Материалы зубчатых колес

ЛЕКЦИЯ 4

Виды разрушения зубьев

В процессе зацепления на зуб действует нагрузка, передаваемая зацепление, и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторно-переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей.

Трение в зацеплении вызывает износ и заедание зубьев.

Поломка зуба. Наиболее опасный вид разрушения для открытых передач. Излом возникает за счет переменных напряжений изгиба и перегрузки.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев - основной вид разрушения для закрытых передач. Возникает за счет повторно переменных контактных напряжений . Процесс разрушения начинается на ножке зуба в околополюстной зоне, где рзвивается наибольшая сила трения, способствующая пластичному течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазки. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, что приводит к быстрому износу и задиру зубьев.

Износ зубьев. По мере износа зуб утоньшается, ослабевает его ножка, что приводит к его поломке.

Заедание зубьев. Заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты задирают рабочие поверхности зубьев.

Материалы зубчатых колес

Стали являются основным материалом для зубчатых колес. Они подвергаются термической обработке. По твердости стали делятся на две группы:

Первая группа £ НВ350

Вторая группа > НВ350 (10НВ » 1НRC)

Высокая твердость рабочих поверхностей достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием.

Стальное литье применяется при изготовлении крупных зубчатых колес.

Чугуны применяются при изготовлении зубчатых колес тихоходных открытых передач.

Пластмассы применяются в быстроходных малонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами.

Допускаемые контактные напряжения

Для закрытых зубчатых передач основным, выполняемым в качестве проектного, является расчет на контактную прочность; расчет на изгиб выполняется как проверочный. Открытые передачи рассчитывают на изгиб.

Допускаемые контактные напряжения для расчетов на выносливость при длительной работе

(16.10)

, (16.11)

где ; - для базового числа циклов; - предел контактной выносливости поверхностей зубьев, определяются экспериментально.

Расчет прямозубых передач ведут по меньшему значению из полученных для шестерни и колеса.

Для косозубых передач рассчитывается осредненное контактное напряжение

(16.12)

где и - допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса. При этом не должно быть больше 1,23 .

Допускаемые напряжения изгиба

Допускаемые напряжения изгиба для расчетов на выносливость при длительной работе

, (16.13)

где - предел выносливости зубьев по излому от напряжений изгиба, соответствующий базовому числу циклов N. Экспериментальные данные приводятся в соответствующих таблицах; - требуемый коэффициент безопасности - верхнее значение для литых колес; при базовом числе циклов , т.е. для длительно работающих передач.

Расчетная нагрузка

Расчетная нагрузка определяется как:

, (17.3)

где - номинальная нагрузка; K - коэффициент нагрузки, определяемый как:

. (17.4)

Коэффициентам , , приписывается индекс H ( , , ) при расчете на контактную прочность и индекс F ( , , ) при расчете на изгибную прочность.

Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузки между зубьями. При прямозубой передаче .

Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузки по ширине венца зубчатого колеса. При постоянной передаваемой нагрузке неравномерность ее распределения можно полностью устранить, т. е. . В остальных случаях из таблиц.

Коэффициент учитывает действие динамических нагрузок в зацеплении.

В качестве средних значений принимают ; .