Материалы зубчатых колес
ЛЕКЦИЯ 4
Виды разрушения зубьев
В процессе зацепления на зуб действует нагрузка, передаваемая зацепление, и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторно-переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей.
Трение в зацеплении вызывает износ и заедание зубьев.
Поломка зуба. Наиболее опасный вид разрушения для открытых передач. Излом возникает за счет переменных напряжений изгиба и перегрузки.
Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев - основной вид разрушения для закрытых передач. Возникает за счет повторно переменных контактных напряжений . Процесс разрушения начинается на ножке зуба в околополюстной зоне, где рзвивается наибольшая сила трения, способствующая пластичному течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазки. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, что приводит к быстрому износу и задиру зубьев.
Износ зубьев. По мере износа зуб утоньшается, ослабевает его ножка, что приводит к его поломке.
Заедание зубьев. Заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты задирают рабочие поверхности зубьев.
Материалы зубчатых колес
Стали являются основным материалом для зубчатых колес. Они подвергаются термической обработке. По твердости стали делятся на две группы:
Первая группа £ НВ350
Вторая группа > НВ350 (10НВ » 1НRC)
Высокая твердость рабочих поверхностей достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием.
Стальное литье применяется при изготовлении крупных зубчатых колес.
Чугуны применяются при изготовлении зубчатых колес тихоходных открытых передач.
Пластмассы применяются в быстроходных малонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами.
Допускаемые контактные напряжения
Для закрытых зубчатых передач основным, выполняемым в качестве проектного, является расчет на контактную прочность; расчет на изгиб выполняется как проверочный. Открытые передачи рассчитывают на изгиб.
Допускаемые контактные напряжения для расчетов на выносливость при длительной работе
(16.10)
, (16.11)
где ; - для базового числа циклов; - предел контактной выносливости поверхностей зубьев, определяются экспериментально.
Расчет прямозубых передач ведут по меньшему значению из полученных для шестерни и колеса.
Для косозубых передач рассчитывается осредненное контактное напряжение
(16.12)
где и - допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса. При этом не должно быть больше 1,23 .
Допускаемые напряжения изгиба
Допускаемые напряжения изгиба для расчетов на выносливость при длительной работе
, (16.13)
где - предел выносливости зубьев по излому от напряжений изгиба, соответствующий базовому числу циклов N. Экспериментальные данные приводятся в соответствующих таблицах; - требуемый коэффициент безопасности - верхнее значение для литых колес; при базовом числе циклов , т.е. для длительно работающих передач.
Расчетная нагрузка
Расчетная нагрузка определяется как:
, (17.3)
где - номинальная нагрузка; K - коэффициент нагрузки, определяемый как:
. (17.4)
Коэффициентам , , приписывается индекс H ( , , ) при расчете на контактную прочность и индекс F ( , , ) при расчете на изгибную прочность.
Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузки между зубьями. При прямозубой передаче .
Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузки по ширине венца зубчатого колеса. При постоянной передаваемой нагрузке неравномерность ее распределения можно полностью устранить, т. е. . В остальных случаях из таблиц.
Коэффициент учитывает действие динамических нагрузок в зацеплении.
В качестве средних значений принимают ; .