образом, обеспечение эксплуатационных показателей Э проектируемой передачи (выражение 2.6) - противозадирной стойкости зубчатой пары, обусловленной условиями взаимодействия контактирующих поверхностей, через оценку экспериментальным путём передаваемой удельной нагрузки заедания qзд, контактных напряжений H и температуры в зоне кромочного контакта кр (выражение 2.3) производится путём обеспечения заданных параметров точности изготовления и качества поверхностного слоя зубьев зубчатых колёс Q: среднего арифметического отклонения профиля Ra, высоты неровностей профиля по десяти точкам Rz, среднего шага неровностей профиля Sm, относительной опорной длины профиля на уровне p - tp, твёрдости H, параметров наклёпа DS (степень N и глубина наклёпа hc поверхностного слоя), величины остаточных напряжений на поверхности sост , минимизировать дефекты в поверхностном слое (XM – глубина дефектного слоя) (выражение 2.4), которые обеспечиваются механическими методами обработки на основании теории технологического обеспечения эксплуатационных свойств зубчатых колёс и осуществляется через определение технологических условий Т финишной операции зубообработки (например – операции «зубошлифование») – назначение режимов шлифования (скорость вращения V, подача S, глубина резания t) и характеристик абразивного инструмента – размер абразивного зерна dЗ и число абразивных зёрен на единице площади рабочей поверхности инструмента hз (выражение 2.5) При этом стоит задача описания аргумента по заданной функции, где параметры состояния поверхностного слоя цилиндрических зубчатых колес являются функцией, а искомые условия обработки являются аргументом. Так как стоит задача технологического обеспечения системы параметров состояния поверхностного слоя, одни и те же значения аргумента должны удовлетворять нескольким функциям. Обеспечить требуемое сочетание эксплуатационных свойств цилиндрических зубчатых колес при требуемом сочетании параметров качества их поверхностных слоев возможно путем использования эмпирических зависимостей, полученных экспериментальным путём или путем использования теоретических зависимостей, полученных описанием физической картины технологического процесса формообразования, с учётом функционально-стоимостного анализа.
На основе исследований [12, 13, 81, 123] существуют следующие решения задач оптимизации режимов шлифования:
- устанавливают целевые функции формирования шероховатости поверхности Ra и глубины дефектного слоя XM в зависимости от режимов обработки (функции 2.7-2.8):
Таким образом, задавая начальные режимы шлифования Т {V,S,t}, используя справочные данные по обрабатываемому материалу и марке шлифовального круга (коэффициент теплопроводности , модуль упругости E, коэффициент Пуанссона , коэффициент теплового расширения при заданной температуре , удельная теплоёмкость С, модуль сдвига G, 0 – предел текучести материала, плотность материала детали и пр.), находим экспериментально или рассчитываем, используя аналитические зависимости, геометрические и физико-механические свойства поверхностного слоя Q ( fpb, Ra,Rz , Sm,tp,...H,DS,sост, XM ), удовлетворяющие эксплуатационным требованиям Э {qpl;sH ;qкр}.
Главное рабочее движения резания при зубообработке – это вращение шлифовального круга с частотой n (об/мин), определяющей скорость резания, производистельность процесса обработки и качетво обработанной поверхности зубчатого колеса (шероховатость и наличие прижогов), а также износ шлифовального круга. Вспомогательное рабочее движение резания – прямолинейное движение шлифовального круга - продольная подача вдоль венца зуба Sпрод (мм/об), также влияющая на величину шероховатости обработанной поверхности, наличие прижогов и степень износа шлифовального круга. Врезание круга в припуск, выполняемое в радиальном направлении по отношению к зубчатому колесу – радиальная подача Sрад (мм/ход), от которой зависит величина припуска, удаляемого за один проход шлифовального круга вдоль венца зуба и износ круга. Качество обработанной поверхности определяется характером снятия припуска и зависит от энергии резания, сопровождающейся тепловыми и силовыми факторами (наклёп поверхностного слоя при шлифовании возрастает при увеличении нагрузки на абразивное зерно, вызванное увеличением глубины шлифования и скорости вращения). Тепло, выделяемое при шлифовании, может вызывать колебания твёрдости и изменения структуры поверхностного слоя и его физического состояния (возникновение прижогов и получение в поверхностном слое зубьев деформационного упрочнения). В качестве средства, уменьшающего данные явления применяют высокотемпературные и высокопористые круги, обеспечивающие улучшенный отвод тепла при высокой интенсивности съёма материала, оптимизация режимов шлифования и повышенный подвод СОЖ непосредственно в зону резания.
При конструкторско-технологической подготовке подбором величины радиальной подачи Sрад и продольной подачи Sпрод (в зависимости от свойств обрабатываемого и режущего материалов), в ходе проведения экспериментальных исследований стремимся к получению значений максимальной производительности процесса зубошлифования с одновременным снижением опасности возникновения прижогов и термических микротрещин, неравномерного нагрева заготовки из-за выделения большого количества тепла, и в следствии этого, возникновения погрешностей зубьев (с учётом динамической устойчивости, статической жёсткости и точности станка).
Выбор геометрических, силовых и кинематических параметров образцов при моделировании кромочного контакта зубьев
Научной новизной настоящей работы является разработка способа определения противозадирной стойкости зубьев эвольвентных передач, путём моделирования кромочного контакта зубьев, позволяющего прогнозировать противозадирную стойкость на стадии проектирования при условии снижения затрат на испытания с одновременным повышением информативности и достоверности получаемых результатов. Испытание предлагается выполнять на простых образцах, моделирующих реальные условия контактирования зубьев в кромочной зоне на входе в зацепление и на выходе из зацепления.
Поставленная задача решается разработкой специальной установки для испытания, в которой испытаниям под нагрузкой с проскальзыванием подвергаются образцы, преимущественно выполненные из тех же материалов, что и зубья реальной передачи и моделирующие геометрические и кинематические условия контактирования зубьев в кромочной зоне.
Кромочный контакт вызван погрешностью основного шага Dрb (погрешность основного шага зубчатого колеса больше, чем у шестерни) и деформацией впереди идущей пары зубьев (Рисунок 3.2).
Точные, абсолютно жёсткие зубья взаимодействуют по линии зацепления: входят в контакт в точке а і, выходят из зацепления в точке аq, (Рисунок 3.3). В контакте всегда остаётся одна пара зубьев.
На практике в условиях реального контакта, а входе в зацепление в точке K1 происходит кромочный удар, который не только создаёт динамическую нагрузку, но и способствует задиру поверхности зубьев.
При кромочном ударе начало контакта пары зубьев происходит до теоретической линии зацепления: зуб шестерни ударяет по кромке зуба колеса. На выходе из зацепления, первая пара зубьев в идеальных условиях должна выйти из зацепления в точке а . Однако, в реальных условиях (при наличии погрешности основного шага и деформаций), контакт продолжается до точки К с нарушением основного закона зацепления, в то время как между точками второй пары, пришедшими на линию зацепления, будет зазор. Реальный коэффициент перекрытия и нагрузочная способность передачи уменьшаются.
При этом на входе в зацепление:
- упруго деформируется зуб колеса, так как точка кромочного контакта у шестерни расположена вблизи основания зуба,
- деформация впереди идущей пары уменьшается, так как часть нагрузки передаётся от впереди идущей пары на пару, находящуюся в кромочном контакте.
На зубе цилиндрической шестерни точка ударного взаимодействия зубьев K1 находится дальше от оси шестерни Оi, чем точка выхода зубьев на линию зацепления а і.
Кромка (вершина) зуба колеса, вступив в контакт с зубом шестерни в точке Кь будет скользить по поверхности зуба шестерни до точки а і выхода зуба на линию зацепления (Рисунок 3.4). После этого произойдет мгновенное изменение направления движения точки контакта по боковой поверхности зуба шестерни, причем на этом участке будет иметь место качение зубьев со скольжением эвольвентных профилей зубьев шестерни и колеса (с максимумом скорости скольжения в точке а і и минимумом (до ноля) в полюсе P зацепления).
Кромочная зона контактирования заканчивается тогда, когда точка контакта зубьев совпадает с начальной точкой рабочего участка линии зацепления. В момент кромочного контакта от точки К до точки а і осуществляется двухпарное зацепление, что ведёт к перераспределению нагрузки передаваемой парой зубьев. В момент кромочного контакта зубчатая пара воспринимает часть нагрузки от впереди идущей пары.
Участок зуба от точки К до точки а і является наиболее нагруженным и напряжённым, на нём и произойдёт зарождение первых контактных разрушений на боковой поверхности зуба шестерни.
При ударном взаимодействии в точке Кі имеет место скачок температуры при контакте зубьев, способствующий разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта. В месте контакта происходит как бы сваривание частиц металла с последующим отрывом их от менее прочной поверхности. Образовавшиеся наросты задирают рабочие поверхности зубьев в направлении скольжения. Таким образом, кромочный удар способствует заеданию.
Расчёты зубчатых колёс показали, что отклонение Ар радиуса кривизны профиля зуба в точках кромочного контакта К і и а і незначительно, поэтому мы можем этим пренебречь. Таким образом, принимаем решение о том, что моделируем зуб колеса, у которого в кромочном контакте участвует ножка, в виде цилиндра радиусом Ра х .
При дальнейшем описании и моделировании процесса взаимодействия зубчатого колеса, у которых в кромочном контакте участвует головка зуба, рассмотрим профиль зуба (Рисунок 3.6).
Разница значений толщины зуба по дуге окружности выступов Re и по хорде S = Sta - $а (мм) невелика. Поэтому в данной модели мы можем использовать образец в виде клина с прямыми гранями, которые образуются как пересечение касательной, проведённой через вершину зуба к эвольвенте зуба и к окружности выступов зубьев (Рисунок 3.7).
Величину угла клина (градусы) клинового образца для модели кромочного контакта найдём по формуле (3.7)
В предлагаемом способе определения противозадирной стойкости зубьев испытания должны проводиться на образцах, геометрически подобных участкам зубьев, контактирующим в кромочной зоне: зуб колеса, у которого в кромочном контакте участвует ножка - моделируется цилиндрическим образцом, зуб колеса, у которого в кромочном контакте участвует вершина - моделируется клиновым образцом.
Таким образом:
- для кромочного контакта на входе в зацепление (Рисунок 3.8, а) зуб ведущего колеса 1 моделируется цилиндрическим роликом 3, радиус которого пропорционален радиусу кривизны ножки зуба, участвующей в кромочном контакте, а зуб ведомого колеса 2 – образцом в форме клина 4 со скруглённой кромкой, одна грань которого плоская, а другая представляет часть поверхности прямого кругового цилиндра, причём угол (g) между гранями образца равен углу между касательными к профилю моделируемого зуба и к окружности выступов, проведёнными через вершину моделируемого зуба (Рисунок 3.9, б, в).
- для кромочного контакта на выходе из зацепления (Рисунок 3.8, б) зуб ведущего колеса 1 моделируется клиновидным образцом 4, а зуб ведомого колеса 2 – цилиндрическим роликом 3 (Рисунок 3.10, б, в).
Проектирование испытательного стенда
На базе разработанной физико-математической модели спроектирован экспериментальный стенд для исследования вероятности возникновения заедания в кромочном контакте цилиндрических прямозубых эвольвентных зубчатых передачах. Основой данного стенда является узел трения, выполненный по схеме ролик – клин, где ролик является аналогом зубчатого колеса, у которого в кромочном контакте участвует рабочая поверхность зуба с приведённым радиусом кривизны rн , а клин – аналог зубчатого колеса, у которого в кромочном контакте участвует вершина.
Конструкция стенда позволяет производить сравнительные испытания на образцах и представляет собой (Рисунок 3.17) два образца (цилиндрический 1 и клиновой 2), которые взаимодействуют между собой под нагрузкой (с помощью пневмоцилиндра 5) и осуществляют угловые перемещения с помощью шпинделя 6. В зону контакта образцов подается смазку в соответствии со способом, принятым для моделируемой зубчатой передачи.
Предлагаемый в испытательном стенде способ исследования можно отнести к ускоренным и сравнительным способам испытания образцов на заедание при моделировании трения качения с проскальзыванием.
На данном стенде можно исследовать влияние режимов обработки зубьев, результатов высотной модификации (фланкирования), выбора материала и химико-термической обработки, из которого изготавливаются зубчатые колёса, а также влияние различных смазочных масел на противозадирную стойкость зубчатых пар.
Привод стенда состоит из электродвигателя с асинхронным управлением и ременной передачи, позволяющих осуществлять заданные скорости относительного скольжения исследуемой пары образцов при возвратно-поступательном движении нижнего образца (вращение кривошипа). При этом на стенде можно использовать различные режимы испытаний. Испытания проводятся при последовательном ступенчатом увеличении нагрузки до появления признаков заедания.
Данная установка предусматривает три режима испытаний (то есть крутящий момент на валу может быть направлен как по часовой, так и против часовой стрелки): вращение ролика с постоянной угловой скоростью ; периодический поворот ролика в одном направлении; поворот ролика в двух противоположных направлениях (имитирует движение точки контакта в начальный момент эвольвентной зоны). В результате этого на данном стенде без его остановки и переналадки обеспечиваются различные эксплуатационные режимы работы зубчатой передачи. Из всех факторов, влияющих на заедание данный стенд позволяет в процессе испытаний регулировать и непрерывно проводить измерения следующих управляемых параметров: удельная нагрузка, окружные скорости звеньев передачи, сила трения и температура масла в масляной ванне (Таблица 3.3).
Выбранные управляющие параметры являются наиболее значительно влияющими на процесс возникновения заедания, совместимыми, то есть не накладывающие свое действие друг на друга, а также некоррелируемыми, то есть независимо измеряемыми. Во время испытания производится оценка заедания в соответствии с критериями (Таблица 1.10). Наступление процесса заедания зубьев приводит к ухудшению качества рабочей поверхности образцов (риски, видимые невооруженным глазом), к увеличению коэффициента трения и повышению температуры масла. Например: при возникновении заедания происходит резкое увеличение значения силы трения Fтр, более чем на 30%, что сопровождается вибрацией лабораторного стенда и повышением температуры масла, поэтому сила трения Fтр является индикатором для отслеживания начала возникновения заедания поверхностей.
В ходе эксперимента определяют величины предельных нагрузок заедания qзд/ испытуемых образцов с переносом результатов испытаний на проектируемые зубчатые колёса.
Кроме того, в ходе проведения испытания осуществляется контроль таких параметров, которые во время проведения исследования не регулируются, но поддерживаются на определенном уровне: это параметры материалов образцов (теплопроводность, модуль упругости, твердость) и параметры масла (кинематическая вязкость, удельная теплоёмкость).
Неконтролируемыми параметрами (недоступными для измерения), значения которых изменяются случайным образом во времени, для данного испытательного стенда являются: толщина масляной пленки, мгновенная температура вспышки в зоне контакта, коэффициент трения и шероховатость поверхности материалов образцов (изучается рельеф и микрогеометрия рабочих поверхностей образцов до и после испытания).
На разработанном стенде возможны варианты проведения эксперимента с разной геометрией зуба и профилем зуба, так как допускается применение исходного контура зубьев, отличающегося от стандартного ( = 20о, ha = 1,0, с = 0,25) по ГОСТ 13755-81 [42], если он обеспечивает повышение нагрузочной способности и долговечности передачи, проведённое сравнительными испытаниями.
Таким образом, при проведении испытаний на стенде можно варьировать следующие параметры (Таблица 3.4).
Термическая обработка образцов производится аналогично как для проектируемых зубчатых колес. Образцы производятся в соответствии с технологией изготовления проектируемых зубчатых колес, обрабатываются на том же оборудовании, что и зубчатые колеса для получения следов обработки вдоль оси, аналогичной следам на зубчатых колесах. Образцы перед началом испытания проходят приработку при бесперебойном и достаточном поступления смазки по следующей схеме: холостой ход – 0,5 час, нагрузка 0,2 maxq/ 0,5 час, нагрузка 0,65 maxq/ - 1 час, нагрузка 0,8 maxq/ - 0,5 час. В дальнейшем, испытания образцов начинаем проводить при полной нагрузке q/ до наступления заедания. Если спустя 2-3 час заедание не наступает, испытания прекращаются, производится осмотр образцов и, если признаки заедания отсутствуют, увеличиваем нагрузку и повторяем испытание.
Таким образом, описанный в Главе 3 способ прогнозирования противозадирной стойкости зубчатых пар в кромочной зоне контактирования заключается в испытании образцов под нагрузкой с проскальзыванием, которые моделируют геометрические и кинематические условия контактирования зубьев в кромочной зоне контакта, отличительной особенностью которого является то, что зуб колеса, у которого в кромочном контакте участвует вершина моделируется клиновым образцом, выполненным в форме клина со скругленной кромкой, одна грань которого выполнена плоской, а другая - в виде части поверхности прямого кругового цилиндра. А зуб колеса, у которого в кромочном контакте участвует ножка моделируется цилиндрическим образцом, радиус которого принимается пропорциональным радиусу кривизны профиля ножки моделируемого зуба в точке кромочного контакта с вершиной сопряжённого зуба. При этом, величины геометрических параметров образцов, прикладываемой к клиновому образцу нагрузки и скорости вращения цилиндрического образца определяют, используя равенство безразмерных критериев подобия p1 - p5.