Силы, действующие в зацеплении шестерен
Рис. 33
а) прямозубые цилиндрические шестерни
Нормальная сила, действующая по линии зацепления, разлагается на две составляющие силы:
P = Pn cosa - окружное усилие;
R = Pn sina - радиальное усилие;
На валы действуют те же силы, что и на зубья шестерен, и, кроме того, еще крутящий момент:
б) косозубые цилиндрические шестерни
Здесь, вследствие наклона зубьев к образующей, дополнительно возникает еще осевое усилие.
1) - окружное усилие;
2) - радиальное усилие;
3) - осевое усилие;
4) - нормальное усилие;
Силы P, R, A необходимо определить для расчета валов и подшипников, сила Pn необходима для расчета зубьев шестерен на прочность. Силу A можно уравновесить, применив сдвоенные косозубые шестерни с разнонаправленными спиралями зубьев или шевронные.
в) конические прямозубые шестерни
Рис. 34
1) - окружное усилие;
2) Aш = Rк = R singш = P tga singш - осевое усилие для шестерни или радиальное для колеса;
3) Rш = Aк = R cosgш = P tga cosgш - радиальное усилие для шестерни или осевое для колеса;
- нормальное усилие;
Силы Р, Aш, Rш - для расчета валов и подшипников, cила Рn - для расчета зубьев на прочность.
Здесь: dэ, Zэ - диаметры и числа зубьев эквивалентных цилиндрических колес.
Воображаемые эквивалентные цилиндрические колеса строятся в плоскости мгновенного зацепления основных конических колес так, что оси тех и других совпадают. Работают эти колеса точно так же, как и основные конические, поэтому такое построение удобно использовать для выяснения действующих сил и напряжений в конических колесах.
Дефекты шестерен
Закрытыми называются передачи, заключенные в пыленепроницаемый закрытый корпус, с организованной смазкой.
Открытыми называются передачи, не защищенные от пыли, с нерегулярной смазкой.
1) Износ поверхностей зубьев - очень значительный в открытых передачах и небольшой в закрытых. Меры борьбы с износом - повышение поверхностной твердости зубьев.
2) Питинг - поверхностное выкрашивание зубьев в зоне полосной линии. Возникает он вследствие усталости поверхностного слоя зубьев в результате высоких контактных напряжений. Питинг начинается с образования усталостных микротрещин, которые под влиянием циклических нагрузок постепенно развиваются, чему способствует высокое давление масла в зоне контакта зубьев. В открытых передачах питинг обычно не возникает, так как микротрещины изнашиваются раньше, чем успеют развиться.
Меры борьбы с питингом заключаются в повышении жесткости корпусов, валов и опор и точности их изготовления с целью увеличения площадок контакта зубьев.
3) Усталостная изгибная поломка зубьев.
Меры борьбы - увеличение модуля или улучшение качества материала и термообработки.
4) Задиры поверхностей зубьев могут иметь место в тихоходных сильно нагруженных передачах.
Меры борьбы - применение противозадирных смазок, содержащих животные жиры и графит.