DM_1 / Деталі машин КЛ [Стадник В. А

враховує непостійність сумарної довжини контактної лінії (для прямозубих передач при однопарному зачепленні lΣ = bw або Kε × εα ≈ 1), в загальному

випадку Kε ≈ 0,95.

Концентрація навантаження і динамічні навантаження по-різному

Коефіцієнт нерівномірності навантаження K β . Внаслідок пружних деформацій валів, корпусів, самих зубчастих коліс, зношування підшипників, похибок виготовлення і зборки спряжені зубчасті колеса перекошуються одне

відносно одного, спричинюючи нерівномірність розподілу навантаження по

ширині вінця (а точніше по довжині зуба). Поясним це складне явище на прикладі, що враховує прогин валів. На рис. 9.10 зображено взаємне розташування зубчастих коліс.

170

а)

б)

г)

є)

ж)

Рис. 9.10. Перекоси зубчастих коліс при деформованих валах у випадках симетричного (рис. 9.10, а),

несиметричного (9.10, б) і консольного (рис. 9.10, в) розташування коліс

171

відносно опор. Вали прогинаються у протилежні сторони під дією сил у зачепленні.

При симетричному розташуванні опор прогин валів не викликає перекосу зубчастих коліс і, отже, майже не порушує розподіл навантаження по ширині вінця. Це найбільш сприятливий випадок. При несиметричному і консольному розташуванні опор колеса перекошуються на кут γ , що приводить до порушення правильного дотикання зубців (рис. 9.10, г). Деформація зубців зменшує вплив перекосів і у більшості випадків зберігає їх дотикання по всій довжині (рис. 9.10, д). Однак, при цьому навантаження перерозподіляється у відповідності з величиною деформації окремих ділянок зубців (рис. 9.10. є). При інших рівних умовах вплив перекосу зубців збільшується зі збільшенням ширини коліс bw , тому ширину останньої обмежують. Концентрація навантаження збільшує контактні напруження і напруження згину. Для зменшення небезпеки поломки кутів зубців на практиці застосовують колеса зі зрізаними кутами (рис. 9.10, ж).

При конструюванні передач необхідно враховувати всі фактори, які впливають на нерівномірність навантаження і, в першу чергу, не застосовувати нежорстких валів, опор і корпусів.

Вплив нерівномірності розподілу навантаження по ширині вінця при розрахунку на втому при згині враховується коефіцієнтом K Fβ , а при розрахунку на контактну міцність – коефіцієнтом K Hβ . Обидва коефіцієнти

НВ за гафіками рис. 3.3; 3.4; 4.2, приведеними у посібнику [15], або за відповідними таблицями.

Коефіцієнт динамічного навантаження KV . Суттєве ускладнення на характер навантаження зубців зубчастих передач вносять непостійність похибок в основному кроці як при нарізанні зубців, так і в процесі експлуатації

172

в результаті нерівномірного зношування, впливу геометричних особливостей зачеплення, приєднаних мас, крутильної і згинальної жорсткості валів, демпфуючих властивостей мастильного шару та ін..

прискорення відсутнє. Удар при вступі в зачеплення зуба ведучого колеса з зубом веденого колеса відсутній. Практично цей випадок малоймовірний.

непостійності миттєвих значень кутової швидкості ω2 веденого колеса, тобто,

що при ω1 = сonst , ω2 = сonst і dω2 dt ¹ 0 появляється кутове

прискорення і, як наслідок, динамічні навантаження на зубці Fi . Сила Fi

зростає до максимуму протягом дуже короткого проміжку часу, вимірюваного у мілісекундах.

Приблизний характер зміни навантаження на зубці пари, що співударяються протягом часу удару τ0 - за період часу від початку кромочного удару до момента виходу точки контакту на теоретичну лінію зачеплення – показаний на рис. 9.11.

173

Рис. 9.11. Графік зміни зусилля Fi в період навантаження зубців

В наступний післяударний період зачеплення зубці зазнають згасаючих коливань. Відповідно змінюється і діюче на них навантаження, наближаючись до кінця періоду перезачеплення до величини статичної сили Fn

Таким чином, у загальному випадку, найбільше навантаження на зубці можна визначити за формулою:

ступеня точності виготовлення коліс та твердості поверхонь зубців коліс за табл.. 3.7 і 3.9, приведеними у посібнику [15] або у довідковій літературі.

9.10. Матеріали і термообробка зубчастих коліс

При виготовленні заготовок зубчастих коліс методом ковки або штамповки використовують звичайно нелеговані (міждержавний стандарт ГОСТ 1050-74) та леговані (міждержавний стандарт ГОСТ 4543-71)

174

середньовуглецеві сталі зі вмістом вуглецю 0,3 – 0,5%. Із нелегованих сталей найбільше застосування мають сталі 40, 45, 50 і 50Г, а із легованих – сталі 40Х, 40ХН, 35ХМА, 30ХН3М та ін..

Застосовують також м'які сталі зі вмістом вуглецю 0,1 – 0,2%.

Для підвищення механічних характеристик зубчастих коліс застосовують зміцнювальну термічну (ТО) або хіміко-термічну (ХТО) обробку.

Вибір марки сталі та її ТО залежать від допустимих габаритних розмірів, навантажувальної здатності, вартості, а також від технічного рівня виробництва та кількості виготовлюваних коліс. Залежно від твердості робочих поверхонь зубців після ТО зубчасті колеса відносять до двох основних груп:

1.Колеса із твердістю робочих поверхонь Н ≤ 350НВ. Таку твердість одержують після (ТО) нормалізації або поліпшення, гартування з високотемпературним відпуском. Зубці нарізають після кінцевої ТО.

2.Колеса із твердістю робочих поверхонь зубців Н > 350НВ. Ці колеса застосовують для високонавантажених зубчастих коліс відносно невеликих розмірів. Зубці нарізають до ТО або ХТО (об'ємне та поверхневе гартування струмом високої частоти (СВЧ), цементація, нітроцементація, азотування). Застосування після нарізування зубців ТО або ХТО спричиняє короблення зубців та викривлення їх профілів. Тому для виправлення форми зубців потрібні додаткові дорогі фінішні операції (шліфування, притирання за допомогою спеціальних паст та ін.). Це призводить до значного збільшення

вартості коліс другої групи порівняно з першою.

Зубчасті колеса, до яких пред'являються високі вимоги у відношенні зносостійкості, піддають цементації, азотуванню і ціануванню, що забезпечує високу поверхневу твердість до 50…60 HRC. В таких колесах тверда зносостійка поверхня і в'язка серцевина, що сприяє підвищенню опору ударним навантаженням.

175

Стальні колеса, порівняно громіздкі, складної конструкції, виготовляють методом відливання із вуглецевого стального литва 35Л, 40Л та ін.. або із легованого стального литва марок 35ГЛ, 40ХЛ, 35ХГСЛ та ін..

При виготовленні тихохідних зубчастих коліс застосовуються чавуни марок СЧ28, СЧ35 і високоміцні чавуни ВЧ50, ВЧ60, ВЧ45. Зубчасті колеса із стального і чавунного литва для зняття внутрішніх напружень потрібно піддавати ТО.

Для несилових і малонавантажених передач використовують неметалеві шестірні (текстолітові, лігнофолеві, капронові та ін..), які працюють у парі зі стальними колесами з поверхневою твердістю Н > 250. Така зубчаста пара безшумна, відносно зносостійка і не вимагає мащення.

Слід зауважити, що шестірня працює у гірших умовах, ніж колесо. Зуб шестірні при основі тонший, отже, напруження згину в ньому більш високі, крім того, число циклів навантаження за час роботи t в u раз більше, ніж у колеса, де u – передатне число зубчастої передачі. Тому шестірню виготовляють із більш міцного матеріалу, ніж колесо. З тією ж метою твердість шестірні HB1 визначається більшою від твердості колеса HB2 . Різниця середніх твердостей робочих поверхонь зубців шестірні і колеса в передачах з прямими і непрямими зубцями:

зменшення її габаритів і металомісткості досягають різниці середніх твердостей

9.11. Види руйнування та пошкодження зубців

При роботі зубчастих передач робочі поверхні зубців навантажені зусиллям Fn (нормальною силою), що переміщується по поверхні зуба від

176

вершини (входу зуба в зачеплення) до основи зуба (виходу із зачеплення). Ця сила спричиняє в зубцях контактні напруження σ H і напруження згину σF . Ці напруження змінюються в часі і є причиною втомного руйнування зубців і їх робочих поверхонь. Крім того, в зачепленні діє сила тертя FТР = Fn × f , з

якою зв'язані зношування і заїдання зубців. На рис, 9.12 показані найбільш небезпечні види руйнування та пошкодження зубців.

нарізанні зубців; термообробка; зменшення концентрації навантаження біля торців (жорсткі вали, зубці зі зрізаними кутами, бочкоподібні зубці).

На практиці також часто спостерігається поломка зубців, зв'язана з концентрацією навантаження (рис. 9.13, а).

2.Втомне викришування робочої поверхні зубців – основний вид пошкодження зубців закритих передач (рис. 9.12, б) зв'язане з контактними напруженнями σ H . Під дією їх і сил тертя FТР

поблизу полюсної лінії виникають мікротріщини (рис. 9.14), куди при роботі зубчастих коліс попадає мастило під великим тиском.

178

а)

б)

Рис. 9.14. Втомні поверхневі тріщини на зубі шестірні із сталі 40Х редуктора ЦДН – 35 після 21·106 циклів навантаження:

а) збільшено × 2400; б) збільшено × 600.

Знімки виконано в лабораторії кафедри ДМ, ТММ, ПТМ КПІ за участю автора в 1971 році.

179