Установка для диагностирования зубчатых передач агрегатов трансмиссии силовым методом

Назаренко А.С.

УСТАНОВКА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ АГРЕГАТОВ ТРАНСМИССИИ СИЛОВЫМ МЕТОДОМ

Качество ремонта механических трансмиссий и агрегатов, эффективность их работы в процессе эксплуатации в значительной степени определяются качеством оценки состояния и дефектовки различных шестерен, входящих в них.

В настоящее время существует ряд методов оценки технического состояния зубчатых передач. Наиболее изученными методами являются методы контроля качества вновь изготовленных шестерен. Они подробно представлены в литературе.

Однако существует ряд препятствий для использования этих методов в процессе эксплуатации зубчатой передачи и ремонте. А именно: недопустимость разборки, износ поверхностей, которые

служат базами при измерении, трудоемкость измерения многими средствами, сложность ряда приборов.

Известны ряд методов оценки технического состояния зубчатых передач по отдельным параметрам сопряжений, используемых для подбора шестерён в пару. Они широко рассмотрены в литературе, имеют недостатки, которые ограничивают их применение. Подбор осуществляется по боковому зазору, пятну контакта и другим параметрам. Если в процессе изготовления для контроля зубчатых колес ограничиваются выборочным контролем, то при ремонте вследствие неравномерности износа необходимо контролировать 100% ремонтируемых колёс (хотя бы по боковому зазору или пятну контакта), что резко увеличивает трудоёмкость процесса измерения.

Большой интерес представляют методы оценки технического состояния зубчатых передач без разборки в целом, которые используются при эксплуатационном диагностировании, для контроля качества отремонтированных зубчатых передач и контроле при обкатке.

Методы оценки технического состояния зубчатых передач в целом и по отдельным параметрам позволяют оценить техническое состояние агрегата в целом, а индивидуальный контроль состояния деталей, расположенных внутри картера затруднён. Практически отсутствуют методы диагностирования зубчатых передач в динамике.

Особые трудности, при дефектовке вызывают шестерни с косым зубом, спиральным зубом, применяемых в редукторах ведущих мостов автомобилей. В настоящее время практически отсутствует механизация при дефектовке этих шестерён. Оценка производится визуально, а также путём использования шаблонов, эталонов, калибров, что связано с большими затратами времени и труда.

Анализ методов по определению технического состояния зубчатых передач без разборки показывает, что в основном эти методы служат для первоначальной или общей оценки технического состояния, большинство из них не гарантирует от ошибок в характеристике изношенного зацепления.

Более того, большинство из существующих методов диагностирования трудоёмки и требуют сложной и дорогостоящей аппаратуры. Кроме того, существующие методы диагностики зубчатых передач мало производительны, что в известной мере ограничивает возможность их применения на ремонтных заводах.

Комплексное решение вопросов по диагностированию зацепления зубчатых передач редукторов задних мостов, вопросов, связанных с контролем при обкатки после ремонта, а также решение задач по подбору шестерен в пару возможно при использовании для этой цели силового метода.

Сущность метода заключается в следующем: при износе профилей зубьев всегда имеет место

заострение головки и подрез ножки зуба, в связи с чем изменяются параметры зубчатого зацепления. В частности, изменяются положение нормали в отдельных точках кривой профиля, угол зацепления в пределах дуги зацепления, линия зацепления, и как результат нарушается геометрия зацепления, меняется характер силового взаимодействия зубьев.

Учитывая исследования ряда работ, устанавливающих взаимосвязь между износом зубьев и силовым взаимодействием в процессе работы и возможность переноса измерения параметров (показателей), характеризующих геометрию зацепления из зоны контакта поверхностей зубьев по линии действия составляющих сил в опору вала передачи, можно получить необходимую информацию о характере зацепления, заделав в опору вала в соответствующих местах датчики усилий , обеспечивающих измерение векторные реакции сил, действующих в зацеплении и использовать их для оценки технического состояния зубчатой передачи.

Для исследования состояния зубчатых передач силовыми методами разработана установка включающая специальный стенд, измерительные узлы и устройство для диагностирования зубчатых передач.

Кинематическая схема специального стенда приведена на рисунке 1.

Стенд выполнен по схеме с разомкнутым силовым контуром. Его привод осуществляется от электродвигателя 1, который через карданную передачу 2 соединяется с валом ведущей конической шестерни главной передачи заднего (промежуточного) моста 6. В шлицевые отверстия полуосевых шестерен дифференциала вставлены с одной стороны измерительный узел 3, предназначенный для диагностирования цилиндрических косозубых колес 4 и 5, с другой - шлицевой вал 7. Дифференциал при этом блокируется.

Рис. 1. Кинематическая схема стенда

Шлицевой вал посредством цепной передачи 8 связан с электрическим порошковым тормозом 9, создающим необходимую нагрузку. Со стороны ведомого конического колеса вместо крышки радиально-упорного подшипника вставляется измерительный узел для диагностирования конической передачи 10.

Измерительные узлы можно легко устанавливать и снимать в том случае, когда корпус главной передачи уже закреплен на столе стенда.

Корпус главной передачи заднего (промежуточного) моста устанавливается на поворотный стол, который может перемещаться по направляющим в горизонтальной плоскости и поворачиваться в вертикальной плоскости относительно своих опор. Кроме того, корпус главной передачи может перемещаться относительно поверхности стола. Все это обеспечивает простую и быструю сборку стенда, облегчает разборо-сборочные работы.

Измерительный

узел

Блок питания

Блок балансировки измерительного узла

Питание

датчиков 4

Блок для выделения диагностических параметров на измеряемых зубчатых парах

Схема балансировки датчиков осевого усилия

Схема балансировки датчиков радиального усилия

Схема балансировки (5) датчиков окружного усилия

Коммутатор

Усилитель вертикального отклонения луча

Усилитель горизонтального отклонения луча

Схема задержки электронного луча

I

Схема гашения электронного луча

Т ензометрический узел

Г оризонтально и вертикально отклоняющие пластины

Регистрирующий

прибор

Рис. 2.. Устройство для диагностирования зубчатых передач.

Так, для соединения ведущего вала главной передачи с приводным электродвигателем достаточно лишь отвести стол по направляющим на несколько сантиметров назад, а потом при его движении вперед осторожно соединить скользящую вилку и вал карданной передачи.

Устройство для диагностирования зубчатых передач с регистрирующим прибором на основе осцилографа представлена на рис. 2

Устройство работает следующим образом: напряжение, пропорциональное действующим в опоре вала

реакциям, от окружного, радиального и осевого усилий снимается с датчиков 1, 2, 3, которые

питаются от генератора синусоидальных колебаний 4.

В схемах 5, 6, 7 предусмотрена балансировка датчиков, которая производится перед измерением,

по 2-м составляющим (активной и реактивной) для компенсации начального сдвига фаз напряжений.

Благодаря балансировке, электронный луч, перед началом измерения, может быть «сведён» в точку на экране, независимо от наличия предварительной деформации датчиков, которая может появляться в результате установки последнего в подшипниковый узел.

При деформации датчиков, под действием сил-реакций, изменяется активное сопротивление их рабочих элементов, на выходе схем балансировки датчиков появляется напряжение.

Напряжение со схемы 5 подаётся на вход усилителя горизонтального отклонения луча 10, со схем 6, 7 через коммутатор 8 на вход усилителя вертикального отклонения луча 9. Выходы усилителей

подключены к отклоняющим системам 12 электронно-лучевой трубки 11.

В результате изменения активного сопротивления датчиков, электронный луч, под воздействием напряжений, приложенных к горизонтальным и вертикальным отклоняющим пластинам, из точки в центре экрана растянется в линию, рас положенную под фазовым углом суммарного напряжения к горизонтальной черте шкалы.

Растягивание луча означает его колебание относительно центра экрана с частотой, равной частоте генератора питающего датчика.

Для того, чтобы удалить с экрана показания, не относящиеся к измеряемой паре зубьев, индуктивным датчиком 14 подаётся импульс в схему задержки электронного луча 15, которая управляет началом работы схемы запирания 16.

Катушка индуктивного датчика располагается неподвижно, относительно опоры вала передачи, в то время, как ферромагнитная деталь, с помощью которой наводится ЭДС в датчике, крепится на валу неподвижно, относительно какого-либо зуба шестерни, принятого для измерения.

Подача импульса индуктивного датчика происходит в момент нахождения измеряемого зуба в зацеплении: при отсутствии задержки импульса схема отпирает катодную трубку в тот же момент

времени, в результате чего на экране наблюдается показание для измеряемой зубчатой пары.

Вместо электронно-лучевой трубки может быть использован аналогово-цифровой преобразователь подсоединенный к входам компьютера с заложеной в нем программой обеспечивающий решение формул по определению диагностических параметров.

Описание и конструкция измерительного узла для диагностирования косозубой зубчатой передачи приведена в источниках [1,2].

Конструкция измерительного узла для диагностирования конической передачи приведена в материалах XXII межведомственной научно-технической конференции.[3]

Оценка технического состояния косозубой передачи осуществляется по параметру.

(1 a

an = arctgl----cosp

W p

где: an - угол заключенный между направлением нормали к профилю поверхности зуба

1

направлениям окружной силы, связанный зависимостью, а — атс1я.-

' */'

где / '(х) -первая производная кривой, образующей рабочий профиль поверхности зуба. Л/Р -отношение векторных реакций осевого и окружного усилий, характеризующее угол наклона косого зуба.

Л

— — - отношение векторных реакций осевого и радиального усилий, устанавливающее связь между

Я

распределением сил в зацеплении и геометрии профиля

При диагностировании косозубых зубчатых передач используется измерительный узел 3 (рис. 1),

Л я

производится последовательное измерение отношений — и — , путем подключения датчиков реакций от

осевого и радиального усилий. С помощю электронно-лучевой трубки определяются параметры соответствующие этим отношениям и по графику зависимости угла наклона р и угла зацепления в торцевом сечении, определяется искомый параметр а„ , который будет меняться в зависимости от

состояния изношеных поверхностей профилей зубчатой пары находящейся в зацеплении и характеризовать геометрию зацепления, степень износа боковых поверхностей зубчатой пары.

При диагностировании конической зубчатой передачи используется измерительный узел 10 (рис 1) . Оценка технического состояния конической передачи осуществляется по параметру.

ап = arctg

sin p 1 -V

где: і - передаточное отношение коническои передачи.

Каждый датчик состоит из упругого элемента и наклеенного на него с двух сторон (для исключения нормального напряжения) по два активных R1,R2 по два пассивных R3,R4 тензорезистора типа ПКБ

10x100 .

Тензорезисторы подбираются по сопротивлению с точностью ± 0,2 Ом и соединяются в электрический мост. Плечами моста являются два активных и два пассивных резистора, при этом сигнал на выходе моста увеличивается в 4 раза (по сравнению с другими схемами соединения резисторов) и обеспечивается температурная компенсация.

Упругий элемент датчика представляет собой прямоугольную пластину из стали 65Г, термически обработанную до твёрдости HRC 40 - 42.

Для обеспечения одинаковых характеристик датчиков, их упругие элементы должны быть изготовлены из соседних участков одной полосы и совместно обработаны.

Применение вышеприведенной методики и использование силового метода для диагностирования зубчатых передач агрегатов трансмиссий, а также при подборе бывших в эксплуатации шестерен, не

использовавших свой ресурс, подтверждено научно-исследовательской работой, проведенной на кафедре «Технологии машиностроения и ремонта ».

Анализ дефектов обработки результата и измерение износа шестерен главной передачи заднего моста автомобиля ЗИЛ-130 показал, что 20 % шестерен выбраковываются раньше, чем они израсходовали свой ресурс по толщине зуба, так как были распарены и в дальнейшем не использовались.

Проблема диагностирования редукторов задних мостов имеет большое значение с точки зрения сокращения простоев при ремонте и повышение производительности транспортных машин, а также увеличения долговечности зубчатых передач, используемых в агрегатах трансмиссий.

ЛИТЕРАТУРА

1.Назаренко А.С. и др. Диагностирование износа деталей трансмиссии.// Лесная промышленность

№5, 1991. - С.18-19.

2.Назаренко А.С., Иванов Т.А., Сергеев О.В. Устройство для диагностирования технического состояния зубчатых передач транспортных средств. А.С.№1516825,198 9

3. Назаренко А.С. Диагностирование зубчатых колес агрегатов трансмиссии силовым методом. Материалы XXII Межведомственной научно-технической конференции ''Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем.'' Серпухов, часть 5, 2004. - С.79-84.

4. Назаренко А. С. Диагностирование зубчатых передач агрегатов трансмиссии лесных машин. Автореферат диссертации ктн. - М.: МГУЛ, 2004. - 22с.