Характер и причины отказов деталей волновых передач

1. Разрушение гибкого колеса вследствие появления усталост­ных трещин во впадинах зубьев. Колесо подвержено воздействию знакопеременных напряжений изгиба.

2. Разрушение подшипников генератора волн вследствие дей­ствия сил в зацеплении и сопротивления гибкого колеса деформиро­ванию.

3. Проскок генератора волн (вращение вала генератора при невращающемся выходном вале) вследствие больших упругих де­формаций генератора волн и жесткого колеса при передаче больших вращающих моментов.

4. Износ зубьев. Незначительное изнашивание зубьев обуслов­лено перекосом гибкого колеса, деформируемого с одного торца; прогрессирующее изнашивание - скольжением зубьев при вхожде­нии в зацепление.

Материалом для гибких колес служат стали марок 30ХГСА, 40X13, 40ХНМА. Для волновых редукторов общего назначения ча­ще других применяют сталь 30ХГСА с термообработкой улучшение (280 ... 320 НВ), а зубчатый венец подвергают дробеструйному наклепу или азотированию (σ_в = 1100 МПа; σ_-1 = 480...500 МПа). Термической обработке подвергают заготовку в виде толстой трубы. Азотирование и наклеп зубчатого венца выполняют после механи­ческой обработки и нарезания зубьев.

Жесткое колесо волновых передач по конструкции подобно ко­лесам с внутренними зубьями обычных и планетарных передач. Ха­рактеризуется менее высоким напряженным состоянием, чем гибкое колесо. Изготовляют из обычных конструкционных сталей, напри­мер, марок 45 или 40Х.

ЗАЦЕПЛЕНИЯ НОВИКОВА

Итак, основной недостаток зубчатых передач с эвольвентным профилем (цилиндрических, конических, планетарных, волновых) – высокие контактные напряжения в зубьях. Они велики потому, что контактируют два зуба с выпуклыми профилями. При этом площадка контакта очень мала, а контактные напряжения соответственно высоки. Это обстоятельство сильно ограничивает "несущую способность" передач, т.е. не позволяет передавать большие вращающие моменты.

Рис.101. Зацепление Новикова

Решая проблемы проектирования тяжёлых тихоходных машин, таких как трактора и танки, М.Л. Новиков в 1954 году разработал зацепления, в которых выпуклые зубья шестерни зацепляются с вогнутыми зубьями колеса.

К тому же выпуклый и вогнутый профили (обычно круговые) имеют близкие по абсолютной величине радиусы кривизны. За счёт этого получается большая площадка контакта, контактные напряжения уменьшаются и появляется возможность передавать примерно в 1,4 ¸ 1,8 раза большие вращающие моменты.

К сожалению, при этом приходится пожертвовать основным достоинством эвольвентных зацеплений – качением профилей зубьев друг по другу и соответственно получить высокое трение в зубьях. Однако для тихоходных машин это не так важно.

Рабочие боковые поверхности зубьев представляют собой круговинтовые поверхности, поэтому передачи можно называть круговинтовыми. В дальнейшем был разработан вариант передачи с двумя линиями зацепления.

В ней зубья каждого колеса имеют вогнутые ножки и выпуклые головки. Передачи с двумя линиями зацепления обладают большей несущей способностью, менее чувствительны к смещению осей, работают с меньшим шумом и более технологичны. Эти передачи успешно применяются при малых числах зубьев (Z₁ < 10) и дают достаточную жёсткость шестерён при их большой относительной ширине.

Зацепления Новикова в редукторах применяют вместо перехода на колёса с твёрдыми поверхностями.

КОЛЁСА С ОДНОЙ ЛИНИЕЙ ЗАЦЕПЛЕНИЯ С ДВУМЯ ЛИНИЯМИ ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Расчёт передач Новикова на контактную прочность проводят на основе формулы Герца-Беляева, учитывая экспериментально установленный факт, что несущая способность передач при прочих равных условиях обратно пропорциональна синусу угла наклона зубьев. Кроме того, в расчёте немного завышаются допускаемые напряжения.

Передачи бывают однопарные, применяемые в редукторах общего назначения и многопарные, получаемые за счёт увеличения осевого размера и применяемые в прокатных станах, редукторах турбин и т.п.

ЛЕКЦИЯ №16.