Виды повреждения зубчатых передач

Независимо от характера передаваемой нагрузки (постоянная или переменная) зубья колес всегда нагружаются переменными контактными и изгибными напряжениями.

Неточности изготовления зубчатых колес и деталей передач, а также неточности сборки, недостаточная жесткость деталей явля­ются причиной, вызывающей дополнительные нагрузки, шум, виб­рации, нарушение режима смазывания и нагревание. Возможны также перегрузки статического или ударного характера.

Указанные особенности работы зубчатых передач приводят к различным повреждениям зубьев, которые можно разделить на две группы.

1. Поломкизубьев. При статических или ударных перегрузках происходит излом зуба, причем характер его может быть различным. Например, при значительной концентрации на­грузки по ширине венца выламываются углы зубьев. Чаще наблюдаются поломки усталостного характера как результат длительного действия переменных напряжений в растянутой об­ласти переходной поверхности зуба, где зарождаются трещины усталости, вызывающие понижение изгибной прочности зуба.

Предупреждение статического излома включает: защиту пре­дохранительными муфтами, расчеты на прочность, увеличение т, положительные х, повышение точности изготовления и сборки и др. Предупреждение усталостного излома включает: расчеты на сопротивление усталости, понижение влияния технологических и конструктивных концентраторов напряжений, увеличение т и по­ложительных значений х, упрочнение переходной поверхности (тер­мообработка, пластическое деформирование), повышение точно­сти, применение продольной модификации зубьев, увеличение жесткости валов и опор.

2. Все многообразие повреждений активных поверхностей зубьев можно представить как изнашивание, наиболее характерные виды которого следующие.

Усталостноеизнашивание при многократ­ном деформированиимикрообъемовматериа­ла поверхностногослоя. Это изнашивание проявляется в виде выкрашивания, возникающего в местах появления трещин усталости, которые зарождаются вблизи полюсной линии на нож­ках зубьев, где нагрузка передается одной парой зубьев, скорости скольжения профилей малые, а поэтому силы трения большие. Эти силы способствуют раскрытию трещин усталости, в которые запрессовывается смазочный материал, оказывающий расклини­вающее действие и ускоряющий процесс отслаивания частичек металла. Поэтому усталостное изнашивание яв­ляется типовым видом разрушения зубьев колес закрытых обиль­но смазываемых передач. Различают выкрашиваниеограни­ченное(начальное) при твердости хотя бы одного из колес Н < 350 НВ и прогрессирующее при твердости колес Н >350 НВ. Ограниченноевыкрашивание возникает на поверхностях зубьев с концентрацией нагрузки. По мере приработки выкрашивание мо­жет прекратиться, концентрация нагрузки понизиться. Прогресси­рующеевыкрашивание - опасный вид разрушения активных по­верхностей зубьев. Хрупкие кромки образовавшихся лунок обла­мываются, и постепенно поражается вся рабочая поверхность но­жек зубьев.

В результате выкрашивания возрастают внутренние динамиче­ские нагрузки, вибрации, шум, ухудшаются условия смазывания, повышается температура, создаются условия для заедания и задиров.

Меры предупреждения: расчеты на контактную усталость ак­тивных поверхностей зубьев; повышение точности, главным обра­зом по нормам контакта зубьев;.повышение точности сборки и пр.

Абразивноеизнашивание.Это основной вид повреждения зубьев открытых и плохо смазываемых передач. Интенсивность изнашивания возрастает с увеличением контактных напряжений в зацеплении и удельного скольжения. В передачах, зубья колес которых подвержены абразивному изнашиванию, ус­талостное изнашивание не наблюдается, поскольку поверхностный слой изнашивается до возникновения трещин усталости. В резуль­тате изнашивания зубья утоньшаются, изгибная прочность их пони­жается, искажается профиль, увеличивается боковой зазор в зацеплении, возрастают динамические нагрузки и шум передачи, возникает опасность поломки зубьев.

Меры предупреждения: защита от попадания пыли и грязи; по­вышение твердости зубьев; применение специальных смазочных мате­риалов и смещения с целью уменьшения скольжения зубьев.

Изнашиваниепризаедании.С увеличениемнагрузкии скорости скольжения возможен разрыв масляной пленки, воз­никновение сухого контакта, повышение температуры до свароч­ной и, наконец, заедание. При скольжении зубьев происходит отрыв частиц металла одного зуба и образование наростов на парном зубе. Наросты образуют бороздки (задиры) на поверхности менее твердого зуба в направлении скорости скольжения.

Меры предупреждения: повышение твердости зубьев; примене­ние противозадирных смазочных материалов с поверхностно-ак­тивными присадками и их охлаждение; устранение кромочных уда­ров за счет повышения точности колес по основному шагу и при­менения профильной модификации (фланкирования).

Отслаиваниетвердогоповерхностного слоя. Этот вид повреждений наблюдается главным образом на зубьях колес, передающих большие и ударные нагрузки. Отслаи­вание происходит в случае некачественного выполнения техноло­гического процесса упрочнения: закалки ТВЧ, цементации, азоти­рования (резкий переход упрочненного слоя к основному и его неравномерность, наличие остаточных напряжений).

В ГОСТ 21354-87 предусматриваются расчеты на контактную усталость активных поверхностей зубьев и на сопротивление усталости зубьев при изгибе. Эти методы расчета обоснованы многими теорети­ческими и экспериментальными исследованиями. Методы расчета, предупреждающие другие виды повреждения зубьев, разработаны не­достаточно полно, поэтому в настоящем пособии не рассматриваются.