Види руйнування зубів та критерії працездатності зубчастих передач

В процесі роботи на зуби діють сили навантаження, що передають і сили тертя. Для кожного зуба навантаження міняються в часі по переривчатому від нульовому циклу. Повторно-перемінні навантаження являються причиною втомлюваного руйнування зубів: їх поламки і викришування робочих поверхонь. Тертя в зачепленні викликає зношення і заїдання зубів.

Поламка зубів. Це найбільш небезпечний вид руйнування. Поламка зубів є результатом повторно-перемінних напружень, що виникають в зубах та перевантаження. Тріщини від втоми заявляються у основи зуба на тій стороні, де від згину виникли найбільші напруження розтягу. Прямі короткі зуби виламуються повністю, а довгі обламуються по косому січенні. Поламку від втоми попереджують розрахунком на міцність по напруженнях згину σ f, використанням корекції, а також збільшенням точності виготовлення та монтажа передачі.

Втомне викришування робочих поверхней зубів. Основний вид руйнування зубів для більшості закритих передач. Виникає внаслідок дії повторно-перемінних контактних напружень σ H. Руйнування починається на ніжці зуба в навколополюсній зоні, де розвивається найбільша сила тертя , що сприяє пластичній течії металу і утоворюванню мікротріщин на поверхні зубів. Розвитку тріщин сприяє розклинюючий ефект мастильного матеріалу. який запресовується в тріщини при зачепленні. Розвиток тріщин приводить до викришування частинок поверхні , появленню спочатку дрібних ямок, які переходять в раковини. При викришуванні порушуються умови утворення суцільної масляної плівки (мастило вижимається в ямки), що приводить до швидкого зношення і задиру зубів. Зростають динамічні навантаження, шум, температура.

При твердості поверхні зубів Н<350 НВ може спостерігатись обмежене викришування, яке виникає тільки на дільницях з концентрацією напружень. Після приробки зубів таке викришування припиниться.

Прогресуюче викришування виникає при твердості поверхні зубів Н>350 НВ, воно з часом вражає всю робочу поверхню ніжок зубів.

Викришування зубів від втоми попереджують розрахунком на міцність по контактним напруження, підвищенням твердості поверхні зубів, використанням корекції, підвищенням степені точності, правильним вибором сорта мастила.

У відкритих передачах викришування не наблюдається, так як зношення поверхні зубів попереджує розвиток тріщин від втоми.

Зношення зубів. Основний вид руйнування зубів відкритих передач. По мірі зношення зуб тоншає, послаблюється його ніжка, збільшуються зазори в зачепленні, що на кінець приводить до поламки зубів. Руйнуванню зубів сприяє виникнення підвищеного шуму при роботі передачі. Зношування можна зменшити захистом від попадання абразивних частинок, підвищенням твердості та пониженням шороховатости робочих поверхней зубів, зменшенням ковзання зубів корекцією.

Заїдання зубів. Це приварювання частинок одного зуба до другого внаслідок місцевого підвищення температур в зоні зачеплення. Нарости, які з’явились на зубах задирають робочі поверхні інших зубів, бороздячи їх в напрямку ковзання. Заїдання зубів попереджають підвищення твердості та пониженням шороховатості робочих поверхонь зубів, використанням корекції, правильним підбором протизадирних мастил.

Допустимі навантаження

Розрахунки на контактну та згибну міцність при довготривалій роботі виконують по допустимим напруженням відповідно [σ] и [ σ ] F.

Допустимі контактні напруження [σ ]H. Експериментом встановлено, що контактна міцність робочих поверхонь зубів приділяється в основному міцністю цих поверхонь. Допустимі контактні напруження для розрахунків на міцність при довготривалій роботі

[σ] н = н Ĺ[ σ ] но

де [ σ ]но - допустиме контактне напруження , яка відповідає контактній витривалості при кількості циклів переміни напружень N но. Для передач, вихід із роботи яких пов’язаний з важкими наслідками, значення [σ ]но зменшуються;

К нL – коефіциент довготривалості, який враховує термін служби та режим навантаження передачі.       

КHL = √NH0/N>1 але, < KHL

Для нормалізованих або покращених коліс КнL макс. = 2,6 ; для коліс з поверхневим загартуванням КнL макс.= 1,8.

Число циклів напруг Nно, яке відповідає границі витривалості, визначається міцністю робочих поверхонь зубів.

N – число циклів перемін напружень зубів за весь термін служби (наробка). При постійному режимі навантаження (з відхиленнями до 20%)

N = 573 ωLh,

де ω- кутова швидкість

Lh - ресурс (термін служби передачі)

В більшості випадків N>N но , відповідно , для довготривало працюючих (на протязі декілька років) передач КнĹ = 1.

Циліндричні та конічні зубчасті передачі з прямими та непрямими зубами розраховують по меншому значенню [ σ ]н із отриманих для шестерні та колеса.

Виняток складають зубчаті передачі з непрямими зубами при різності середніх міцностей робочих поверхонь зубів шестерні та колеса

Допустимі напруження згину [σ]F. Допустимі напруження згину для розрахунку на міцність при довготривалій роботі

[σ]F = KFL [σ]F 0

де [σ]F 0 - допустиме напруження згину, яке відповідає границі згинної витривалості при числі циклів напружень NF0 = 4 ·10 для всіх сталей.

KFL - коефіциент довготривалості. При міцності H<350 НВ

При міцності Н>350 НВ

Визначають по формулі. KFL = √NF0/N>1

Для довготривало працюючих передач. Для реверсивних передач[σ]FL зменшують на 20%.

 

В прямозубій передачі зуби входять в зачеплення зразу по всій довжині. Через неточність виготовлення передачі і її зносу процес виходу однієї пари зубів із зачеплення і початок зачеплення іншої пари супроводжується ударами і шумом, сила яких зростає із збільшенням колової швидкості коліс. Прямозубі передачі використовують при невисоких та середніх колових швидкостях; відкриті передачі, як правило, роблять прямозубими.

Згідно основної теореми зачеплення для понижуючих передач передаточне число u = ω1/ ω2 = d2/d1 = z2/z1

Для пари циліндричних зубчатих коліс рекомендується u<3...6.

Розміри зубчатого колеса виражають через модуль і число зубів Z.

Ділильний і початковий діаметри d = dω = mz

Діаметр вершин da = d + 2ha = d + 2m

Діаметр впадин df = d – 2hf = d – 2,5m

Сили в зачепленні прямозубих передач. Сили взаємодії між зубами прийнято визначати в полюсі зачеплення П .Розприділене по контактним лініям навантаження заміняють рівнодіючою Fп, яка направлена по лінії тиску (заціплення) NN. Силами тертя в зачепленні нехтують ,так як вони замалі. Для розрахунку зубів, валів та опор силу Fn розкладають на складаючі:

Кругова сила Ft = Fncosα ω

Радиальна сила Fr = Ft tgα ω

Де Т2 - обертаючий момент на колесі

α ω – кут зачеплення.

На ведомому колесі направлення сили Ft співпадає з направленням обертання , на ведучому – протилежно йому.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: