§3. Конструкции зубчатых колес

В зависимости от получения заготовки колеса подразделяют на литые (рис. 3.9), кованые или штампованные, изготовленные механической обработкой (рис. 3.10, сварные (рис. 3.11).

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 312) называют валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после чего насаживается на вал. -

Колеса диаметром меньше 400 мм имеют форму диска с выточками (см. рис. 3.9) или без выточек (см. рис. 3.3). Чаще всего эти колеса изготовляют из поковок. Колеса диаметром более 400 — 500 мм изготовляют со спицами (рис. 3.13) различного сечения.

При конструировании колеса наиболее важным требованием является его жесткость. Основные соотношения элементов зубчатых колес в зависимости от их конструкции при­ведены в специальных справочниках.

Для экономии высокопрочных дорогостоящих материалов изготовляют сборные конструкции — бандажированные колеса (рис. 3.14). В этом случае зубчатый венец колеса изготовляют из качественной стали, а центральную часть делают из ме­нее дорогого материала (например, чугуна).

Для изготовления зубчатых колес применяют следующие материалы:

сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст5, Стб; качественную сталь; леги­рованную сталь; сталь 35Л, 45Л, 55Л;

серый чугун марок, высококачественный чугун; неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1, бакелит, капрон и др.).

§4. Виды разрушения зубьев.

Правильно спроектированная и изготовленная передача при выполнении всех правил эксплуатации не должна перегреваться и производить при работе сильного шума. Появление значительного перегрева и чрезмерного шума свидетельствует о недостатках в работе передачи, связанных с ее конструкцией, изготовлением, неправильным выбором смазочного материала или возможными повреждениями зубьев.

Наблюдаются следующие виды разрушения зубьев: их поломка, изнашивание, заедание, выкрашивание рабочих поверхностей.

Поломка зубьев. Этот вид разрушения зубьев полностью выводит передачу из строя. Чаще поломка наблюдается у основания зуба (рис. 3.25) вследствие периодического действия переменной нагрузки F, а также в результате значительной кратковременной перегрузки (ударной нагрузки). Если зуб работает одной стороной, то первоначальная трещина, как правило, образуется в зоне растяжения. Тре­щина распространяется вдоль основания ножки зуба, а иногда к его вершине или по какой-то рабочей части зуба.

Долговечность зубьев можно повысить, увеличив прочность основания зуба и уменьшив концентрацию напряжений в опасном сечении.

Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Этот вид повреждения зубьев нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание поверхности зубьев возникает на ножках зубьев колес. Смазочный материал, который за­ходит в микротрещины, находясь под действием внешнего дав­ления (при работе передачи), расклинивает трещины. Повторяясь, такие действия

приводят к откалыванию части металла (рис. 3.27). Диаметр ямок выкрашивания (оспинок) доходит до 2-5 мм. Установлено, что чем тверже по­верхности зубьев и чем меньше шероховатость их по­верхностей; тем большую нагрузку они могут выдерживать без опасности возникновения выкрашивания. Более вязкое масло способно лучше гасить динамические нагрузки на зубья и тем самым уменьшать выкрашивание поверхности зубьев.

В открытых передачах выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностный слой, в котором возникают начальные трещины, истирается раньше, чем в нем успевает произойти усталостное выкрашивание.

Изнашивание зубьев чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей (рис. 3.28) вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, грязи (абразивное изнашивание). Изнашивание может начаться также в результате недостаточно гладкой поверхности у новой передачи и про­должаться до сглаживания неровностей рабочих поверх­ностей зубьев.

Заедание зубьев. Наблюдается как в открытых, так и в закрытых тихоходных, тяжело нагруженных передачах. Этот вид повреждения зубьев заключается в том, что под действием высоких давлений сопряженные поверхности зубьев сцепляются одна с другой настолько сильно, что частицы металла с поверхности зубьев в зоне раздавленной масляной пленки отрываются и прихватываются к поверхности зубьев парного колеса. При последующем относительном движении зубьев эти частицы отрываются и делают на рабочих поверхностях борозды, задиры.

Правильно спроектированные передачи должны быть рассчитаны так, чтобы любая из возможных причин повреждения зубьев была исключена. В соответствии с этим проверяют выносливость рабочих поверхностей (расчет на контактную прочность и прочность на изгиб). Открытые передачи рассчитываются на изгиб, закрытые – на контактную прочность и на изгиб.