Лекция № 4. Это основной вид разрушения открытых передач и передач, работающих в среде образива

Изнашивание зубьев.

Это основной вид разрушения открытых передач и передач, работающих в среде образива. При изнашивании происходит изменение (утонение) профиля зубьев.

Заедание – перенос материала одного зуба на другой. Заедание является результатом разрушения смазочной плёнки, местного повышения температуры в зоне контакта, вырывания материала из одного зуба и переноса на другой.

Материалы для изготовления зубчатых колёс.

Для изготовления зубчатых колёс применяют стали, чугуны, пластмассы. Используют термически обрабатываемые стали (без термообработки легированные стали не используют, так как их механические свойства в сыром виде соответствуют механическим свойствам малоуглеродистых сталей низкого качества).

1-я группа – колёса с твёрдостью поверхности зуба < 350 НВ. Сталь с такой твёрдостью хорошо прирабатывается, не разрушается хрупко и применяется для слабо- и средненагруженных передач. Термообработка (улучшение) выполняется до нарезания зуба.

Углеродистые стали: 40; 45; 50Г.

Легированные стали: 40Х; 45Х; 40ХН.

Шестерня имеет твёрдость на 25 ÷ 50 НВ больше, чем твёрдость колеса. Это делается для предотвращения заеданий.

2-я группа – колёса, у которых твёрдость > 45 НRC(> 350 НВ).

Основной признак – высокая твёрдость поверхностного слоя и вязкая сердцевина зуба.

Этого можно достичь поверхностной закалкой (толщина слоя ≈ 2 мм) → для этого используют Сталь 45; 40Х; 40ХН; 35ХМ; → это условие может быть обеспечено за счёт использования цементации, азотирования и цианирования.

Цементация – процесс насыщения поверхности детали углеродом и последующей закалки.

Для цементации используются низкоуглеродистые стали: 20Х; 12ХНЗА; 18ХГТ.

Азотирование – процесс насыщения поверхности детали азотом. Основное преимущество – меньшее коробление деталей.

Эти передачи не прирабатываются, зубья нарезают до термообработки, потом следует отделка поверхности зуба (шлифование). Разность твёрдостей колеса и шестерни не требуется. Несущая способность по контактной прочности тем больше, чем выше твёрдость поверхности зуба.

Стальное литьё.

Для изготовления крупных колёс с d > 500 мм применяют стали

35Л … 55Л.

Термообработка – нормализация.

Чугуны → изготовление тихоходных открытых передач (СЧ20 … СЧ35). Эти передачи хорошо прирабатываются, плохо работают на изгиб.

Пластмассы → текстолит, капрон (применяются в основном в кинематических передачах).

Расчётная нагрузка.

При работе в зубчатых передачах возникают дополнительные нагрузки, связанные с условиями нагружения, точностью изготовления и жёсткостью валов и опор. В расчёте это учитывается умножением номинальной нагрузки на коэффициент нагрузки К: F_ном ∙ К; М_ном ∙ К.

Условие прочности в общем виде имеет вид:

σ_расч ≤ [σ];

σ_расч = f(F...М, К).

При расчёте контактных напряжений используется индекс Н, а напряжений изгиба – F.

Величина коэффициента нагрузки К: К_Н = К_А ∙ К_НВ ∙ К_НV ∙ К_Нα, где

К_А – коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку;

К_НВ – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по длине контактной линии (1,1 ÷ 1,5);

К_НV – коэффициент, учитывающий внутреннюю динамику нагружения и зависящий от оценки точности изготовления передачи (1,1 ÷ 1,6);

К_Нα – коэффициент, характеризующий распределение нагрузки между зубьями (1,0 ÷ 1,6).

Для хорошо смазываемых зубчатых передач, работающих в закрытом корпусе, основными критериями работоспособности являются:

1) контактная прочность;

2) прочность при изгибе.

Контактная прочность – способность контактирующих поверхностей зубьев обеспечить требуемую безопасность против прогрессирующего усталостного выкрашивания. Размеры закрытой передачи определяются, исходя из расчёта на контактную прочность, а расчёт зубьев на изгиб является проверочным (его часто выполняют с целью определения возможности уменьшения величины модуля). Открытые передачи рассчитывают на контактную прочность с последующей проверкой работы на изгиб изношенного зуба.

Допускаемые напряжения.

Допускаемое контактное напряжение:

[σ]_н = (σ_Нlim ∙ Z_H ∙ Z_R ∙ Z_V) / [S]_н, где

σ_Нlim – предел контактной выносливости, который зависит от материала и от средней твёрдости поверхности зуба (значения получают экспериментально);

Z_H – коэффициент долговечности →

→ 2,6 – для однородного материала;

1,8 – для поверхностно-упрочнённого материала;

Z_R – коэффициент, учитывающий шероховатость сопряжённых поверхностей;

Z_V – коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости;

[S]_н – коэффициент запаса прочности →

→ 1,1 – для однородного материала;

1,2 – для поверхностно-упрочнённого материала.