6 Вопрос

Основной причиной выхода из строя зубчатых колес является износ зубьев. В результате нарушается правильность зацепления, растет боковой зазор между зубьями, работа передачи при зацеплении сопровождается толчками, шумом. В результате может произойти заклинивание зубчатой передачи, что, возможно, приведет к поломке других деталей механизма.

В зубчатых колесах с цементированными зубьями цементированный слой составляет 1 мм, поэтому износ зуба не должен превышать 0,8 мм.

Предельный износ зубьев шестерен, у которых окружная скорость υ < 3 м/с, принимается равным Δ = (0,1–0,24) · m, мм.

Для зубчатых колес, работающих с окружной скоростью υ > 3 м/с, износ принимают равным Δ = (3–10)% толщины зуба, где m – модуль нормальных зубчатых колес, мм,

m = , (24)

где d – диаметр начальной окружности зубчатого колеса, мм;

z – число зубьев на колесе.

Износ зуба зубчатого колеса определяется по выражению:

Δ = , (25)

где с – коэффициент изнашивания зуба, зависящий от материала зуба и состояния поверхности трения, м³/(кВт·ч) (принимается по справочнику), с = 11–92;

Т – продолжительность работы передачи, ч;

N_тр – мощность, затрачиваемая на трение, кВт;

F – площадь рабочей поверхности всех зубьев, м².

Из выражения (25) определим продолжительность работы передачи, т.е. срок службы:

Т = . (26)

Для зубчатых колес горных машин обычно принимают Δ = (0,1–0,24) · m либо по уже указанным выше параметрам.

Полная рабочая поверхность всех зубьев одного цилиндрического зубчатого колеса равна:

F = 2 · h_a · b · z, мм² , (27)

где h_а – высота головки зуба, мм;

b – ширина зуба, мм.

Из теории машин и механизмов известно, что:

N_тр = · , кВт, (28)

где f – коэффициент трения, зависящий от материала, условий смазки, чистоты рабочей поверхности (чугун по чугуну без смазки f равен 0,18; чугун по чугуну со смазкой f – 0,1–0,13; для стали со смазкой f – 0,03–0,05);

N – средняя мощность, передаваемая зубчатым колесом, кВт;

α – угол зацепления, град;

z₁ и z₂ – число зубьев колес, входящих в зацепление (плюс берется при внешнем зацеплении, минус – при внутреннем).

С учетом выражений (24)–(28) срок службы зубчатых колес равен:

Т = , ч. (29)

Так как d = m · z, то:

Т = , ч. (30)

Расчеты показывают, что срок службы зубчатых колес повышается с увеличением их размеров (диаметра и ширины зуба) и уменьшается с увеличением коэффициента трения и передаваемой мощности.

7 Вопрос

Изнашивание происходит при некачественной или недостаточной смазке, во время перегрузок, применения горючего низкого качества, а в поршневых компрессорах – при попадании в цилиндр пыли вместе с засасываемым воздухом. Износ поршней и цилиндров носит следующий характер (рис. 3).

Интенсивное изнашивание наблюдается как по длине цилиндра и колец поршня, так и по их окружности.

В результате газа или сжатого воздуха поршень перемещается вниз и одновременно оказывает большее давление на правую часть цилиндра вследствие работы коленно-шатунной системы. Поэтому в этот период правая сторона изнашивается больше. И, наоборот, при движении поршня вверх он оказывает большее давление на левую сторону цилиндра. В результате цилиндр и кольца становятся овальными. В этот зазор проникают отработанные газы (либо сжатый воздух из компрессора) в картер, ухудшая качество смазочного масла.

Рисунок 3 – Характер износа поршневой группы: Δ_н – нормальный зазор; Δ_пр – предельно допустимый зазор

Допускаемый износ цилиндра на практике вычисляют по формуле:

Δ = f · D , мм, (31)

где f – коэффициент изнашивания (f = 0,002–0,003 – для определения допустимого износа по окружности; f = 0,001–0,002 – для определения предельной овальности цилиндра; f = 0,001 – для определения предельной конусности).

В процессе работы также изнашиваются канавки в поршне, стенки поршня, появляются трещины в поршне. Наибольшему изнашиванию подвергаются крайние кольца. В результате этого между кольцами и цилиндром образуется зазор. Нормальный зазор определяется по формуле:

Δ_н = α · π · D · t , мм, (32)

где α – коэффициент линейного расширения материала;

D – диаметр цилиндра, мм;

t – рабочая температура, ºС.

Обычно α = 0,0001, t = 100–200 ºС, тогда:

Δ_н = (0,003–0,004) · D , мм. (33)

Видно, что величина нормального зазора между поршнем и цилиндром в основном зависит от диаметра цилиндра.