Краткая характеристика условий работы зубчатых передач быстроходных гусеничных машин
В настоящее время большинство образцов гусеничных машин имеют планетарные механические или гидромеханические трансмиссии, основными элементами которых являются простые цилиндрические зубчатые пары и планетарные ряды. Применение планетарных передач позволяет снизить нагруженность валов и зубчатых колес за счет установки нескольких сателлитов, повысить КПД, при меньших габаритах реализовать большие передаточные отношения. Использование многоступенчатых планетарных трансмиссий сокращает время, необходимое на переключение передач, и облегчает автоматизацию процесса управления. Поэтому целесообразно основное внимание уделить изучению режимов смазки, определяющих несущую способность и долговечность простых цилиндрических прямозубых колес и зубчатых зацеплений планетарных рядов.
Условия работы зубчатых пар трансмиссий гусеничных машин характеризуется высокими контактными и изгибными напряжениями, большими скоростями качения и скольжения профилей зубьев. Диапазоны изменения указанных параметров находятся в пределах:
;
;
;
.
Объемные
температуры трансмиссионных масел в
зависимости от условий эксплуатации
машин меняются в пределах от 220 до 470 К,
а поверхностные температуры зубчатых
колес в зоне контакта могут достигать
значений, намного превышающих 500 К.
Приведенные радиусы кривизны профилей
зубьев, характеризующие геометрию
зацепления, находятся в интервале
,
а сами зубчатые колеса выполняются, как
правило, корригированными и имеют модули
5-9 мм. Зубчатые передачи гусеничных
машин часто подвергаются действию
больших динамических и ударных нагрузок,
работают в неблагоприятных условиях
теплоотвода при недостаточной смазке.
Для обеспечения требуемой долговечности зубчатые колеса обычно изготавливаются из высоколегированных сталей, таких, например, как 18Х2Н4МА, 18ХМЮА, 20Х2Н4А, 38ХС и др.; имеют степень точности не ниже 7-8-8 по ГОСТ 1643-56. Поверхности зубьев цементируются или подвергаются азотированию и термообработке до твердости 58-60 HRC. В некоторых случаях применяются дополнительные упрочняющие методы обработки.
В качестве смазочных материалов используются минеральные масла с многокомпонентными присадками МТ-16п, МТ-8п, ТБ-20 или синтетические смазки типа Б-3В. В последние годы все более широкое применение находят перспективные масла ТАД-17, ТАП-15, ТСЗП-8 и др. Указанные значения основных контактных параметров и характеристики материалов свидетельствуют от том, что зубчатые передачи гусеничных машин должны рассматриваться как тяжелонагруженные, причем несущая способность их может оказывать существенное влияние на долговечность трансмиссии в целом.
Основные виды разрушения поверхностей зубчатых колес
В настоящее время более 70% машин и механизмов выходит из строя вследствие изнашивания, под которым понимают все виды разрушения деталей машин из-за недостаточной смазки.
В нашей стране и за рубежом пока нет единой классификации повреждений зубчатых передач. При определении причин и характера разрушений применяется разная терминология. Однако можно выделить следующие основные виды повреждений, которые встречаются в практике эксплуатации и сокращают сроки службы трансмиссий:
излом и скол зубьев (разрушения, вызванные действием изгибных напряжений);
заедания (схватывание поверхностей, задир);
питтинг (усталостное выкрашивание поверхностей зубьев);
механический износ (абразивный, истирание и т.п.);
пластическая деформация поверхностного слоя зубьев;
химические виды износа (окислительный, от действия химически активных присадок в масле и др.).
Из перечисленных видов только первый практически не зависит от свойств смазочного материала. Он обусловливается недостаточной изгибной прочностью при действии пиковых нагрузок, превышающих пределы прочности материала (хрупкий излом и поломка зубьев), либо усталостными трещинами, возникающими у ножки зуба и вызванными циклическим характером действия изгибных напряжений (усталостный излом). Все остальные повреждения представляют собой различные виды износа и в значительной степени определяются характеристиками смазочного слоя, разделяющего контактирующие поверхности зубчатых колес. Исследования показывают, что для зубчатых колес гусеничных машин наиболее характерны усталостное выкрашивание, заедание и изнашивание поверхностей зубьев.
Заедание поверхностей – один из распространенных видов повреждений тяжелонагруженных быстроходных и среднескоростных зубчатых передач. Оно возникает обычно на ножке или головке зуба при разрушении несущего смазочного слоя, приводит к вырывам металла («холодному свариванию»), образованию наплывов и глубоких рисок в направлении скорости скольжения. Заедание зависит от давлений, скоростей скольжения профилей зубьев, температуры в зоне контакта и сорта смазки. Особо опасно то, что для заедания не требуется постепенное накапливание внутренних повреждений: при определенных условиях зубчатая пара быстро выходит из строя.
Усталостное выкрашивание (питтинг) появляется в результате повторного деформирования микрообъемов материала в поверхностных слоях зубчатых колес, которое приводит к возникновению и развитию трещин, а заканчивается отделением частиц материала. Причем наличие смазки в этом случае играет негативную роль, так как масло, попадающее в трещину, действует расклинивающе при повторном проходе скользящих или катящихся со скольжением контактирующих деталей. Характер протекания процесса выкрашивания определяется контактными напряжениями, числом циклов нагружения, поверхностной твердостью зубьев и состоянием смазочного слоя. Различают приработочное и прогрессивное выкрашивание. Для зубчатых передач гусеничных машин, имеющих высокую твердость рабочих поверхностей, характерно прогрессивное выкрашивание, которое начинается вблизи полюсной линии и распространяется к ножке и головке зуба.
Изнашивание является наименее изученными видом разрушения. В настоящее время еще не разработаны надежные методы расчета на износ. Это объясняется большой сложностью протекающих в контакте физико-химических процессов и многообразием факторов, определяющих трение и смазку зубчатых колес. Не останавливаясь на рассмотрении различных видов изнашивания, заметим, что на величину и характер протекания износа большое влияние оказывают режим работы передачи, процесс приработки зубьев, состояние контактирующих поверхностей и свойства смазочного материала.
Различные виды разрушений зубчатых колес не протекают изолированно друг от друга. На одном и том же участке поверхности могут развиваться два или несколько типов повреждений зубьев. Одновременно с выкрашиванием может появиться окислительный износ; абразивный износ часто сопровождается схватыванием. Но из всех наблюдающихся на данном участке зуба видов износа один всегда представляет наибольшую опасность и является определяющим.