6 0 Геометрия и кинематика эвольвентных зубчатых передач Геометрия эвольвентного зацепления

В процессе зацепления зубья касаются друг друга различными точками профиля (рис. 73). Так как эти точки лежат на нормали к профилям, которая одновременно является касательной к обеим основным окружностям, то совокупность точек касания (линия ) совпадает с общей для обеих основных окружностей касательной NN. Эта линия называется теоретической линией зацепления, а линия  длиной g_α является её активной частью, где располагаются все точки контакта зубьев. Угол , измеряемый между нормалью  NN  к  профилям  в полюсе зацепления Р и общей касательной к обеим начальным окружностям, называется углом зацепления. Таким образом:

61 Критерии работоспособности и расчета

Размеры зубчатых зацеплений определяют из расчетов на прочность. При этом исходные положения для всех типов зубчатых передач в общем одинаковы. Основными элементами, определяющими работоспособность передачи являются зубья колес.

При передаче вращающего момента T₁ в зацеплении двух прямозубых колес возникает сила нормального давления F_n, действующая вдоль линии зацепления NN. Перенося F_n по линии ее действия в точку на оси симметрии зуба и раскладывая ее на окружную силу F_t и радиальную F_r, получим: F_t = 2T₁/d₁ = F_ncosα, F_r = F_nsinα = F_ttgα.

Кроме того, так как перекатывание зубьев сопровождается скольжением одного профиля по другому, в зацеплении также возникает сила трения F_f = fF_n, где f - коэффициент трения.

Под действием сил F_n и F_f зуб находится в сложном напряженном состоянии. Основными напряжениями, определяющими работоспособность зацепления, являются контактные напряжения σ_H и напряжения изгиба σ_F. Для каждого зуба они изменяются во времени по некоторому пульсирующему циклу. Время действия σ_F за один оборот колеса равно продолжительности зацепления одного зуба. Контактные напряжения σ_H действуют еще меньшее время, равное продолжительности пребывания данной точки зуба в зацеплении.

Переменные напряжения и трение вызывают усталостное разрушение зубьев: поломки, вакрашивание, абразивный износ, заедание.

Выход зубьев из строя предупреждается технологическими и эксплуатационными мерами (повышение точности обработки и монтажа, рациональный выбор материалов и термообработки, подбор смазки и т.д.). Кроме того работоспособность передач зависит от правильного расчета и конструирования зубчатых колес.

Те или иные повреждения и разрушения характерны для определенных условий работы передач. Так, в закрытых передачах, работающих с обильной смазкой, основным видом повреждения является усталостное выкрашивание рабочих поверхностей от контактных напряжений, поэтому закрытые передачи расчитываются на контактную усталость и проверяются на изгиб. Открытые передачи, работающие без смазки и незащищенные от внешней среды, выходят из строя в результате абразивного износа, приводящего к излому зубьев. Поэтому основным критерием работоспособности открытых передач является прочность зубьев на изгиб.