Привод упущенных возможностей
Опыт применения зацепления Новикова в тяговых передачах локомотивов
Г.И. МИХАИЛОВ, ведущий эксперт, АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ», г. Коломна)
(Продолжение, начало см. «Локомотив» № 9,2023 г.)
ПЕРЕДАЧИ НОВИКОВА НА ТЕПЛОВОЗАХ С ГИДРОПЕРЕДАЧЕЙ
Согласно Распоряжению Министерства тяжелого и транспортного машиностроения (Минтяжмаш) в начале 1960-х годов были интенсифицированы работы по повышению надежности тепловозов с гидропередачей и в первую очередь — их тяговых приводов. В связи с этим уделялось больше внимания внедрению передачи Новикова на магистральных тепловозах с гидропередачей серий ТГ102 производства Ленинградского (Пролетарского) тепловозостроительного завода (ЛенТЗ) и маневровых тепловозах серии ТГМЗ(А,Б) Людиновского тепловозостроительного завода (ЛТЗ).
Не дожидаясь окончания испытаний тепловоза ТЭЗ, оснащенного опытными шевронными передачами с зацеплением Новикова, во Всесоюзном научно-исследовательском тепловозном институте (ВНИТИ) приступили к созданию подобных передач для тепловозов с гидропередачами, в первую очередь, для грузопассажирского тепловоза ТГ102.
Вначале были спроектированы и изготовлены тяговые передачи Новикова с исходным контуром «ВВИА-60». Так, в 1962 г. появилась тяговая передача Новикова с одной линией зацепления (ОЛЗ) для магистрального двухсекционного восьмиосного грузопассажирского тепловоза ТГ102 мощностью 3280 л.с., принятого в 1959 г. к серийному производству на ЛенТЗ. Опытные тяговые передачи были разработаны в отделе гидропередач ВНИТИ (руководитель работ М.П. Троицкая). Зубчатые колеса с зацеплением Новикова (по чертежам ПР61-68 и ПР61-69) изготавливались во ВНИТИ червячными фрезами с исходным контуром «ВВИА-60» на станке модели 5К326. Основные параметры осевых редукторов (опытного и серийного эвольвентного) тепловоза ТП 02 представлены в табл. 5.
На протяжении 1962 — 1963 гг. на ЛенТЗ шесть секций двухсекционных тепловозов серии ТГ102 (№ ЮЗА, 012Б, 154А, 154Б, 156А, 156Б) были оборудованы опытными осевыми редукторами с цилиндрическими тяговыми передачами с зацеплением Новикова, с исходным контуром «ВВИА-60» (с ОЛЗ). На рис. 7 представлены шестерни и колеса опытной передачи. Одна секция тепловоза ТГ102 (№ 103Б) для сравнения была оборудована редукторами с серийными эволь-вентными передачами.
В соответствии с программой испытаний № В-04-62, разработанной ВНИТИ совместно со специалистами ЛенТЗ и согласованной с Главным управлением локомотивного хозяйства (ЦТ) МПС СССР, сравнительные испытания осевых редукторов проходили на тепловозах ТГ102 приписки депо Ленинград-Сортировочный-Витебский, находившихся в рядовой эксплуатации и использовавшихся на участках от Ленинграда до Пскова, Нарвы и Луги с грузовыми поездами массой 2800 — 3000 т со скоростями около 50 км/ч и пассажирскими поездами со скоростями движения до 100 км/ч.
Комиссионные осмотры в начальный период эксплуатации проводились через 5, 30, 50,100 и 150 тыс. км пробега. Далее при подъ-емочных ремонтах тепловозов (после пробегов 300 ... 350 тыс. км).
В ходе четырехлетней эксплуатации пробеги секций № 154А, 154Б, 156А, 156Б и 012Б тепловозов ТП 02 на 01.12.1967 г. составили, соответственно, 446058, 508076, 461711, 515524, 315558 км. За этот период было проведено 16 комиссионных осмотров опытных редукторов, которые дали подробную информацию об опытных и штатных редукторах.
Выяснилось, что после пробегов от 30 до 70 тыс. км контактные площадки зубьев шестерен занимали всю их длину и 90 — 100 % высоты их рабочей поверхности, на которых каких-либо дефектов (наплывов, задиров, питтинга) не наблюдалось. В ходе эксплуатации передачи Новикова показали достаточно высокую надежность. После пробега 394747 км зубья шестерен имели средний износ 0,16 мм, зубья колес — 0,06 мм (рис. 8). При этом было замечено, что износ, в основном, происходит в начальный период посредством сглаживания следов зубофрезерования. Затем поверхности зубьев за счет наклепа получали упрочнение, и износ нарастал медленно.
Эвольвентные передачи тепловоза работали не столь надежно. Их работа сопровождалась различными повреждениями зубьев, в том числе изломами, даже при пробегах в пределах 300 тыс. км (рис. 9). На некоторых эвольвентных зубчатых колесах закаленные зубья имели повреждения в виде питтинга глубиной 0,5 — 1,0 мм в середине зуба и до 3 мм по торцам.
Кроме того, в конструкции серийных осевых редукторов проявились системные недостатки, приводящие к разрушению шариковых и роликовых подшипников, а затем и зубчатых колес. Это потребовало троекратной модернизации осевых редукторов с изменением конструкции стопорения фланцев, подшипников и конических зубчатых колес.
После пробегов от 160 до 260 тыс. км в нескольких опытных редукторах произошло разрушение подшипников серий 32230,176228, 92328 из-за проворотов их внутренних колец и шестигранника тор-сиона, вследствие чего возникали перекос вала-шестерни и нарушение контакта конических шестерен. В итоге поломанные зубья конических шестерен попадали в зацепления цилиндрических зубчатых колес и повреждали их, но в одном случае — в тяговом редукторе № 109 секции тепловоза ТГ102 №103А, поломка зубьев опытной шестерни была связана не с разрушением подшипников или каких-либо других деталей, а вследствие усталостного излома, как выяснилось при проведении металлографических исследований во ВНИТИ. К моменту заводского ремонта на Даугавпилсском локомотиворемонтном заводе (ДЛРЗ) в 1969 г. тепловозы ТГ102 имели пробеги около 700 тыс. км. К этому времени на них находилось 10 осевых редукторов в исправном состоянии (из 24 первоначально установленных), зубчатые колеса которых были в хорошем состоянии — зубья были приработаны по всей длине. Эти редукторы были отправлены в дальнейшую эксплуатацию. Остальные 14 редукторов были отставлены по таким причинам, как разрушения подшипников 32230, 176228 и последовавших за этим повреждений конических и цилиндрических шестерен (7 редукторов), износы шлицов вала-шестерни (на 4 редукторах) и усталостное разрушение зубьев (на цилиндрических парах 3 редукторов).
Из-за разрушения подшипников входного вала и вала-шестерни за время испытаний вышли из строя 10 редукторов (в пределах пробегов до 600 тыс. км). С нарастанием пробегов более 600 тыс. км участились случаи чрезмерного износа шлицевых соединений (было отставлено 9 редукторов), несмотря на удовлетворительное состояние цилиндрических зубчатых колес Новикова. Из-за усталостных повреждений (выкрашивание, излом) цилиндрических шестерен Новикова были отставлены 5 редукторов (после пробегов 700 — 800 тыс. км).
После достижения пробега 800 тыс. км и необходимости проведения второго заводского ремонта, в 1971 г. испытания тепловозов ТГ102 с передачами Новикова были закончены, поскольку запасные зубчатые колеса не были предусмотрены программой испытаний, а также по причине общей низкой надежности тепловозов ТГ102 (через несколько лет их стали выводить из эксплуатации и списывать). В дополнение к предыдущим разработкам тяговых передач с зацеплением Новикова на тепловозах ТГ102 по плану новой техники Главного управления тепловозостроения Минтяжмаша на Людиновском заводе были также развернуты работы по созданию тяговых передач Новикова для маневровых тепловозов ТГМЗ(А,Б). Опытные цилиндрические передачи изготавливались на ЛТЗ по чертежам ТГМ3.35.27.241 и ТГМ3.35.10.149, разработанным конструкторами завода с участием специалистов ВНИТИ. Зубчатые колеса нарезались там же — червячными фрезами исходного контура «ВВИА-60». Основные параметры цилиндрических передач Новикова и штатных эвольвентных тепловоза ТГМЗ представлены в табл. 6.
На ЛТЗ в 1965 — 1967 гг. осевыми редукторами с опытными цилиндрическими тяговыми передачами Новикова было оборудовано 48 осевых редукторов на 12 маневровых тепловозах серии ТГМЗА, которые были направлены на разные промышленные предприятия в разные регионы СССР. Их испытания проходили в рядовой эксплуатации в режимах маневровой службы. В соответствии с упомянутой ранее программой № В-07-64 периодически проводились комиссионные осмотры (визуальные осмотры без измерений) передач через открытые лючки с проворотом колесных пар без их выкатки. Замечаний по работе редукторов на тепловозах ТГМЗА № 870,1252, 1344 выявлено не было.
В июне 1967 г. на тепловозе ТГМЗА № 1287 (при пробеге всего лишь 18 тыс. км) произошло повреждение шестерен в трех осевых редукторах. При осмотре было установлено, что две шестерни имеют излом зубьев, а на одной обнаружена трещина. На всех зубьях этих шестерен имелся наплыв металла на вершину зуба. Контактные поверхности при этом гладкие, с небольшими следами задиров. Ведомые зубчатые колеса находились в удовлетворительном состоянии. Вид излома на всех зубьях идентичен и характерен для разрушения под действием циклических сжимающих нагрузок.
Аналогичный излом зубьев произошел на тепловозе ТГМЗА № 1377. В заключении Военно-воздушной инженерной академии (ВВИА, авторы — инженеры-подполковники, кандидаты технических наук Р.В. Федякин и В.А. Чесноков, одни из первых исследователей зацепления Новикова, авторы диссертаций и многих публикаций на эту тему) было указано, что: «Характер разрушения, когда верхушка зуба отламывается по плоскости, составляющей угол в 45° к оси зуба, говорит о том, что нагрузка на зуб была сосредоточена у его вершины. В этом случае от сил сжатия зуба возникают максимальные касательные напряжения как раз в указанной плоскости, которые вызывают сдвиг и разрыв металла в локальной зоне. При последующих нагружениях зона разрыва развивается, что приводит к поломке. Наличие наплыва в виде гребня у вершины зуба служит подтверждением того, что нагрузка была приложена к вершине. Сосредоточение нагрузки у вершины выпуклого зуба может иметь место вследствие погрешностей изготовления. А именно, когда суммирование погрешностей межосевого расстояния и глубины врезания инструмента дает смещение точки начального контакта к вершине выпуклого зуба. Это может быть и при значительном уменьшении межосевого расстояния при правильно изготовленных зубчатых колесах, и при значительном уменьшении глубины врезания (инструмента) на зубчатых колесах при правильном межосевом расстоянии».
Этим заключением специалисты подчеркнули исключительную важность соблюдения точности обработки зубьев и выдерживания межосевого расстояния для передач с зацеплением Новикова.
На конец 1968 г. тепловозы выпуска 1965 — 1967 гг., оборудованные зубчатыми передачами Новикова с контуром «ВВИА-60», имели пробеги от 25 до 99 тыс. км. На зубчатых колесах двух редукторов тепловозов ТГМЗА № 870 и 1422 после пробегов, соответственно, 87683 и 48800 км, было обнаружено начальное выкрашивание, сосредоточенное на головках зубьев. На тепловозе ТГМЗ № 1377 произошел излом зубьев на вале-шестерне.
К концу 1969 г. на разных предприятиях в опытной эксплуатации находились 12 тепловозов ТГМЗА, оборудованных 48 осевыми редукторами с цилиндрическими зубчатыми передачами Новикова с ОЛЗ. Тепловозы имели пробеги от 45 до 160 тыс. км, при этом опытные передачи находились в нормальном состоянии, которое постоянно контролировалось службами эксплуатации и, периодически, сотрудниками ВНИТИ.
Наиболее полную информацию исследователи получали уже при вскрытии редукторов в ходе заводских ремонтов. Там обнаруживались дефекты и повреждения зубчатых колес, возникшие за время последнего пробега.
Так, в ходе комиссионного осмотра на ДЛРЗ тепловоза ТГМЗА № 1513, который с 1967 г. использовался на тяжелой маневровой работе на Челябинском металлургическом заводе и имел пробег около 57 тыс. км, было установлено, что во всех четырех осевых редукторах на семи (из восьми) конических шестернях имеются трещины на контактной площадке выпуклой стороны зубьев, а на одной — пластическая деформация зубьев с выдавливанием металла на вершины и торцы зубьев. Подшипники этих шестерен (№ 32230, 92230) были забракованы ввиду задиров колец и ослабления заклепок сепараторов. В двух редукторах зубья колес цилиндрических передач Новикова имели пластическую деформацию. На шестерне один зуб был сломан (рис. 10).
Смятие вершин и излом зубьев стали следствием их кромочного контакта, действовавшего с самого начала эксплуатации, причиной которого стала недостаточная глубина врезания инструмента в заготовку. При правильном (точном) исполнении зубчатые колеса на других тепловозах серии ТГМЗ достигали пробегов 160 тыс. км и более.
К середине 1971 г. тепловозы имели пробеги от 75 до 280 тыс. км. Более половины из них по срокам подошли к заводскому ремонту. При ремонте тепловозов ТГМЗА № 870 и 1252 было установлено, что цилиндрические опытные передачи Новикова находятся в удовлетворительном состоянии и поэтому их оставили для дальнейшей эксплуатации. Все конические опытные шестерни из-за выкрашиваний и излома зубьев были заменены на новые.
Лишь в одном редукторе тепловоза ТГМЗА № 1383 (после пробега 157948 км) произошло усталостное разрушение одного зуба на цилиндрическом вале-шестерне (из стали 40Х) на длине 80 мм (рис. 11). Как показали дальнейшие исследования, начало излома (очаг) находилось на расстоянии 40 мм от торца, посредине толщины зуба, на глубине 10 — 12 мм от его вершины. Направления трещин (изнутри зуба с развитием в обе стороны под углами 45° к средней плоскости) и вид излома были характерны для разрушения под действием циклических напряжений сжатия. На рабочих поверхностях зубьев были замечены небольшие следы
питтинговых выкрашивании. Твердость поверхности зубьев составила НВ 280 — 300 (НВ 291 — 320 по чертежу). По
мнению участников обследования, поломка была связана с неточностями при нарезании зубьев. Вал-шестерню вместе с сопряженным колесом заменили на новую пару из новой опытной партии передачи Новикова, изготовленной уже с другим контуром — «Урал-2Н».
Дальнейшим развитием работ по внедрению зацепления Новикова стало применение цилиндрических передач Новикова с двумя линиями зацепления (ДЛЗ) в осевых редукторах тепловозов с гидро
передачей серии ТГМЗБ.
На основании опыта эксплуатации передач Новикова с ОЛЗ на тепловозах ТП 02 и ТГМЗА на Людиновском заводе партию тепловозов ТГМЗБ оборудовали осевыми редукторами с опытными цилиндрическими передачами Новикова с исходным контуром зацепления «Урал-2Н». Качественное отличие этого вида зацепления состояло в том, что при его применении поочередно работают то головка, то ножка каждого выпукло-вогнутого зуба, поэтому на зубьях имеются
по две контактных полосы, а это равнозначно удвоению числа пар зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, благодаря чему эти передачи могут передавать большие нагрузки.
Техническая документация (расчет, чертежи) на цилиндрические шестерни Новикова с ДЛЗ для осевых редукторов тепловозов ТГМЗ, ТГМ5,ТГ16 и ТП 02 была разработана во ВНИТИ. Основные параметры опытных зубчатых колес Новикова с исходным контуром «Урал-2Н» соответствовали указанным в табл. 6 (кроме размеров, указанных в скобках). Высота зубьев в зацеплении Новикова составляла 16,9 мм, в эвольвентной передаче — 21,82 мм.
Зубчатые колеса изготавливали по заводским чертежам ТГМ3.35.27.243 и ТГМ3.35.10.153, скорректированным в соответствии с рекомендациями ВНИТИ и Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИИТМАШ). Нарезание зубьев опытных шестерен осуществлялось на станках типа «Модуль» производства ГДР и 5К326 червячными фрезами с исходным контуром «Урал-2Н», изготовленными Свердловским инструментальным заводом. Контроль точности нарезания зубьев осуществлялся по глубине врезания фрезы прибором, состоящим из траверсы с индикаторным указателем. Комплексная проверка правильности монтажа передачи в собранном редукторе контролировалась по расположению двух контактных полос, наблюдавшихся после приработки редукторов на обкаточном стенде.
Опытными редукторами были оборудованы 6 тепловозов ТГМЗБ (№ 2064, 2070, 2090, 2098, 2126 и 2161), которые содержали 24 осевых редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами Новикова. Тепловозы проходили обкаточные испытания на участках МПС Людиново — Дятьково, Людиново — Фокино, Людиново — Верещевка с поездами весом от 1000 до 2000 т. Затем они были отправлены в эксплуатацию на пять промышленных предприятий в разных регионах страны.
После пробегов 25 — 45 тыс. км были проведены осмотры и обмеры опытных и штатных (эвольвентных) передач, зафиксировавшие их нормальное состояние и быстрые темпы приработки зубьев опытных зубчатых колес. Наиболее уязвимыми оказались конические эвольвентные зубчатые колеса, зубья которых подверглись усталостному выкрашиванию и возникновению трещин (в предположении исследователей, из-за шлифовочных прижогов).
Также выявились нарушения целостности крепления валов и повреждения подшипников № 2228 и 228 вследствие ослабления их фиксации, а в осевых цилиндрических передачах больше всего повреждений обнаружилось на ведомых колесах, подлежавших замене из-за усталостных трещин и раковин от выкрашивания зубьев, тогда как валы-шестерни браковали, в основном, по износу шлицев.
Всего с 1962 по 1969 гг. было изготовлено и установлено на тепловозах серий ТГ102 и ТГМЗ 96 осевых редукторов, в которых цилиндрические пары были выполнены с зацеплением Новикова с заполюсным («ВВИА-60») или дозаполюсным («Урал-2Н») исходным контуром. Опытная эксплуатация этих тепловозов показала, что зубчатые колеса с такой формой зубьев, даже изготовленные из стали 40Х при твердости зубьев не выше НВ 320, обладают работоспособностью и сроком службы не ниже, чем серийные эвольвентные зубчатые колеса, изготовленные из легированной стали 20Х2Н4А.
Получив положительные, в целом, результаты испытаний и стремясь к более полному использованию преимуществ зацепления Новикова применительно к тяговым передачам тепловозов, конструкторы Людиновского завода совместно со специалистами ВНИТИ приступили к разработке осевых редукторов с передачами Новикова с высокотвердыми цилиндрическими и коническими зубчатыми колесами с целью значительного повышения их срока службы на маневровых тепловозах ТГМЗ Б, оснащенных гидропередачами.
Для этого пришлось решить ряд непростых задач, и главная из них — выбор оптимального исходного контура с ДЛЗ, отличного от «Урал-2Н», поскольку этот контур (и разработанный на его основе контур по ГОСТ 15023-69) был разработан специально для зубчатых колес малой и средней твердости, способных к быстрой приработке контактирующих зубьев. Для зубчатых колес с высокой твердостью требовался исходный контур с малой чувствительностью зацепления к погрешностям изготовления, особенно к деформациям зубьев при термообработке, наряду с достаточным уровнем контактной и изгибной прочности.
Другой проблемой являлась низкая производительность и определённая сложность известных способов зубонарезания для формирования зубьев конических колес с зацеплением Новикова.
Эта задача решалась с использованием рекомендаций, опыта и технической помощи специалистов Научно-исследовательского и проектно-конструкторского института горного и обогатительного машиностроения (НИПИГОРМАШ) и Научно-исследовательского и проектно-технологического института по автоматизации и механизации машиностроения (НИПТИМАШ), разработавших под руководством канд. техн, наук Ю.Ф. Коубы серию исходных контуров для дозаполюсных передач Новикова с высокой твердостью зубьев и освоивших новую эффективную технологию зубонарезания конических колес Новикова по системе «Рига», созданной в Рижском политехническом институте (РПИ) канд. техн, наук К.К. Паулиньшем.
Работы проводились в соответствии с планом новой техники Минтяжмаша 1970 г. по теме Г.70.4.02.019. Проектирование опытных конических и цилиндрических колес с ДЛЗ для осевых редукторов тепловозов проводилось на основе геометрического расчета, исходя из принципа полной габаритной взаимозаменяемости опытных колес со штатными (серийными), причем с выполнением их из той же стали и с прежней термообработкой.
Операции окончательной механической обработки зубьев (шлифование для цилиндрических и притирка для конических колес) не применялись ввиду хорошей прирабатываемости зубьев в передаче Новикова.
Геометрический расчет конических пар производился по методике, разработанной НИПИГОРМАШ, расчет дозаполюсных цилиндрических пар — по методике, заложенной ВНИТИ в расчете «Р-02-66». В последнем были изменены три параметра, определяющие высоту зуба, что стало необходимым в результате введения нового исходного контура «Урал-1 К» для дозаполюсных передач Новикова с высокой твердостью зубьев. Результаты геометрического расчета конических и цилиндрических шестерен Новикова с исходным контуром «Урал-1К» для осевого редуктора тепловоза ТГМЗ (рис. 12) приведены в табл. 7 и 8. На основании расчета ВНИТИ конструкторами ЛТЗ были разработаны чертежи зубчатых колесТГМ3.35.10.401, ТГМ3.35.27.401, ТГМ3.35.27.402 и ТГМ3.35.27.403.
Разработка и проектирование червячной фрезы для нарезания цилиндрических шестерен Новикова, а также специальной зуборезной головки и резцов диаметром 240 мм с модулем 8 мм для нарезания конических шестерен по системе «Рига» производились в НИПИГОРМАШ при участии автора системы К.К. Паулиньша.
Зуборезные головки системы «Рига» (по авторским свидетельствам № 395194,550247) имеют большие преимущества перед головками системы «ЭНИМС-Глиссон» вследствие их простоты и универсальности (3 типоразмера головок «Рига» заменяют 15 типоразмеров головок «Глиссон»), так как круглые незатылованные резцы проще затылованных как в изготовлении, так и в заточке. Также устраняется необходимость в черновой резцовой головке, обязательной при системе «Глиссон», а также повышается производительность на 15 — 20 %.
Для первого опытного нарезания конических колес применялись четырех- и восьмирезцовые головки. Настройка резцовых головок типа «Рига», а также расчеты наладок зуборезных станков осуществлялись по инструкции, разработанной НИПИГОРМАШ.
Цилиндрические шестерни изготавливали по чертежам ЛТЗ
(ТГМ3.35.10.401 «Колесо» и ТГМ3.35.27.401 «Вал-шестерня»). Червячные фрезы исходного контура «Урал-1 К» были изготовлены Свердловским инструментальным заводом. Валы-шестерни нарезались червячными фрезами на станке «Neils» производства ГДР, а зубчатые колеса на станке модели 5861, изготовленном Московским станкостроительным заводом.
После нарезки зубьев колеса термообрабатывали и подвергали контролю. Зубья не шлифовали. В связи с отсутствием на ЛТЗ соответствующего станочного оборудования зубонарезание конических колес по системе «Рига» производилось на опытном заводе НИПИГОРМАШ. При этом резцы и заготовки для колес поставлял ЛТЗ. Конические шестерни подвергли термообработке, итоговой мех-обработке и обмерам.
Контроль после зубонарезания показал, что все расчетные параметры выполняются в металле с достаточной степенью точности — погрешности профиля зубьев не превышали 0,05 мм, контактные полосы после обкатки конических шестерен на обкатном станке располагались в зонах, близких к теоретическим, с отклонением не более 1,5 мм. Термообработка существенно не изменила основные параметры зацепления у опытных шестерен — степень точности осталась в пределах, указанных в чертежах. После установки редукторов на испытательном стенде было окончательно проверено расположение контактных полос после обкатки под нагрузкой 5,5 кН-м (25 % от номинальной). Их положение сохранилось в заданных пределах.
Испытание редукторов с передачей Новикова проводилось по программе, разработанной в соответствии с типовой методикой стендовых испытаний ЦНИИТМАШ, применявшейся на ЛТЗ для испытаний тепловозных осевых редукторов. Редукторы после обкатки под 25 % нагрузки (5,5 кН-м) испытывались при номинальном вращающем моменте 22 кН-м на оси колесной пары. Была задана продолжительность испытаний по 107 циклов (оборотов) конических и цилиндрических шестерен в обе стороны вращения.
После 680 тыс. циклов было обнаружено повреждение зубьев конической шестерни в первом редукторе (сколы вершин на трех зубьях со стороны малого торца), которую вместе с сопряженным колесом заменили на другую пару, не имеющую нависающего участка вершин зубьев у внутреннего торца (возможная причина повреждения).
Однако после 1,2-106 циклов повреждение зубьев в первом редукторе снова повторилось. Результаты металлографического анализа не показали отклонений по составу металла и качеству термообработки. Предположили, что возможной причиной сколов вершин конических шестерен является концентрация контактных напряжений у края зубьев в зоне входа в зацепление со стороны малого торца, о чем свидетельствует наличие значительного обмятия и увеличенной ширины пятна контакта в этом месте. Этому способствует очень высокая твердость (HRC 60 — 62) цементованного слоя, поскольку твердый хрупкий слой не выдерживает высоких напряжений.
Далее закаленные цилиндрические зубчатые колеса Новикова испытывались в сравнении с серийными (октоидными) коническими шестернями с нагружением выходного вала вначале моментом 3,5 кН-м (2,04-107 циклов), а затем 4 кН-м (1,18-107 циклов), когда произошел излом зуба на конической шестерне.
В итоге цилиндрические зубчатые колеса Новикова выдержали стендовые испытания, набрав колесо — 7,95-106 и вал-шестерня — 34,03-106 циклов нагружений соответственно. Состояние контактных поверхностей зубьев (рис. 13) было вполне удовлетворительным — гладкие блестящие полосы равномерной ширины, с четким разделением по полюсной зоне, без каких-либо повреждений поверхностей.
На основании результатов стендовых испытаний в выводах отчета ВНИТИ была рекомендована конструктивная переработка конических пар Новикова путем увеличения модуля и угла наклона зубьев, снижения концентрации напряжений на концах зубьев фланкированием и понижением твердости поверхности зубьев до HRC 50 — 54. Кроме того, предполагалось провести сравнительные стендовые испытания цилиндрических передач Новикова с закаленными зубьями и серийных зубчатых передач (тоже с закаленными зубьями) тепловозов серии ТГМЗ.
(Окончание следует)
