Лекция 3
Виды разрушения зубьев. Критерии расчета зубчатых передач
При передаче крутящего момента на зуб действует нормальная к поверхности эвольвенты сила Fn. В результате упругих деформаций зубьев между ними появляется площадка контакта, по которой распределены контактные напряжения σH (см. рис. 7). Индекс Н предписывается всем параметрам, связанным с контактными напряжениями. У основания зуба действуют напряжения изгиба σF. Индекс F предписывается всем параметрам, связанным с напряжениями изгиба. Напряжения σH и σF изменяются во времени по пульсирующему циклу (рис. 8). При входе зуба в зацепление напряжения действуют в течение времени t1. Повторное нагружение зуба произойдет после полного оборота зубчатого колеса, которому соответствует время t2.= t1 z (здесь z - число зубьев колеса).
Рис. 7. Напряжения в зубе
Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев – их поломки или выкрашивания рабочих поверхностей. Силы трения в зацеплении приводят к абразивному износу и заеданию зубьев.
Ниже более подробно рассмотрены основные виды разрушения зубьев.
Рис. 8. Характер приложения нагрузки
Поломка зуба. Наиболее опасный вид разрушения, приводящий не только к выходу из строя передачи, но часто и к разрушению других деталей приводного механизма (валов, подшипников). Различают поломки усталостного характера, связанные с действием переменных напряжений σF,
иполомки от перегрузок. В первом случае трещины усталости появляются у ножки зуба со стороны растянутых волокон. Основными причинами поломки от перегрузок являются: неравномерное распределение нагрузки по длине зуба, связанное с неточностями изготовления и деформациями зубьев, валов
иопорных устройств; абразивный износ, приводящий к ослаблению зуба в опасном сечении и дополнительным динамическим нагрузкам в зацеплении. При поломке зуба прямые короткие зубья выламываются полностью по сечению у основания зуба. Зубья шевронных и широких косозубых колес разрушаются по косому сечению. При усталостном разрушении на теле колеса остается вогнутая, а при поломке от перегрузки – выпуклая поверхность.
Для предупреждения усталостной поломки зуба его рассчитывают на выносливость по напряжениям изгиба. Повышению изгибной прочности зуба способствуют увеличение модуля и коэффициента смещения, повышение прочности материала колеса, повышение точности изготовления и монтажа передачи.
а |
б |
в |
Рис. 9. Виды разрушения зубьев
Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев.
Основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых хорошо смазываемых передач. Появляется в результате действия переменных контактных напряжений. Разрушение начинается на ножке зуба вблизи от полюса зацепления, где действует наибольшая нагрузка, соответствующая зоне однопарного зацепления. Развитие трещин приводит к выламыванию частиц материала с поверхности зуба и появлению небольших ямок (рис. 9, а), которые со временем разрастаются и сливаются в крупные раковины. При