6. Виды повреждения зубчатых передач

Независимо от характера передаваемой нагрузки (постоянная или переменная) зубья колес всегда нагружаются переменными контактными и изгибными напряжениями.

Неточности изготовления зубчатых колес и деталей передач, а также неточности сборки, недостаточная жесткость деталей явля­ются причиной, вызывающей дополнительные нагрузки, шум, виб­рации, нарушение режима смазывания и нагревание. Возможны также перегрузки статического или ударного характера.

Указанные особенности работы зубчатых передач приводят к различным повреждениям зубьев, которые можно разделить на две группы.

1. Поломки зубьев. При статических или ударных перегрузках происходит излом зуба, причем характер его может быть различным. Например, при значительной концентрации на­грузки по ширине венца выламываются углы зубьев. Чаще наблюдаются поломки усталостного характера как результат длительного действия переменных напряжений в растянутой об­ласти переходной поверхности зуба, где зарождаются трещины усталости, вызывающие понижение изгибной прочности зуба.

Предупреждение статического излома включает: защиту пре­дохранительными муфтами, расчеты на прочность, увеличение т, положительные х, повышение точности изготовления и сборки и др. Предупреждение усталостного излома включает: расчеты на сопротивление усталости, понижение влияния технологических и конструктивных концентраторов напряжений, увеличение т и по­ложительных значений х, упрочнение переходной поверхности (тер­мообработка, пластическое деформирование), повышение точно­сти, применение продольной модификации зубьев, увеличение жесткости валов и опор.

2. Все многообразие повреждений активных поверхностей зубьев можно представить как изнашивание, наиболее характерные виды которого следующие.

Усталостное изнашивание при многократ­ном деформировании микрообъемов материа­ла поверхностного слоя. Это изнашивание проявляется в виде выкрашивания, возникающего в местах появления трещин усталости, которые зарождаются вблизи полюсной линии на нож­ках зубьев, где нагрузка передается одной парой зубьев, скорости скольжения профилей малые, а поэтому силы трения большие. Эти силы способствуют раскрытию трещин усталости, в которые запрессовывается смазочный материал, оказывающий расклини­вающее действие и ускоряющий процесс отслаивания частичек металла. Поэтому усталостное изнашивание яв­ляется типовым видом разрушения зубьев колес закрытых обиль­но смазываемых передач. Различают выкрашивание ограни­ченное (начальное) при твердости хотя бы одного из колес Н < 350 НВ и прогрессирующее при твердости колес Н > 350 НВ. Ограниченное выкрашивание возникает на поверхностях зубьев с концентрацией нагрузки. По мере приработки выкрашивание мо­жет прекратиться, концентрация нагрузки понизиться. Прогресси­рующее выкрашивание - опасный вид разрушения активных по­верхностей зубьев. Хрупкие кромки образовавшихся лунок обла­мываются, и постепенно поражается вся рабочая поверхность но­жек зубьев.

В результате выкрашивания возрастают внутренние динамиче­ские нагрузки, вибрации, шум, ухудшаются условия смазывания, повышается температура, создаются условия для заедания и задиров.

Меры предупреждения: расчеты на контактную усталость ак­тивных поверхностей зубьев; повышение точности, главным обра­зом по нормам контакта зубьев;.повышение точности сборки и пр.

Абразивное изнашивание. Это основной вид повреждения зубьев открытых и плохо смазываемых передач. Интенсивность изнашивания возрастает с увеличением контактных напряжений в зацеплении и удельного скольжения. В передачах, зубья колес которых подвержены абразивному изнашиванию, ус­талостное изнашивание не наблюдается, поскольку поверхностный слой изнашивается до возникновения трещин усталости. В резуль­тате изнашивания зубья утоньшаются, изгибная прочность их пони­жается, искажается профиль, увеличивается боковой зазор в зацеплении, возрастают динамические нагрузки и шум передачи, возникает опасность поломки зубьев.

Меры предупреждения: защита от попадания пыли и грязи; по­вышение твердости зубьев; применение специальных смазочных мате­риалов и смещения с целью уменьшения скольжения зубьев.

Изнашивание при заедании. С увеличением нагрузки и скорости скольжения возможен разрыв масляной пленки, воз­никновение сухого контакта, повышение температуры до свароч­ной и, наконец, заедание. При скольжении зубьев происходит отрыв частиц металла одного зуба и образование наростов на парном зубе. Наросты образуют бороздки (задиры) на поверхности менее твердого зуба в направлении скорости скольжения.

Меры предупреждения: повышение твердости зубьев; примене­ние противозадирных смазочных материалов с поверхностно-ак­тивными присадками и их охлаждение; устранение кромочных уда­ров за счет повышения точности колес по основному шагу и при­менения профильной модификации (фланкирования).

Отслаивание твердого поверхностного слоя. Этот вид повреждений наблюдается главным образом на зубьях колес, передающих большие и ударные нагрузки. Отслаи­вание происходит в случае некачественного выполнения техноло­гического процесса упрочнения: закалки ТВЧ, цементации, азоти­рования (резкий переход упрочненного слоя к основному и его неравномерность, наличие остаточных напряжений).

В ГОСТ 21354-87 предусматриваются расчеты на контактную усталость активных поверхностей зубьев и на сопротивление усталости зубьев при изгибе. Эти методы расчета обоснованы многими теорети­ческими и экспериментальными исследованиями. Методы расчета, предупреждающие другие виды повреждения зубьев, разработаны не­достаточно полно, поэтому в настоящем пособии не рассматриваются.