Глава 11. Зубчатые передачи

Модуль зацепления в нормальном сечении зуба колеса при твердостизу бьев 350 НВ рекомендуется m 0,01...0,02 aw, при твердости 45 HRC принимают m 0,016...0,0315 aw и округляют до стандартного значения. Ширину зубчатых колес b выражают через коэффициент ширины зубчатого венца ba baw . Для зубчатых колес из улучшенных сталей твердостью < 350 HB рекомендуют принимать ba 0,315...0,5, для колес с твердостью > 350 HB —

ba 0,2...0,315. Передвижные прямозубые шестерни коробок ско-

ростей выполняют узкими ( ba 0,1...0,2). Для шевронных передач

ba 0,63...1,25. Стандартные значения ba для серийных редукто-

ров: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25.

Обычно принимают угол наклона зубьев косозубых колес8...20 . В тяжелых зубчатых передачах используют шевронные колеса, исключающие нагружение подшипников осевыми силами. Дляшевронных колес

Косозубые колеса применяют для ответственных передач при

чах, а также при необходимости осевого перемещения колес в коробкахпередач.

11.4. Точность зубчатых передач

Погрешности изготовления зубчатых колес приводят к повышению динамических нагрузок, вибрации, шуму передач. Нарушаются постоянство мгновенного передаточного отношения и согласованность угловыхско ростейведущего 1 и ведомого 2валов .

Точность зубчатых колес регламентируется ГОСТ 1643–81. Предусмотрены 12 степеней точности в порядке их убывания от 1 до 12. В машиностроении наиболее распространены степени точности в быстроходных передачах 5, 6, 7 (при окружной скорости на начальном диаметре V 10 м/с), в тихоходных — 8, 9. С повышением точности зубчатых колес существенно возрастают

погрешностью углов поворота сцепляющихся колес за один оборот колеса или шестерни. Существенно важна для делительных

218

11.4. Точность зубчатых передач

цепей в станках, для систем управления и в быстроходных силовых передачах ввиду опасности появления резонансных крутиль-

Значительно влияет на высокочастотную составляющую динамическойнагрузкибыстроходных передач.

3.Пятно контакта зубьев. Характеризует концентрацию нагрузки на зубьях, существенно влияет на работоспособность силовыхпередач .

4.Боковой зазор между неработающими поверхностями соседних зубьев, определяемый видом сопряжения. Предотвращает

заклинивание( в частности, при разогреве) и обеспечивает свободное вращение колес. Виды сопряжений для всех степеней точности: H, E, D, C, B, A (рис. 11.9). Сопряжения H, E с нулевым и ма-

управления и в точных приборах.

В общем машиностроении рекомендуют вид сопряжения В.

Глава 11. Зубчатые передачи

ности. Динамические нагрузки, вызванные ошибками зацепления, зависят от степени точности передачи и возрастают с повышением окружнойскорости (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Ориентировочныезначения предельныхокр ужных

11.5. Силы, действующие в зацеплении цилиндрическихпередач

При работе зубчатых передач возникают силы, которые необходимознать для расчета напрочность зубьев колес,а также валов и их опор. Силы определяют при максимальном статическом нагружении внешними силами без учета динамических нагрузок, вызванных ошибками изготовления и деформацией деталей. Эти факторы учитывают соответствующими коэффициентами при определении расчетной нагрузки на передачу. Силами трения пренебрегают вследствие их малого влияния. Силы в зацеплении определяют в полюсе зацепления П (рис. 11.10) в предположении, чтовся нагрузка передается однойпарой зу бьев.

Распределенную нагрузку по линии контакта зубьев заменим результирующим вектором Fn в нормальной плоскости к линии контакта( рис. 11.10, б). Вектор Fn раскладывают по осям координат в окружном (Ft), радиальном (Fr) и осевом( Fa) направлениях (рис. 11.10, а и в). На рис. 11.10, а представлены силы в торцовом сечениикосозубого колеса .

Окружную силу определяют через заданный вращающий моментнашестерне (Н · м):

11.5. Силы, действующие в зацеплении цилиндрических передач

Рис. 11.10. Силы, действующие в зацеплении цилиндрической зубчатой передачи:

a — силы в торцовой плоскости; б— сила в нормальной плоскости; в— определениеокружной и осевойсил ; г— силы в шевроннойпередаче

Радиальную Fr, осевую Fa и результирующую Fn силы находят

где t — уголзаце пления в торцовой плоскости, определяемый по

Глава 11. Зубчатые передачи

Fa 0, угол зацепления t 20 . У шевронной передачи осевые силы Fa уравновешиваются на колесе (рис. 11.10, г) и не передаютсяна подшипники.

11.6. Виды разрушения зубьев. Кработоспособностиитерии и расчетзубчатых передач

При передаче вращающего момента на линии контакта зубьев возникают контактные напряжения H , распределенные на некоторой площадке контакта. У основания зуба от действия силы Fn возникают напряжения изгиба F (рис. 11.11, а). Напряжения

Рис. 11.11. Напряжения, возникающие в зубьях (а), и характер их нагружения (б)

обоих видов изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу (на рис. 11.11, б показан характер изменения контактных напряжений). Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев — выкрашивания поверхностного слоя, поломки, изнашивания, заедания.

222

11.6. Виды разрушения зубьев. Критерии работоспособности…

Рис. 11.12. Виды разрушения зубьев:

a — выкрашивание; б — абразивноеизнашивание ; в — заедание и поломка зуба

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев (рис . 11.12, а) является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства хорошо смазываемых и защищенных от загрязнения зубчатых колес. Выкрашивание заключается в отслоении с поверхности материала в форме чешуек и появлении на рабочих поверхностях небольших углублений, напоминающих оспинки (раковины). Выкрашивание начинается на ножках зубьев вблизи полюсной линии. Затем оно распространяется на всю поверхность ножек. Выкрашивание носит усталостный характер, так как в процессе зацепления зубьев при вращении колес контактные напряженияв каждой точке рабочей поверхностизубьев переменны .

Усталостные трещины обычно зарождаются на поверхности в результате концентрации напряжений, вызванной микронеровностями. В отдельных случаях трещины могут зарождаться под поверхностьюзуба . При увеличении твердости поверхности зуба влияние глубинных напряжений возрастает. Переменные напряжения подпо верхностьюзуба поверхно стно упрочненныхколес зуба могут вызывать отслаивание материала с поверхности. В передачах, работающих со значительным износом (открытые передачи и при наличии абразивного материала на поверхности зубьев), выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностные слои истираются раньше, чем в них появляются усталостные трещины. Для предотвращения усталостного выкрашивания зубья рассчитывают на контактнуювыносливость рабочихповерхн остей.

223

Глава 11. Зубчатые передачи

Поломка зубьев — наиболее опасный вид разрушения, приводящий к выходу из строя передачи и часто к повреждению других деталей( валов, подшипников). Зубья могут сломаться вследствие усталости материала в результате действия многократно повторяющихся рабочих нагрузок или от больших однократных перегрузокударн огохарактера.

Усталостные трещины образуются у основания зубьев на стороне растянутых волокон . Зубья шевронных и широких косозубых колес обычно выламываются по косому сечению под углом наклона зубьев. Для предотвращения поломок зубья рассчитывают на изгиб, в результате расчетаопределяют размеры зуба.

Абразивное изнашивание (рис . 11.12, б) является основной причиной выхода из строя открытых передач и части закрытых передач машин с некачественными уплотнениями, работающих в среде, засоренной абразивами( горные, дорожные, строительные, сельскохозяйственные, транспортныемашины).

Заеданиезубьев (рис. 11,12, в) возникает в результате местного молекулярного сцепления контактирующих поверхностей в условиях разрушения смазочной пленки. Разрушение этой пленки происходит вследствие высоких контактных давлений или понижения вязкости смазочного материала в результате нагрева, вызванного высскоростямикими скольжения.

Основными критериями работоспособности закрытых зубча-

тых передач являются усталостная контактная прочность рабочих поверхностей зубьев и прочность зубьев при изгибе. Расчеты по этим критериям наиболее полно разработаны для стальных закрытых хорошо смазываемых эвольвентных зубчатых передач. СогласноГОСТ 21354–87, выполняютследующие расчеты .

1. Расчет на контактную прочность рабочих поверхностей зубьев:

а) расчет на сопротивление усталости для предотвращения прогрессивноговыкрашивания;

б) расчет для предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя при действии кратко-