Критерії працездатності та розрахунку
Умови роботи зуба в зачепленні.При передачі крутного моменту (рис. 8.9) у зачепленні крім нормальної силиFnдіє сила тертяFTp=Fnf,пов'язана зі ковзанням. Під дією цих сил зуб перебуває у складному напруженому стані (рис. 8.10).Вирішальний вплив на його працездатність надають дві основні напруги: контактні напруги сн і напруги вигинуAF[17]. Для кожного зубаанта оу не є постійно діючими. Вони змінюються в часі по деякому перери-
Вистого нульового циклу (див. рис. 8.9). Час дії > за один оберт колеса (/]) дорівнює тривалості зачеплення одного зуба (/2). Напруження ан діють ще менший час. Цей час дорівнює тривалості перебування в зачепленні даної точки поверхні зуба з урахуванням зони поширення контактної напруги.
Змінна напруга є причиною втомного руйнування зубів: поломка зубів від напруг вигину і фарбування поверхні від контактних напруг. З контактною напругою та тертям у зачепленні пов'язані також знос, заїдання та інші види пошкодження поверхонь зубів.
Поломка зубів (рис. 8.11).Поломка пов'язана з напругою вигину. Насправді частіше спостерігається виламування кутів зубів внаслідок концентрації навантаження. Розрізняють два види поломки зубів:
Поломка від великих перевантаженьударної або навіть статичної дії (попереджають захистом приводу від перевантажень або обліком перевантажень при розрахунку);
Втомна поломка, що походить від дії змінних напруг протягом порівняно тривалого терміну служби (попереджають визначенням розмірів з розрахунку на втому). Особливого значення мають заходи щодо усунення концентраторівнапруг (рисок від обробки, раковин та тріщин у виливках, мікротріщин від термообробки тощо).
Загальні заходи попередження поломки зубів- збільшення модуля, позитивне зміщення при нарізанні зубів, термообра-
Ботка, наклеп, зменшення концентрації навантаження по краях (жорсткі вали, зуби зі зрізаними кутами-див. рис. 8.13,ж,бочкоподібні зуби - див. рис. 8.14,вта ін. .).
Ушкодження поверхні зубів.Всі види пошкодження поверхні зубів(рис. 8.12)пов'язані з контактною напругою та тертям.
Мал.8.11Втомне вифарбовуваннявід
Контактної напруги (рис. 8.12,а)Є основним видом руйнування поверхні зубів при гарному мастилі передачі (найчастіше це бувають закриті, порівняно швидкохідні передачі, захищені від пилу і бруду). Зуби таких передач розділені тонким шаром олії, що усуває металевий контакт. При цьому зношування зубів малий. Передача працює тривалий час до появи втоми поверхневих шарах зубів. На поверхні з'являються невеликі поглиблення, що нагадують оспинки, які ростуть і перетворюються на раковини. Вифарбовування починається зазвичай поблизу полюсної лінії на ніжках зубів там, де навантаження передається однією парою зубів, а сили тертя при ковзанні та перекочуванні зубів спрямовані так, що олія запресовується в тріщини і сприяє фарбуванню частинок металу (див. рис. 8.8). При фарбуванні порушуються умови утворення суцільної олійної плівки, з'являється металевий контакт з подальшим швидким зносом і задиркою поверхні. Утворення перших втомних раковин не завжди є ознакою близького повного руйнування зубів. У передачах, зуби яких мають невисокутвердість (350 НВ) явище обмеженого фарбування зазвичай не спостерігається. Раковини, що утворилися, швидко ростуть внаслідок крихкого руйнування їх країв.
У передачах, що працюють із значним зносом, вифарбовування не спостерігається, так як поверхневі шари зношуються раніше, ніж з'являються тріщини втоми.
Основні заходи запобігання фарбування:визначення розмірів з розрахунку на втому за контактною напругою; підвищення твердості матеріалу шляхом термообробки; підвищення ступеня точності та особливо за нормою контакту зубів.
Абразивний знос(рис. 8.12, б) є основною причиною виходу з ладу передач при поганий змаз - ^ б) в)
Ке. До таких передач - Рис 8 12
Носяться передусім відкриті передачі, і навіть закриті, але недостатньо захищені від забруднення абразивними частинками (пил, продукти зносу тощо. п.). Такі передачі можна зустріти в сільськогосподарських та транспортних машинах, гірничорудному устаткуванні, вантажопідйомних машинах тощо. У зношеної передачі збільшуються зазори в зачепленні, з'являється шум, зростають динамічні навантаження. У той самий час міцність зношеного зуба знижується внаслідок зменшення його поперечного перерізу. Все це може призвести до поломки зубів.
Розрахунок на знос утруднений тим, що інтенсивність зносу залежить багатьох випадкових чинників, насамперед від інтенсивності забруднення мастильного материала[18].
На практиці при розрахунку передач, у яких спостерігається зношування зубів, знижують допустимі контактні напруги, величина яких встановлюється на основі досвіду експлуатації подібних конструкцій.
Основні заходи попередження зносу- підвищення твердості поверхні зубів,захист від забруднення, застосування спеціальних олій.
Заїдання(рис. 8.12,в)спостерігається переважно у високо - навантажених та високошвидкісних передачах. У місці стикання зубів цих передач розвивається висока температура, що сприяє розриву масляної плівки та утворенню металевого контакту. Тут відбувається зварювання частинок металу з подальшим відривом їх від менш міцної поверхні. Нарости, що утворилися, задирають робочі поверхні зубів у напрямку ковзання. Кромковий удар (див. нижче) сприяє заїданню.
Заходи попередження заїданняті самі, що й проти зносу. Бажано фланкування зубів та інтенсивне охолодження. Еф ефективне застосування протизадирних масел з підвищеною в'язкістю та хімічно активними добавками. Правильним вибором сорту масла можна підняти допустиме навантаження по заїдання над допустимими навантаженнями за іншими критеріями.
Пластичні зрушенняспостерігаються у важконавантажених тихохідних зубчастих коліс, виконаних з м'якої сталі. При перевантаженні на м'якій поверхні зубів з'являються пластичні деформації з подальшим зсувом у напрямку ковзання (див. рис. 8.6). В результаті біля полюсної лінії зубів веденого колеса утворюється хребет, а у ведучого - відповідна канавка. Утворення хребта порушує правильність зачеплення та призводить до руйнування зубів. Пластичні зрушення можна усунути підвищенням твердості робочих поверхонь зубів.
Відшаровуваннятвердого поверхневого шару зубів, підданих поверхневому зміцненню (азотування, цементація, загартування ТВЧ тощо). Цей вид руйнування спостерігається при недостатньо високій якості термічної обробки, коли внутрішні напруги не зняті відпусткою або коли тендітна кірказубів немає під собою досить міцної серцевини. Відшарування сприяють перевантаження.
З усіх перерахованих видів руйнування поверхні зубів найбільше вивчено вифарбовування. Це дозволило виробити норми допустимих контактних напруг, що усувають вифарбовування протягом заданого терміну служби. Розрахунки по контактним напругам, що запобігають фарбування, набули широкого поширення.
Спеціальні методи розрахунку для попередження інших видів руйнування поверхні зубів або ще не розроблені (при пластичному зрушенні, відшаровуванні), або недостатньо розроблені (при зносі, заїданні), а тому тут не розглядаються. Оскільки згадані норми контактних напруг, що допускаються, перевіряють досвідом експлуатації передач, наближено можна вважати, що ці норми враховують крім викрашування та інші види пошкодження поверхні зубів. При цьому рекомендують виконувати зазначені вище заходи запобігання ушкодженням.
У сучасній методиці розрахунку з двох напругсні о> за основні в більшості випадків прийняті контактні напруги, так як в межах заданих габаритів коліс залишаються постійними, а о> можна зменшувати шляхом збільшення модуля.