книги из ГПНТБ / Повышение несущей способности механического привода

ствие касания там, где теоретически оно имеется (см. стр. 37). Неравномерность увеличивается вследствие концентрации удель­ ных нагрузок к полюсу, вызванной . переменностью величины суммарной жесткости и влиянием (в первый период работы) лриработочного износа, зависящего от начальной чистоты по­ верхностей. Это приводит к возникновению на отдельных участ­ ках давлений существенно больших, чем в прямозубой передаче, обуславливающих возникновение выкрашивания. Однако при данном уровне нагрузки возникшее выкрашивание, а также приработочный износ и возможное пластическое деформирование вызовут разгрузку первоначально перегруженных зон и развитие выкрашивания прекратится и оно не возникнет при дальнейшем

косозубой передачи воспользоваться приведенными выше крите­ риями, то придется признать появившееся выкрашивание про­ грессивным и косозубую передачу — потерявшей ресурс работо­ способности.

Неприемлемы существующие критерии выкрашивания и для косозубых эвольвентных передач с высоким перепадом твердости (например, при НВ1—НВ2'> НВ1Щ. В этом случае [71; 87] в первый период работы удельные нагрузки на ножках колеса существенно превышают допустимые для них величины и возни­ кает выкрашивание, разгружающее их. При использовании полной несущей способности таких передач вся поверхность ножек усеяна мелкими раковинами выкрашивания и при этом передача может

Величина показателя степени т наклонного участка кривой усталости колеблется от 4 до 16. Такой разброс в величинах NH6 и т приводит к весьма существенным расхождениям & конечных результатах расчета при использовании различных методов.

При относительно небольших Ыэ (близких, например, к числу циклов, принимаемому за базовое) использование для расчетов кривых контактной усталости, базирующихся на существующих критериях выкрашивания, приводит к серьезным погрешностям, поскольку к моменту развития выкрашивания до состояния, принимаемого в соответствии с существующими данными за пре­ дельные, не наблюдается каких-либо отклонений от нормальной работы. Но при этом предполагается (не всегда справедливо),

20

что выкрашивание, развиваясь, выведет передачу из строй. Процесс-этот длителен и негативное влияние его может про­ явиться только при весьма продолжительной работе. Отсюда

с неоправданным занижением несущей способности. Отклонения от действительного результата увеличиваются с уменьшением N3. Это известно из опыта эксплуатации передач кратковременного действия.

к данным экспериментов и эксплуатации. Однако в этой области необходимы даль­

Слабо изучен вопрос о несущей способности открытых пере­ дач, в которых обычно наблюдается удаление поверхностных слоев в результате различных видов износа неусталостного ха­ рактера. Протекание этого процесса в зависимости от видов износа и их сочетаний, геометрии зацепления, кинематики и смазки очень мало изучено.

В этих передачах редко наблюдается выкрашивание и связано это с тем, что в результате неусталостных видов износа поверх­ ностные слои обычно снимаются еще до тога, как успевают в них развиться усталостные трещины. Возможно, что именно это обстоя­ тельство явилось причиной появления рекомендации [54], в соот­ ветствии с которыми допускаемые напряжения для открытых

тельно к реечной передаче судоподъемника Красноярской ГЭС, допускаемое напряжение составляет приблизительно 55% от допускаемого напряжения для закрытой передачи. Нетрудно

восьми. Это свидетельствует о необходимости осторожного под­ хода к проектированию открытых передач.

Ориентировочно можно рекомендовать их рассчитывать (при достаточной смазке и отсутствии интенсивного образивного из­ носа) по нормам, предназначенным для закрытых передач, если сравнительно невелико эквивалентное число циклов изменения напряжений, например не превышает 2-107 .

Эта рекомендация несмотря на ориентировочность может пре- _ дупредить или заметно уменьшить появление открытых передач с недопустимо низкой долговечностью.

В условиях малой интенсивности износа и допущения зна­ чительного уменьшения толщины зуба (например, на 25%

21

в середине высоты) нагрузки открытых передач при ограничен­ ных N могут быть выше, чем в закрытых.

Таким образом, в открытых передачах, а также в закрытых при малых и средних скоростях и резко изменяющихся нагрузках (а возможно и скоростях) наряду с разрушениями от развития трещин усталости возникают повреждения неусталостного харак­ тера, задерживающие во многих случаях возникновение опасных форм выкрашивания, но приводящих к непрерывному процессу утонения зубьев. Интенсивность последнего изучена только для отдельных частных случаев.

При современном состоянии этого вопроса долговечность вновь проектируемой передачи, подверженной неусталостным разру­ шениям, можно оценить в какой-то степени только на основании опыта эксплуатации аналогичных передач, работающих в усло­ виях, близких к тем, в которых будет работать проектируемая передача.

В некоторых методиках расчета, а также монографиях и статьях приводятся рекомендации, направленные к предупрежде­ нию опасного вида повреждения контактирующих поверхностей — заедания [39; 40; 41; 53; 54; 87; 90] . Конечные результаты различ­ ных предложений по этой проблеме расходятся, и об этом свиде­ тельствует значительное различие в учете влияние отдельных факторов. Так, в рекомендациях, базирующихся на применении формулы Блока [23; 71; 87 и др. ] , допускаемая величина удельной контактной нагрузки' w3AP, лимитируемой заеданием, прямо пропорциональна р„'1, в работе [40] — прямо пропорциональна

Рлп, а в рекомендациях [53; 54] величины гюзлр и р,т связаны

[152], это падение фиксируется до окружной скорости v я» 35 м/с. При дальнейшем повышении v наблюдается увеличение ш з д р .

Можно отметить, что сложность данного вопроса, связанная с большим числом трудно учитываемых факторов, является причиной ориентировочности рекомендаций и существенного рас­

22

полуширина площадки смятия равна bv Кривой т п р 1 представ­ лен закон изменения наибольших значений приведенных глу­ бинных касательных напряжений (стр. 102) в зависимости от расстояния г при действии нагрузки да,. Характеристика ассиметрии цикла этих напряжений равна • — 1 . При достижении неко­ торой определенной' для данного материала (при заданном N) величины, глубинные контактные напряжения могут вызвать развитие усталостных (глубинных) трещин. Если механические свойства в направлении оси г не изменяются (или изменения незначительны), то при значении ш,, близ­ ком к предельному, из условия развития поверх­ ностных усталостных тре­ щин, соответствующая ему

величина т п р ,m a x не вызы­ вает появление глубинных трещин. Теперь резко повысим сопротивление развитию поверхностных трещин (с помощью тер­ мического или химико-тер­ мического упрочнения по­ верхностного слоя тол­ щиной б у ) , сохранив неиз­ менными механические характеристики сердцеви­ ны. Увеличим удельную контактную нагрузку до значения wn, намного пре­ вышающего да,, но не вы­

зывающего появления усталостных трещин в поверхностных слоях. При этом полуширина площадки смятия будет Ьц, и изме­ нения максимальных приведенных касательных напряжений* показано кривой т п р ц , подобной кривой т п р , . Для любого луча, проведенного через начало координат, имеем

Легко заметить, что с увеличением да на глубине б у упрочнен­

23

Увеличение w, неопасное для поверхностных слоев (в зави­

симости от величины - ^ - j , может вызвать подслойные касательные

напряжения, превышающие предел выносливости и, следова­ тельно, приводящие к развитию подслойных усталостных трещин. Этот вид разрушения опаснее разрушения, вызываемого разви­ тием поверхностных трещин, так как связан с отслаиванием зна­ чительных участков поверхности и резким повышением w на сохранившихся участках. Это способствует не только ускорен­ ному дальнейшему развитию отслаивания, но и вызывает поломки зубьев.

С увеличением б у падает величина т п р у касательного напря­ жения под слоем (рис. 1.3) и уменьшается опасность подслойных разрушений.

Для предупреждения рассмотренного вида разрушения надо выполнить соответствующий расчет, основы которого даны в гл. 4.

Одним из важнейших условий повышения надежности зубча­ тых передач является правильный учет распределения удельных давлений w по длине контактной линии и среди линий контакта., которые теоретически должны одновременно участвовать в пере­ даче нагрузки (см. рис. 1.4). Этот вопрос имеет особенно важное значение для предупреждения поломок зубьев и глубинных раз­ рушений.

Остановимся кратко на распределении w по длине контактных линий косозубых передач для случая, когда можно пренебречь влиянием тех факторов, которые приводят к неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца, т. е. пере­ косами осей, деформациями зубчатых колес, отклонениями в на­ правлении зубьев, вызванные погрешностями, и т. д.

Наиболее характерным является закон распределения w, представленный кривой а (рис. 1.4). Если исходить только из переменности удельной жесткости, то в начальный период работы (т. е. до появления возможного в процессе работы перераспреде­ ления удельных нагрузок) коэффициент, характеризующий нерав­ номерность распределения нагрузки по длине контактной линии,

К°н$ = Ш т а х ^ 1,2 [65].'Но для многих передач распределение w,

характеризуемое кривой а, имеется только в начальный период работы. Примером являются передачи с высоким перепадом твердостей рабочих поверхностей зубьев. В этом случае используется повышенная (в сравнении с ножками) несущая способность го­ ловок зубьев колеса и отношения -—р удельных контактных

нагрузок н*а участках gn и gi (рис. 1.4) .обычно значительно пре­ вышает два и по данным [20; 89] при vx ^ 5 м/с может дости-

Ц

РисЛ1.4. Распределение удельных контактных нагрузок по длине контактной линии

25

В неприработанной передаче отношение величины напряже­ ния аНх в произвольной точке контактной линии к напряже­ нию аНп в полюсе зацепления определяется по формуле

Неизбежные и значительные перегрузки участков со сравни­ тельно малыми р п р являются причиной разрушения их (в резуль­ тате, например, адгезионных процессов или ограниченного выкра­ шивания с пластическим деформированием) с последующим перераспределением w. Перераспределение w может не возник­ нуть только в недогруженных передачах и в первую очередь при

процесса выкрашивания зубьев внеполюсного зацепления. На

26

Вработе [63] обосновывается возможность использования

тельно малыми г,.-В приведенном примере в конечной точке Ьъ

имеем — - — 2,14 и такая перегрузка вызывает износ участков

с малыми р п р . Величина выравнивающего износа зависит от мно­ гих факторов и обычно для передач из улучшенных сталей не превышает 15 мкм. Такой износ (или даже существенно больший) является обычным при выравнивании w даже в весьма точных передачах. Так, при погрешностях, допустимых для 6-й степени точности по ГОСТ 1643—56, неравномерность распределения w может характеризоваться в начальный период работы величиной

кой, найденной без учета отмеченной неравномерности (что, как правило, и имеет место в существующих методах расчета), то участки контактных линий несущих ш п ш х изнашиваются и даль­ нейшее повреждение их, как известно из опыта эксплуатации и экспериментов, может не наблюдаться при неограниченно боль­ шом числе N. Установка на подобный компенсирующий ограни­ ченный износ заложена в существующих методах при определе-

ш гпах

нии — — в связи с неравномерностью, вызванной перекосами осей и деформациями тела зубчатых колес. Во всех этих случаях повышенный износ там, где ан превышает некоторое определен­ ное значение. Это превышение может быть следствием неравно­ мерности распределения w или колебаний величины р п р в зоне зацепления.

Следует обратить внимание на существенное влияние вели­

контакта, можно правильно оценить несущую способность зоны gu во втором варианте и существенно завысить ее в первом варианте. Это завышение весьма значительно при высоком перепаде тЗер-

27

где kop —• коэффициент для косозубых передач с эвольвентным зацеплением (при невысоком перепаде твердостей рабочих поверх­ ностей зубьев шестерни и колеса); срн э —коэффициент, равный отношению допускаемых нагрузок, для зацеплений Новикова и эвольвентного.

К расчету зубьев на изгиб. Исходную зависимость для опре­ деления допускаемой величины нормального усилия между зубьями, положенную в основу расчетов на изгиб зубьев эвольвентных передач, можно представить в следующем виде:

(1.25)

где QF — некоторый постоянный коэффициент.

29