Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач

в процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторнопеременные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей. Трение в зацеплении вызывает изнашивание и заедание зубьев.

Рис. 3.14 Виды разрушения зубьев

Поломки зубьев. Это наиболее опасный вид разрушения. Излом зубьев является следствием возникающих в зубьях повторно-переменных напряжений изгиба и перегрузки. Усталостные трещины (см. рис. 3.3) образуются у основании зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные, особенно косые, обламываются по косому сечению (рис. 3.14, а). Усталостную поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба σF, применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев.Основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений σн. Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения, способствующая пластическому течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, который запрессовывается в трещины зубьев при зацеплении. Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц поверхности, образованию вначале мелких ямок (3.14,б), переходящих далее в раковины. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, температура.

При твердости поверхностей зубьев Н<350 НВ может наблюдаться ограниченное выкрашивание, возникающее лишь на участках с концентрацией напряжений. После приработки зубьев такое выкрашивание прекратиться.

Прогрессирующее выкрашивание возникает при твердости поверхности зубьев Н>350 НВ, оно постепенно поражает рабочую поверхность ножек зубьев.

Усталостное выкрашивание зубьев предупреждают расчетом на точность по контактным напряжениям, повышением твердости поверхности зубьев, применением коррекции, повышением степени точности, правильным выбором сорта масла.

В открытых передачах выкрашивания не наблюдается. Так как изнашивание поверхности зубьев опережает развитие усталостных трещин.

Изнашивание зубьев. Основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб утоняется (рис. 3.14,в), ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что в конечном счете приводит к поломке зубьев. Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем коррекции.

Заедание зубьев(см.2.3). Заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности других зубьев, бороздя их в направлении скольжения (рис. 3.14,г). Заедание зубьев предупреждают повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением коррекции, правильным подбором противозадирных масел.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные достоинства и недостатки зубчатых передач по сравнению с другими передачами?

2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?

3. В чем сущность основной теоремы зацепления?

4. Что такое эвольвента окружности и какими свойствами она обладает?

5. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?

6. Что называется полюсом зацепления, линией зацепления и углом зацепления?

7. Как определить на линии зацепления точки, соответствующие началу и концу зацепления одной пары зубьев?

8. Каков стандартный исходный профиль рейки эвольвентного зацепления?

9. В чем сущность нарезания зубьев методом копирования и методом обкатки? Их сравнительная характеристика.

10. Какие окружности зубчатых передач называют начальными и какие окружности зубчатых колес называют делительными? В каких зубчатых передачах они совпадают?

11. Что называется шагом и модулем зубчатого зацепления?

12. Что следует понимать под коэффициентом торцового перекрытия? Как влияет его величина на работу зубчатой передачи?

13. Каково влияние числа зубьев на их форму и прочность?

14. Когда возникает подрезание зубьев при нарезании их инструментом реечного типа?

15. Что следует понимать под зубчатым зацеплением со смещением (корригированным) и для чего оно применяется?

16. Какие применяют два типа передач со смещением и как оно осуществляется?

17. Какие факторы влияют на выбор степени точности изготовления зубчатых колес? Какие степени точности применяют в передачах общего машиностроения?

18. С какой целью производят смазывание зубчатых передач?

19. В чем сущность картерного смазывания зубчатых передач?

20. Назовите основные факторы, влияющие на к.п.д. зубчатой передачи.

21. Какие материалы применяются для изготовления зубчатых колес?

22. Почему все остальные зубчатые колеса в зависимости от твердости зубьев делятся на две группы?

23. В чем сущность усталостной поломки зубьев? Меры по предупреждению поломки.

24. Почему в закрытых передачах усталостное выкрашивание является основным видом разрушения поверхности зубьев? Меры по предупреждению выкрашивания.

25. Почему заедание преимущественно наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных передачах, в чем его сущность? Меры по предупреждению заедания.

26. Как проявляется износ зубьев на работе передачи? Причины повышенного износа и меры его предупреждения.

27. Что влияет на величину допускаемых контактных напряжений для расчетов на прочность зубьев при длительной работе?

28. Как определяется среднее допускаемое контактное напряжение для расчетов на прочность передач с непрямыми зубьями при разности средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса Н≥70НВ и средней твердости рабочих поверхностей зубьев колеса Н<350НВ?