Виды разрушения зубьев. Виды зубчатых передач

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Классификация:

· По форме профиля зубьев:

· эвольвентные;

· круговые (передача Новикова);

· циклоидальные.

· По типу зубьев:

· прямозубые;

· косозубые;

· шевронные;

· криволинейные;

· магнитные.

· По взаимному расположению осей валов:

· с параллельными осями (цилиндрические передачи с прямыми, косыми и шевронными зубьями);

· с пересекающимися осями — конические передачи;

· с перекрещивающимися осями.

· По форме начальных поверхностей:

· цилиндрические;

· конические;

· глобоидные;

· По окружной скорости колёс:

· тихоходные;

· среднескоростные;

· быстроходные.

· По степени защищенности:

· открытые;

· закрытые.

· По относительному вращению колёс и расположению зубьев:

· внутреннее зацепление (вращение колёс в одном направлении);

· внешнее зацепление (вращение колёс в противоположном направлении).

Реечная передача — один из видов цилиндрической зубчатой передачи, радиус делительной окружности рейки равен бесконечности. Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. См. также: кремальера.

Винтовые, червячные и гипоидные передачи относятся к зубчато-винтовым передачам. Элементы этих передач скользят относительно друг друга.[23]

При передаче вращающего момента возникают упругие деформации профилей зубьев, вызывающие на поверхности зуба контактные напряжения σ H, а у основания зуба напряжения изгиба σ F, которые изменяются во времени по отнулевому циклу. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев, вызывающего выкрашивание поверхности зубьев. Зубья также разрушаются вследствие поломки, износа и заедания.
Усталостное выкрашивание поверхностных слоев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства закрытых, хорошо смазываемых и защищённых от загрязнений зубчатых колёс. На рабочей поверхности, ниже полюсной линии, появляются оспинки, которые затем превращаются в раковины (питинг) и растут по поверхности к ножке.

Для предотвращения выкрашивания зубья рассчитывают на контактную выносливость рабочих поверхностей по контактным напряжениям (σ H).
Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками ударного или статического действия или усталостью материала от многократно повторяющихся нагрузок. Чаще выламывается один из углов зуба. Для предотвращения поломок зубья рассчитывают по напряжениям изгиба (σ F).

Абразивный износ характерен для открытых и закрытых зубчатых передач, работающих в среде засорённой абразивом (горных, дорожных, строительных, с/х, транспортных и др. машин). Износ приводит к утонению зуба, что, в свою очередь, приводит к понижению его прочности, появлению дополнительного шума, повышению динамических нагрузок.

Заедание зубьев наблюдается у тяжелонагруженных и скоростных редукторов. Его механизм – местное молекулярное сцепление контактирующих поверхностей в условиях разрушения смазочной пленки. Пленка разрушается из-за повышенного контактного давления, высоких скоростей и температур.

Причиной поломок зуба у основания может служить наличие в зоне впадины остаточных растягивающих напряжений, возникающих при обезуглероживании поверхности, при химико-термической обработке.

Причиной поломок может служить грубая обработка даже нерабочих поверхностей, т.е. технологический концентратор напряжений.

Наличие в слое остаточного аустенита, наличии шлифовальных прижогов.

Контактные повреждения зубьев являются основной причиной выхода из строя быстроходных улучшенных и поверхностно упрочнённых зубчатых колёс.

Так, например, при ремонте авиационных двигателей из общего количества бракуемых зубчатых колёс 70% отбраковывают по причине контактных разрушений материала на зубьях.

Анализ повреждений зубчатых колёс редукторов горных машин показал, что в 70% из бракуемых колёс составляют колёса с разрушениями контактной поверхности зубьев, 4-10% с изломом зубьев, остальные износом зубьев.

Контактные напряжения на рабочей поверхности зубьев переменны, изменяются по пульсирующему циклу.

Различают два вида поверхностных макроразрушений материала зубьев:

выкрашивание (питтинг);

отслаивание поверхностного слоя.

Природа разрушений усталостная. Они возникают при потери материалом устойчивости к действию переменных по величине и длительности контактных нагрузок. Каждому виду соответствует свой механизм разрушения. В зависимости от величины действующих контактных нагрузок, конструкция и материал зуба, качества упрочненного поверхностного слоя оба вида поверхностного разрушения могут возникать одновременно или один из них будет более выражен.

Выкрашивание материала может быть ограниченным и прогрессирующим. Ограниченное усталостное выкрашивание связано с периодом приработки. В процессе приработки сглаживаются микронеровности контактных поверхностей, улучшается прилегание зубьев и следовательно ограниченное выкрашивание прекращается. Оно не является опасным и зубчатые колеса в дальнейшем можно эксплуатировать.

При прогрессивном выкрашивании страдает вся или большая часть длины зуба. При этом повышается контактное давление на еще целую часть поверхности зуба, выжимается смазка в раковины, повышается износ от абразивного действия выкрошившегося материала, усиливается смятие и заедание. Макротрещины на контактирующих поверхностях развиваются под действием касательных напряжений. Стойкость к выкрашиванию зависит от физико-химических свойств и толщины смазочного слоя.

Прогрессирующее выкрашивание или питтинг может привести к отслаиванию упрочненного поверхностного слоя, которое характеризуется большими по глубине и по площади выкрошившимися ямками, которые могут распространяться по всей боковой поверхности зуба от полюса зацепления. Однако отслоение упрочненного слоя, связанное с действием глубинных контактных напряжений может возникнуть и независимо от появления питтинга. В любом случае отслоение упрочненного слоя является наиболее опасным видом усталостного поверхностного разрушения, т.к. может привести к уменьшению поперечного сечения зуба и его поломке под действием изгибающего усилия.

В результате экспериментальных исследований приведены зависимости между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Выход из строя колес по причине питтинго-образования наблюдается в диапазоне твердостей рабочих поверхностей зубьев ~ 37HRC, при этом нагрузочная способность колес оказалась на самом низком уровне. При твердости рабочих поверхностей 45-48HRC так же наблюдалось небольшое количество питтинговых оспин, однако фактором лимитирующим усталостную прочность зубьев, являлась поломка зубьев, возникающая в результате развития поверхностных усталостных трещин и уменьшения прочности зуба в зоне делительной окружности зубчатого венца.

Зубья колес, поверхностно упрочненных, с твердостью рабочей поверхности 56 - 58 HRC выходили из строя в результате поломки зубьев в зоне делительной окружности колеса вследствие растрескивания и отслоения материала зуба. Причем нагрузочная способность была наивысшей среди использованных в испытаниях колес. Как показали результаты усталостных испытаний растрескивание рабочих поверхностей зубьев и отслаивание их материала с последующей поломкой в зоне делительной окружности имеет место при количестве циклов нагружения.

На основании этих и других многочисленных экспериментальных исследований установлено, что критерием работоспособности высоконапряженных зубчатых колес поверхностно упрочненных - цементированных, азотированных, поверхностно-закаленных, является именно отслаивание. В отличие от питиннга он имеет совершенно иной механизм возникновения и развития усталостных трещин. На возникновение отслаивания основное влияние оказывают приведенные касательные напряжения, возникающие под действием контактных нагрузок и действующие на определенной глубине от поверхности.

Контактные нагрузки, неопасные для поверхности могут вызвать подслойные касательные напряжения превышающие предел выносливости и вызывающие развитие подслойных усталостных трещин. Этот вид разрушений опасен, т. к. отслаиваются значительные участки зуба, что вызывает возникновение динамических изгибных напряжений и возможно поломку зуба. Причем возможность появления и развития подслойных трещин увеличивается с уменьшением отношения приведенного радиуса кривизны к толщине упрочненного слоя.

Условия возникновения глубинных контактных разрушений были изучены Р.Р. Гальпером, В.Н. Кудрявцевым, Е.И. Тескером и другими учёнами для цементированных, нитроцементированных и азотированных колес. Глубина расположения и величина максимальных глубинных касательных напряжений зависит от различных факторов, основными из которых являются: твердость сердцевины зуба, радиус кривизны профиля зуба, толщина упрочненного слоя, величина действующих контактных напряжений. Установлено, что глубина расположения наибольших глубинных касательных напряжений для азотированных колес приблизительно равна 0, 6bн, а для цементированных и нитроцементированных колес 0, 8bн (где bн - полуширина площадки контакта). Величина предельных глубинных напряжений как установлено в работе () для цементированных колес, которая показывает, что каждой зоне цементированного слоя соответствует определенное значение предельных напряжений; зависящее от твердости HV в этой зоне и наличия в ней дефектов структуры, учитывающиеся коэффициентом Кс. Исследования колес из стали 20Х2Н4А, 20ХН3А модуля 4÷ 8 мм показали, что значительное влияние на контактную выносливость зубчатых колес оказывает эффективная толщина упрочненного слоя и отдельные структурные составляющие цементированных слоев, которые не регламентируются общепринятыми техническими условиями. Вопрос об оптимальной величине упрочненного слоя имеет большое значение для совершенствования передач и еще требует своего решения.

В соответствии с работами Гальпера Р.Р., проводившего исследования на азотированных колесах, предельное значение приведенных глубинных касательных напряжений.

Рисунок 9-виды поврежденных зубьев

Заключение

Рассмотрев данную курсовую работу можно сделать вывод:

Использование зубчатых колес (шестерен) в зубчатых передачах неотъемлемая часть жизнедеятельности человека.

Основные достоинства зубчатых передач:

высокая нагрузочная способность;
надежность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок;
большая долговечность;
постоянство передаточного отношения;
высокий КПД.

Среди недостатков можно отметить:

повышенные требования к точности изготовления;
шум при высоких скоростях;
высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.

Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими видами передач, что предопределяет их широкое применение в технике.

зубчатое колесо точность но

⇐ Предыдущая 1 2 34