Зубчатые передачи. Виды повреждений зубьев зубчатых колес

Принцип действия и классификация зубчатых передач рассмотрены в курсе ТММ. В курсе «Детали машин» изучают методы расчета зубчатых передач на прочность и долговечность.

Основные достоинства зубчатых передач:

- высокая нагрузочная способность;

- надежность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок;

- большая долговечность;

- постоянство передаточного отношения;

- высокий к.п.д.

Среди недостатков можно отметить:

- повышенные требования к точности изготовления;

- шум при высоких скоростях;

- высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.

Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими видами передач, что предопределяет их широкое применение в технике.

При передаче вращающего момента зубья находятся в сложном напряженном состоянии. Причем эти напряжения являются переменными. Поэтому зубья могут выходить из строя в результате усталостного разрушения:

- излома зубьев от напряжений изгиба;

- выкрашивания рабочих поверхностей зубьев от контактных напряжений.

 

 

Поломка зубьев является наиболее опасным видом разрушения. Выходит из строя колесо, а обломки зуба, попадая между вращающимися деталями, могут привести к выходу из строя валов, подшипников и других деталей. Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками или длительной переменной нагрузкой, под действием которой в зонах концентрации напряжений образуется и развивается усталостная трещина. Для предупреждения поломки зубьев их рассчитывают на изгибную прочность (выносливость).

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства хорошо смазываемых и защищенных от загрязнений зубчатых колес. Выкрашивание или отрыв от рабочей поверхности зубьев мелких частиц металла приводит к образованию ямок, раковин. Выкрашивание носит усталостный характер. В результате зацепления зубьев контактные напряжения в каждой точке рабочей поверхности зубьев изменяются по отнулевому циклу. Усталостные трещины обычно зарождаются у поверхности, где возникает концентрация напряжений из-за микронеровностей. Для предупреждения усталостного выкрашивания зубчатую передачу рассчитывают на контактную выносливость.

Ступенчатое регулирование выполняют в коробках скоростей с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т.п. Бесступенчатое регулирование - с помощью фрикционных или цепных вариаторов. Механические передачи ступенчатого регулирования с зубчатыми колесами обладают высокой работоспособностью и поэтому широко применяются в машиностроении. Механические передачи бесступенчатого регулирования обладают меньшей нагрузочной способностью и имеют меньшее распространение. Конкурентами этих передач являются гидравлические передачи, которые позволяют передавать большие мощности и иметь сравнительно простую систему автоматического регулирования.

Лекция 12

Усилия в зацеплении прямозубых цилиндрических колес и расчетная

Нагрузка

Силы взаимодействия между зубьями принято определять в полюсе зацепления. Распределенную по контактной линии нагрузку в зацеплении заменяют равнодействующей F_n, которая направлена по линии зацепления. Силами трения пренебрегают, т.к. они малы. Для удобства при расчетах равнодействующую силу раскладывают на составляющие:

- в цилиндрических прямозубых (рисунок 28а) и шевронных (рисунок 28б) передачах на окружную силу F_t и радиальную силу F_r;

- в косозубой (рисунок 28в) передаче на окружную, радиальную и осевую F_a силы. Осевая сила F_a, дополнительно нагружающая опоры валов, является недостатком косозубых передач.

 

 

 

F_r=F_t∙tg∙α_w

 

 

а)

 

 

 

F_r=F_t∙tg∙α_w

 

 

б)

 

 

 

в)

 

 

Рисунок 28

 

В зубчатых передачах введено понятие удельной окружной силы

,

 

где b - ширина колеса.

При работе зубчатой передачи вследствие возможных неточностей изготовления и сборки, в зацеплении возникают дополнительные динамические нагрузки. Кроме того, деформация валов и зубчатых колес приводит к неравномерному распределению нагрузки по длине зуба, вызывая ее концентрацию. Поэтому при расчетах берут расчетную удельную нагрузку:

 

(контактная выносливость); (изгиб).

 

Здесь W_Ht, W_Ft - расчетная удельная окружная сила при расчетах передачи

на контактную выносливость и изгибную прочность;

K_Hβ, Kk_Fβ - коэффициенты концентрации нагрузки, учитывающие неравномерность распределения нагрузки по длине зуба;

K_Hv, K_Hv - коэффициенты, учитывающие наличие динамических нагрузок.