Причины и виды выхода из строя зубчатых передач, критерии их работоспособности

На работоспособность решающее влияние оказывает напряжение изгиба σ_u, возникающее в поперечных сечениях зубьев и контактные напряжения σ_н, возникающие в поверхностных слоях зубьев. Напряжение изгиба σ_u является причиной поломок зубьев, а контактные напряжения σ_н, вызывают усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев.

Рис. 15.3. Изгибающие и контактные напряжения

Рис. 15.4. Виды износа зубьев: а) излом зуба по косому сечению; б) усталостное выкрашивание; в) уменьшение ширины зуба; г) заедание

Уменьшение ширины зуба (рис. 15.2, в) – наиболее характерная причина выхода из строя открытых передач или закрытых передач с плохими уплотнителями, работающих в абразивной среде.

Заедание зубьев (рис. 15.2, г) характеризуется в местном молекулярном сцеплении материала поверхностей контакта при отсутствии между ними смазочной плёнки.

Поломка и выкрашивание являются основными видами разрушений. А контактная прочность и прочность на изгиб зубьев в свою очередь являются главными критериями работоспособности зубчатой передачи.

4.2. -Цилиндрическая зубчатая передача с прямыми и косыми зубьями. Силы в зацеплениях. Распределение нагрузки в зубчатых зацеплениях. Концентрация нагрузки. Динамическая составляющая нагрузки. Учет переменности режима работы и срока службы. Расчетная нагрузка. Расчет на контактную прочность активных поверхностей зубьев цилиндрических передач. Расчет зубьев цилиндрических передач на прочность при изгибе

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.

Достоинства:

1. Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.

2. Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.

Недостатки:

1. При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;

2. Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Силы в зацеплении

Распределение нагрузки

Концентрация нагрузки и динамические нагрузки различно влияют на прочность по контактным и изгибным напряжениям. Соответственно различают K_H, K_Hβ, Kh _v при расчетах по контактным напряжениям и К_F, К_Fβ , К_{F v}—по напряжениям изгиба.

Коэффициент концентрации нагрузки K_H. Концентрация или неравномерность распределения нагрузки по длине зуба связана с деформацией валов, корпусов, опор и самих зубчатых колес, а также с погрешностями изготовления монтажа передачи.

Коэффициент динамической нагрузки K_V. Данный коэффициент учитывает погрешности в изготовлении зубьев колёс по шагу и профилю, которые явно непропорционально проявляются с увеличением частоты вращения колёс (окружной скорости).

Коэффициент распределения нагрузки между зубьями определяется в зависимости от степени точности ( ) изготовления зубчатых колес по нормам плавности. Он учитывает влияние ошибок окружного шага и направления зубьев на величину в ненагруженной передаче.

- для прямозубых передач;

- для косозубых передач.