Вибір коефіцієнтів усунення з урахуванням якісних показників
Від вибору коефіцієнтів усунення багато в чому залежать геометрія та якісні показники зубчастої передачі. У кожному конкретному випадку коефіцієнти усунення слід призначати з урахуванням умов роботи зубчастої передачі.
Спроектувати зубчасту передачу з мінімальними габаритними розмірами, масою та необхідним ресурсом роботи можна лише в тому випадку, якщо будуть правильно враховані якісні показники; коефіцієнти питомого тиску, що визначають контактну міцність зубів передачі; коефіцієнти ковзання, що характеризують до певної міри абразивний знос; коефіцієнт перекриття, що показує тривалість та характер навантаження зубів і характеризує плавність роботи передачі. При цьому важливе значення мають габаритні розміри та маса спроектованої передачі.
Незалежно від послідовності розрахунку необхідно мати ясне уявлення про те, як впливають коефіцієнти зміщенняx1таx2на якісні показники. Враховуючи, що вплив коефіцієнта зміщеннях2на якісні показники незначно, залежно від навантаженості передачі приймають фіксовані значеннях2,рекомендовані в ГОСТ 16532-81, як близькі до оптимальних. На рис. 4 представлені графіки зміни якісних показників для передачі зz1 = 15, b = 0°таz2 = 22залежно від зміниx1приx2=const. З малюнка видно, що при збільшенні тількиx1: а) значенняea,sa1/mзменшуються повільно,Jp- дуже повільно; б)l1²зменшується швидко; в)l2²іsa2/mзбільшуються повільно.
Досягти того, щоб усі якісні показники одночасно були задовільними,важко. Коефіцієнт перекриття перебуває у прямому протиріччі з коефіцієнтами ковзання. Що добре для одного якісного показника, то погано для інших і навпаки.
Таким чином, вибір коефіцієнтів зміщення є нелегким завданням через суперечливість і різноманіття факторів, що враховуються. Тут, як і інших технічних завданнях, повне використання однієї переваги рідко можливе без втрати деяких інших. Тож у кожному даному випадку слід шукати компромісне рішення, ретельно зважуючи відносний вплив окремих чинників.
Однак, незважаючи на зазначені труднощі, необхідно враховувати загальні рекомендації щодо вибору коефіцієнтів усуненняx1таx2:1) проектована передача не повинна заклинювати; 2) коефіцієнт перекриття проектованої передами повинен бути більшим за допустимий (ea>[ea]); 3) зуби у проектованої передачі не повинні бути підрізані, і товщина їх на колі вершин повинна бути більшою за допустиму (sa>[sa]).
Значення коефіцієнтівx1іx2слід вибирати такими, щоб запобігти всім перерахованим явищам. Розрахункові коефіцієнти усунення повинні бути обрані так, щоб уникнути підрізування та загострення зубів. Відсутність підрізування забезпечується за найменшого, а відсутність загострення - за максимального значення коефіцієнта усунення; отже, має виконуватися нерівність
Значеннях1minвизначають за формулою (1.14), потім виводять на друк таблицю результатів розрахунку. Розрахунок максимального коефіцієнта зміщення у програмі не передбачено, його значення може бути отримано побудовою. Для цього на графіку (див. рис. 4) в залежності від хіміко-термічної обробки проводять лінію [sa/m] доперетину з кривою [sa1 / m].У точці їх перетину набувають значенняx1=x1max.Таким чином, виділяють безумовну зону "підрізання-загострення". При виборі оптимальної комбінації коефіцієнтів усунення всередині виділеної зони потрібно прагнути забезпечити найкращі умови, що запобігають різним видам пошкоджень у коліс передачі.
Основними видами пошкодження зубів коліс, що враховуються в методах розрахунку, є:
а) фарбування та відшаровування матеріалу на бічних поверхнях зубів, переважно в околицях миттєвої осі відносного обертання (полюса зачеплення), що викликається високими контактними напругами в поверхневому шарі зубів;
б) злам зубів у вершини у разі їх надмірного загострення або біля основи, де мають місце найбільші згинальні напруги;
в) стирання бічних поверхонь зубів (абразивний знос), що спостерігається більшою мірою в погано герметизованих передачах;
г) заїдання зубів, що виникає від розриву олійної плівки; виникненню заїдання сприяють високі контактні напруги та великі відносні швидкості та прискорення зубів.
Високою контактною напругою викликаються три види пошкоджень зубів: фарбування, відшаровування і заїдання. Щоб зменшити цю напругу геометричними засобами, необхідно збільшити наведений радіус кривизни евольвентних профілів зубів або, що те саме, зменшувати, по можливості, коефіцієнт питомого тискуJp. Це автоматично призведе до зменшення коефіцієнта ковзанняl1², що також необхідно для зменшення заїдання зубів. Таким чином, потрібно вибирати значенняx1>x1max. Однак така одностороння дія без урахування інших обставин може призвести донебажаного зменшення коефіцієнта перекриття.
Якщо проектування ведуть для передач і коліс 8-го або 9-го ступеня точності за ГОСТ 1643-81, то зменшенняeaне може викликати побоювання (якщо, звичайно,ea1) внаслідок того, що помилки зачеплення та деформації зубів під навантаженням перешкоджають спільній двопарній роботі зубів. Тому зменшення контактних напруг внаслідок збільшенняeaв межах 8-го і 9-го ступенів точності практично неможливе, і немає сенсу в такому випадку домагатися високих значеньea. Можна задовольнити значенняea= 1,05 . 1,20. Іншим має бути підхід для важко навантажених передач 6-го чи 7-го ступеня точності. Спільна робота двох пар зубів у них можлива, тому, щоб зменшити контактну напругу, слід прагнути збільшуватиea, щоб навантаження розподілялося на дві пари зубів на можливо більшій ділянці зачеплення.
Рекомендовані значення коефіцієнтів перекриття, відповідних ступеня точності передачі, наведені нижче:
за ГОСТ 1643-81
Допустиме значення коефіцієнта
перекриття :
Обмеження за коефіцієнтом перекриття може призвести до того, що значеннях1прийде вибирати з більш вузької області значень, якою буде область дозволених рішень по [ea]. При цьому слід прагнути отримати значення коефіцієнта питомого тиску в полюсіJpменше одиниці.
Щодо зламу, то він багато в чому залежить від товщини зуба на колі вершини. Для тяжко навантажених передач слід вибрати вид хімікотермічної обробки. Відносна товщина зубів на колі вершин може бути задана залежно відвиду хіміко-термічної обробки [sа /т]:
Нормалізація, покращення 0,20. 0,30
Цементація, азотування 0,30. 0,40
Загартування 0.40. 0,45
Для передач 6-го і 7-го ступенів точності, навпаки, внаслідок можливості отримати досить високі значенняeaгранична товщина зуба може бути зменшена до (0,15:0,.20)m, а передач середнього і малого навантаження до (0,1:0,15)m.
Явище стирання зубів має місце практично лише у відкритих або погано герметизованих передачах, між зубами яких попадає абразивний матеріал (наприклад, передачі тракторів та інших сільськогосподарських машин). Абразивне зношування, як показують дослідження, залежить, головним чином, від питомого тиску на зуби, а також від лінійної швидкості в полюсі зачеплення передачі. Чим більший питомий тиск і вища швидкість, тим більше знос. У меншій мірі, але все ж таки значний вплив на знос надає швидкість ковзання бічних поверхонь зубів, від якої залежать значення коефіцієнтів ковзанняl1²іl2².Згідно з рис. 4, зменшенняl1²в основному здійснюється за рахунок збільшення коефіцієнта зміщенняx1.
Для середньонавантажених передач можна спробувати зменшити знос підбором коефіцієнтів усунення. Для цього необхідно вибирати значенняx1таким, щоб отримати значенняl1²іl2²або рівними або такими, щоб найбільші значення коефіцієнтів ковзання були пропорційні значенням твердості матеріалу зубців коліс :
Усі важливі становища, висловлені вище, щодо вибору коефіцієнтів усунення, залишаються у силі й у косозубих передач. Функціональні залежності якісних показників зачеплення від зміни коефіцієнтів зміщення x1t іx2tзберігають той самий загальний характер. Поняття має формальний характер, воно систематизує техніку геометричних розрахунків.
Крім описаної навчальної методики існує кілька інших систем вибору коефіцієнтів зміщення (наприклад, рекомендації ISО, ГОСТ 16532-81 та ін). Область можливих розрахункових коефіцієнтів зміщення може бути представлена у вигляді відповідних контурів, побудованих для конкретних зубчастих передач з числами зубівz1іz2.Приклади блокуючих контурів та рекомендацій щодо їх використання наведені у додатку 3 ГОСТ 16532-81. Рекомендації щодо вибору коефіцієнтів зміщення містяться також у [1-3, 5].