Критерии работоспособности зубчатых передач

Поломка зуба (выламывание углов или целого зуба у основания) – один из более опасных видов разрушения передач.

Поломка зубьев характерна для открытых передач и передач с высокой твердостью материалов колес.

Выкрашивание – характерный вид разрушения поверхностей зубьев при хорошей смазке. Выкрашивание начинается вблизи полюсной линии (зона однопарного зацепления), где скольжение и перекатывание профилей направлены таким образом, что масло запрессовывается в усталостные микротрещины и способствует выкрашиванию частиц металла. При этом нарушаются условия образования сплошной масляной пленки и появляется металлический контакт с последующим быстрым износом или задиром поверхностей.

Выкрашивание наблюдается преимущественно в закрытых передачах вследствие переменных контактных напряжений.

Износ зубьев – причина выхода из строя преимущественно открытых передач, недостаточно защищенных от попадания абразивных частиц: пыли, продуктов износа и др. Искажение профиля в результате износа приводит к увеличению динамических нагрузок, зазоров в зацеплении, уменьшению поперечного сечения зубьев и, следовательно, к увеличению напряжений изгиба и, как правило, к поломке зуба.

Заедание наблюдается в высоконагруженных передачах и является следствием разрыва масляной пленки из-за высоких контактных давлений. Оно проявляется в образовании молекулярного сцепления частиц поверхностных слоев металла и последующего разрушения этих связей в процессе скольжения зубьев, что приводит к повреждению рабочих поверхностей.

Для предупреждения заедания эффективно охлаждение смазки, применение противозадирных масел с повышенной вязкостью и химически активными добавками.

Пластический сдвиг наблюдается у тяжелонагруженных тихоходных зубчатых колес, выполненных из мягкой стали. Вследствие сил трения на поверхности зубьев появляются пластические деформации с последующим сдвигом частиц материала в направлении скольжения, что приводит к образованию хребта вблизи полюсной линии у зубьев ведомого колеса и канавки у зубьев ведущего. Это нарушает правильность зацепления и приводит к разрушению зубьев. Пластический сдвиг можно устранить повышением твердости рабочих поверхностей зубьев.

Основными критериями работоспособности зубчатых передач являются изгибная и контактная прочность. Расчеты по критерию износостойкости и заедания для передач общемашиностроительного применения не распространены, и их обеспечение достигается технологическими и конструктивными мероприятиями: увеличением твердости контактирующих поверхностей, защитой от попадания абразивных частиц в зону контакта, применением смазочных материалов с повышенной вязкостью и др.

Материалы зубчатых колес.

Стали в нормированном, улучшенном и закаленном состоянии. Ст40, 30ХГТ

Стальное литье 35Л, 45Л и т.д.

Чугунное литье СЧ30, СЧ50

Пластмассы

Порядок расчета зубчатых колес

Порядок расчета цилиндрической прямозубой передачи

1.1. Выбор материала зубчатых колес и определение допускаемого контактного напряжения

1.2. Определение межосевого расстояния из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев

1.3. Назначение модуля передачи

1.4. Определение чисел зубьев шестерни и колеса

1.5. Уточнение передаточного числа

1.6. Определение основных геометрических размеров шестерни и колеса, уточнение

Проверка зубьев на выносливость по контактным напряжениям

1.7. Определение коэффициентов концентрации и динамичности нагрузки

1.8. Определение расчетных контактных напряжений

1.9. Сопоставление расчетного и допускаемого напряжений