Устройство для замера радиусов кривизны на активных поверхностях зубьев эксплуатируемых эвольвентных передач

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕРА РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ НА АКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ЗУБЬЕВ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ ПЕРЕДАЧ(71) Заявитель Игнатищев Руслан Михайлович(72) Автор Игнатищев Руслан Михайлович(73) Патентообладатель Игнатищев Руслан Михайлович(57) 1. Устройство для замера радиусов кривизны на активных поверхностях зубьев эксплуатируемых эвольвентных передач, включающее набор эталонов радиусов кривизны и стержень, имеющий взаимодействующую с обследуемой поверхностью часть, отличающееся тем, что содержит крышку-кондуктор, неподвижно присоединяемую к корпусу редуктора и закрывающую имеющееся в корпусе редуктора окно, крышка-кондуктор содержит сквозные отверстия, при замере радиусов кривизны по крайней мере через одно из этих отверстий проходит стержень, взаимодействующая с обследуемой поверхностью часть стержня имеет по крайней мере один слой покрытия из другого материала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стержень содержит утолщенную часть,которая соприкасается с наружной поверхностью крышки-кондуктора, часть стержня,расположенная внешним образом относительно корпуса редуктора, является приводной составляющей устройства. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что крышка-кондуктор содержит базирующий винт. 4. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что крышка-кондуктор содержит по крайней мере одно подрычажное отверстие.(56) 1. А.с. СССР 225479, НКИ 42 в, 26/02, 1968. 2. Патент на изобретение РФ 2072059, МПК 16 Н 1/00, 1997. 3. Патент на изобретение 8159, МПК 16 Н 1/00,01 В 5/20, 2005. 4. Патент на изобретение 9220, МПК 16 Н 1/00, 2006. 5. Игнатищев О неиспользуемых существенных резервах повышения долговечности, надежности и точности проектирования зубчатых передач // Вестник машиностроения. - 2004. -4. - С. 30-32. 6. Игнатищев , Машин Ю.В. Зубчатые передачи. Как предсказывать и упреждать питтинг. - Могилев УПКП МОУТ, 2004. - С. 41-47. 7. Игнатищев Зубчатые передачи. Стратегия решения проблемы питтинга. - Могилев БРУ, 2007. - С. 16. Области использования полезной модели места эксплуатации эвольвентных зубчатых передач и производящие их машиностроительные заводы. Известны радиусомер по авторскому свидетельству СССР 225479 1 по патенту РФ 2072059 2 по патенту 8159 3. Они имеют то же назначение, что и полезная модель,- отслеживание значений радиусов кривизны в опасных по питтингу околополюсных зонах активных поверхностей зубьев эвольвентных передач. Отслеживают значения этих радиусов кривизны по причине монотонного их снижения во времени и возрастания поэтому в околополюсных зонах контактных напряжений. Причиной снижения радиусов кривизны в опасных по питтингу околополюсных зонах являются неравномерные по профилю эксплуатационно нормальные износы. Отслеживание действительных значений радиусов кривизны в опасных по питтингу околополюсных зонах позволяет своевременно принимать меры по устранению надвигающегося в передаче усталостного износа (который нежелателен, т.к. имеет на несколько порядков большую интенсивность, по сравнению с интенсивностью эксплуатационно нормального износа). Недостаток устройств по 1, 2 и 3 - сложность использования в эксплуатационных условиях. Наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к полезной модели Радиусомерпо патенту 9220 4. Он включает в себя набор эталонов радиусов кривизны, магнит, электрическую цепь и стержень, имеющий взаимодействующую с обследуемой поверхностью часть. Недостаток прототипа - сложность использования в условиях эксплуатации. Задача, решаемая полезной моделью, - упрощение процесса отслеживания значений радиусов кривизны в опасных по питтингу зонах у эвольвентных передач. Решение указанной задачи обеспечивается тем, что устройство для замера радиусов кривизны на активных поверхностях зубьев эксплуатируемых эвольвентных передач включает набор эталонов радиусов кривизны и стержень, имеющий взаимодействующую с обследуемой поверхностью часть (активная часть стержня), согласно полезной модели,содержит крышку-кондуктор, неподвижно присоединяемую к корпусу редуктора и закрывающую имеющееся в корпусе редуктора окно крышка-кондуктор содержит сквозные отверстия при замере радиусов кривизны по крайней мере через одно из этих отверстий проходит стержень взаимодействующая с обследуемой поверхностью часть стержня имеет по крайней мере один слой покрытия из другого материала. Стержень содержит утолщенную часть, которая соприкасается с наружной поверхностью крышки-кондуктора(соприкасается по площадке возле входа этого стержня в отверстие). Часть стержня, расположенная внешним образом относительно корпуса редуктора, является приводной составляющей устройства (к которой оператор прилагает силы, чтобы на активной поверх 2 50852009.02.28 ности стержня вызвать необратимые деформации путем трения активной части стержня об обследуемую поверхность). Крышка-кондуктор содержит базирующий винт (с резьбовым под него отверстием винт позволяет оператору получить такое взаимное расположение зубчатого колеса относительно крышки-кондуктора, чтобы поверхность активной части стержня попадала на интересующий участок активной поверхности зуба). Крышкакондуктор содержит по крайней мере одно подрычажное отверстие (при вывинченном базирующем винте подрычажные отверстия позволяют оператору с помощью рычагов изменять угловое положение зубчатого колеса относительно крышки-кондуктора и переходить к обмеру радиусов кривизны на других зубьях). Сущность полезной модели пояснена приложенными фигурами. Фиг. 1 - вид на крышку-кондуктор при работающем редукторе. Фиг. 2 - вид на крышку-кондуктор после поворота заслонки. Фиг. 3 - вид на крышку-кондуктор после остановки двигателя редуктора и завинчивания в нее базирующего винта. Фиг. 4 - взаимное положение обмеряемого участка поверхности зуба и стержня в момент, когда оператор формирует на активной части стержня отпечаток (канавку, борозду). Фиг. 5 - поперечное сечение активной части стержня. Фиг. 6 - взаимное положение одного из эталонов радиусов кривизны (кольца подшипника качения) и стержня в момент, когда оператор формирует на активной части стержня отпечаток с эталона. Фиг. 7 - вид активной части стержня после ее взаимодействия с тремя эталонами различных радиусов кривизны. Фиг. 814 пояснена физическая сущность решаемой задачи. Фиг. 8 иллюстрирует наличие простого способа выявления специалистами опасной по питтингу зоны. Фиг. 9 и 10 иллюстрируют случаи неисчезающего питтинга. Фиг. 11 и 12 иллюстрируют случаи исчезающего питтинга. Фиг. 13 графически иллюстрирует явление возрастания контактных напряжений в опасных по питтингу зонах. Фиг. 14 иллюстрирует причину и существенность влияния на радиусы кривизны так называемых пренебрежимо малых износов. Устройство для замера радиусов кривизны на активных поверхностях зубьев эксплуатируемых эвольвентных передач содержит крышку-кондуктор 1, присоединяемую к корпусу редуктора 2 винтами 3 (с потайными головками). 4 - заслонка, крепится к 1 винтами 5 (с полукруглыми головками) 6 - выступающая часть заслонки (для ее поворота в положение, изображенное на фиг. 2). 7, 8, 9 - верхний ряд отверстий для обеспечения доступа активной частью стержня к трем различным по длине зубца 10 участкам верхней его активной поверхности 11 - соседний с 10, ниже его расположенный, зубец. 12, 13, 14 - нижний ряд отверстий, обеспечивающих доступ активной частью стержня к трем различным участкам нижней активной поверхности зубца 11. 15 - сквозное резьбовое отверстие в крышке-кондукторе 1, в него завинчивается базирующий винт 16, конец у винта 16 закругленный. 17 и 18 - сквозные подрычажные отверстия (предназначены для изменения углового положения зубчатого колеса, могут выполняться в форме 15). 19-20-21 - стержень. 19 - активная его часть. 19-1 - основное тело (например из велосипедной спицы,диаметром 2 мм). 19-2 - восковое покрытие (в общем случае мягкое покрытие - парафины,стеарины и т.п.) толщина мягкого покрытия является функцией двух переменных - температуры воскаи температуры стержняв интервале 20100 С пары различных численных значенийипозволяют иметь (маканием стержня в расплавленный воск) любую толщину воскового покрытия из интервала 0,010,1 мм (задача же, решаемая данной полезной моделью, не требует иметь толщину мягкого покрытия, выходящую за границы этого интервала). 19-3 - тонкопленочное покрытие его толщина на порядок-два меньше толщины мягкого покрытия. Для обеспечения высококачественной визуальной картины покрытия выполняют разноцветными (используют, например, бесцветный воск и красную нитрокраску). 20 - утолщение на стержне, неподвижно относительно него. 21 приводная часть стержня. , , М - составляющие прилагаемого оператором механическо 3 50852009.02.28 го действия- радиальная и- осевая составляющие силы, М - вращающий момент. Р середина опасного по питтингу участка активной поверхности зубца (середина площадки соприкосновения активных участков 19 стержня с активными участками поверхностей зубьев либо эталона 22).радиус эталонной поверхности. 23 - калибратор эталона 22. 1, 2, 3 - ширина следов от необратимых деформаций, оставленных в результате взаимодействия активного участка 19 стержня с тремя эталонами различных радиусов кривизны. 24 - профиль активной поверхности зубца в начале эксплуатации передачи в рамках решаемой полезной моделью задачи может описываться эвольвентой (наиболее распространенной в зубчатых передачах математической линией). 25 - текущий профиль активной поверхности зубца по критерию радиусы кривизны существенно отличается от эвольвенты. Устройство для замера радиусов кривизны на активных поверхностях зубьев эксплуатируемых эвольвентных передач работает следующим образом. У неработающего редуктора оператор вывинчивает два нижних винта 5, поворачивает заслонку 4 вокруг оси третьего винта 5 на 180 и получает вид, представленный на фиг. 2. В отверстие 15 завинчивает базирующий винт 16. В процессе завинчивания тело винта 16 доворачивает зубчатое колесо до необходимого углового его положения это оператору видно через сквозные подрычажные отверстия 17 и 18 (видны перемещения зубцов 10 и 11) когда конец винта начинает взаимодействовать одновременно с нижней активной поверхностью зубца 10 и верхней активной поверхностью зубца 11, момент завинчивания резко возрастает оператор доводит его до величины 1050 Нм и заканчивает операцию базирование зубчатого колеса. Вставляет стержень 19-20-21 активной частью 19 в интересующее его отверстие(из числа занимающих на фигурах позиции 7, 8, 9, 12, 13 или 14) и прилагает механическое действие, состоящее из осевой силы(она прижимает утолщение 20 к конусной или шаровой поверхности входной части отверстия), радиальной силы , прижимающей активную часть 19 стержня к обследуемой активной поверхности зубца, и вращающего момента М, преодолевающего момент сопротивления проворачиванию стержня вокруг его оси. В результате приложения оператором описанного механического действия слои 19-2 и 19-3 претерпевают необратимые деформации на активной части 19 стержня образуется углубление (канавка, борозда, отпечаток). По причине разных цветов слоев 19-2 и 19-3 ширина канавкиотчетливо видна оператору (для получения более высокого качества обобщающе-визуальной картинки рекомендуется место взаимодействия активной части 19 стержня с обмеряемым участком поверхности зубца смазывать, например, вазелином). Оператор сопоставляетс 1, 2, 3 эталонных канавок и, пользуясь экспериментально установленной связью (она хорошо согласуется с теоретически предсказываемой - с аналитическим описанием, приведенным в 5)123 1 2 3 оценивает значениерадиуса кривизны обследованного участка активной поверхности зубца. Значениесопоставляет с первоначальным значением 0 (соответствующим эвольвенте) для этого же участка. Сопоставляя результат с накопленными данными (методику для такого накопления см. в 6), решает дилемму планировать либо не планировать в ближайшем будущем восстановление профилей зубьев. При отсутствии накопленных данных можно воспользоваться обобщенным результатом если 0,50,то времени работы передачи до появления в ней питтинга осталось немного, в течение ближайшего месяца следует провести восстановительные операции - на зубошлифовальном станке либо вручную, такая дешевая и легкодоступная техника появилась 7. В эксплуатации нередки случаи возникновения существенной неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев - переустановки при ремонтах зубчатых колес на 4 50852009.02.28 валах и валов в подшипниках, смены подшипниковых узлов, восстановления шеек, расточки и пр. Рекомендация для послеремонтных дорогостоящих и/или ответственных зубчатых передач если на обследованном участке оказалось 0,50, а в других местах 00,50 (это признак наличия существенной концентрации нагрузки), следует на перегруженных участках (где на левых, где на правых половинах длин зубьев) с опасных по питтингу поверхностей зубьев сошлифовать слои материала на глубины порядка 0,010,05 мм - вручную 7 этим своевременно будет устранена возникшая существенная неравномерность распределения нагрузки по длинам зубьев. Светокопией фотографии на фиг. 8 иллюстрирована хорошо визуально видимая полоска Р, в окрестности которой и происходит питтинг этой полоской зуб разделяется на ножку и головку. Эта видимая полоска является коркой, прикрывающей канал-сетку расположенных под ней микротрещин. На фиг. 8 показано предпиттинговое состояние, но полоска Р обычно наблюдается и на уже подвергшихся питтингу зубьях. На нее эксплуатационникам и следует ориентироваться - она отражает действительное положение полюса зацепления (с учетом всех погрешностей изготовления) и делает практически ненужным наличие техдокументации на редукторный узел тем более, что техдокументация - это то, в поиске чего механик часто испытывает большие затруднения, и главное он находит лишь идеал конструкторско-технологических бюро при изготовлении же, обслуживании и ремонтах, с учетом длительных процессов эксплуатации, довольно часты неучтенные существенные изменения. Питтинг - это усталостный износ. Он характеризуется на несколько порядков большей интенсивностью по сравнению с эксплуатационно нормальным износом. Он может завершаться отказом передач (фиг. 9 и 10), но при крупных модулях (7 мм и более) далеко не всегда это иллюстрировано на фиг. 11 и 12. Настоящее время характеризуется высокоскоростными приводами, и технически нецелесообразно иметь передачи со слишком большими резервами изгибной прочности, работа передач с профилями, изображенными на фиг. 11 и 12, - это работа в условиях огромной динамики всей механической системы(рам, подвесок с болтами, валов, муфт, подшипников и пр.) такой подход, на наш взгляд,технически ошибочен - лучше иметь передачи меньших габаритов, но повысить технический уровень культуры в вопросах своевременного упреждения питтинга. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8