Силы, действующие в зацеплении шестерен

Рис. 33

а) прямозубые цилиндрические шестерни

Нормальная сила, действующая по линии зацепления, разлагается на две составляющие силы:

P = P_n cosa - окружное усилие;

R = P_n 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 P_n 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) A_ш = R_к = R sing_ш = P tga sing_ш - осевое усилие для шестерни или радиальное для колеса;

3) R_ш = A_к = R cosg_ш = P tga cosg_ш - радиальное усилие для шестерни или осевое для колеса;

- нормальное усилие;

Силы Р, A_ш, R_ш - для расчета валов и подшипников, cила Р_n - для расчета зубьев на прочность.

Здесь: d_э, Z_э - 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.