Какие напряжения являются причиной поверхностного разрушения зубьев

Виды разрушения и критерии работоспособности зубчатых передач

2015-05-06
966

В процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторно-переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей. Трение в зацеплении вызывает изнашивание и заедание зубьев.

Поломка зубьев наиболее опасный вид разрушения, является следствием возникающих в зубьях напряжений изгиба и перегрузок. Усталостные трещины образуются у основания зуба на рабочей стороне. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные косые обламываются по косому сечению. Усталостную поломкупредупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба , применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи.

Усталостное выкрашиваниерабочих поверхностей зубьев – основной вид разрушения для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений . Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения. На поверхности зубьев образовываются микротрещины. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, он приводит к выкрашиванию частиц поверхности и образованию мелких ямок. При этом нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, температура. При твердости поверхностей зубьев Н

Изнашивание зубьев– основной вид разрушения открытых передач. По мере изнашивания зуб утончается , ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что приводит к поломке зуба. Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума. Износ можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем коррекции.

Заедание зубьев заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности сопрягаемых зубьев. Заедание зубьев предупреждают повышением твердости и понижением шероховатостей рабочих поверхностей зубьев, применением коррекции, правильным подбором масла.

Рисунок 10 – Виды разрушения зубьев

Контактная прочность рабочих поверхностей зубьев определяется в основном твердостью этих поверхностей.

Таблица 1 – Материалы группы 1

Таблица 2 – Материалы группы 2

Допускаемые контактные напряжения. Коэффициент долговечности определяется отдельно для шестерни и колеса по формуле

где – число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости, определяют в зависимости от твердости НВср.

– число циклов перемены напряжений за весь срок службы.

Для нормализованных и улучшенных колес .

Для колес с поверхностной закалкой ТВЧ .

При длительной эксплуатации N>NHO .

Для материалов группы 1: нормализованных и улучшенных сталей расчет ведут по менее прочным зубьям колеса

Для материалов группы 2: шестерня – У+ТВЧ, колесо – У.

Для прямозубых передач расчет ведут по менее прочным зубьям колеса

Для косозубых цилиндрических передач

Для конических передач с круговым зубом

Допускаемые напряжения изгиба. Коэффициент долговечности определяется отдельно для шестерни и колеса по формуле

где – число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости.

– число циклов перемены напряжений за весь срок службы.

Для нормализованных и улучшенных колес .

Для колес с поверхностной закалкой ТВЧ .

При длительной эксплуатации N>NFO .

Источник



Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач

в процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторнопеременные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей. Трение в зацеплении вызывает изнашивание и заедание зубьев.

Рис. 3.14 Виды разрушения зубьев

Поломки зубьев. Это наиболее опасный вид разрушения. Излом зубьев является следствием возникающих в зубьях повторно-переменных напряжений изгиба и перегрузки. Усталостные трещины (см. рис. 3.3) образуются у основании зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные, особенно косые, обламываются по косому сечению (рис. 3.14, а). Усталостную поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба σF, применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев.Основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений σн. Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения, способствующая пластическому течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, который запрессовывается в трещины зубьев при зацеплении. Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц поверхности, образованию вначале мелких ямок (3.14,б), переходящих далее в раковины. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, температура.

При твердости поверхностей зубьев Н 350 НВ, оно постепенно поражает рабочую поверхность ножек зубьев.

Усталостное выкрашивание зубьев предупреждают расчетом на точность по контактным напряжениям, повышением твердости поверхности зубьев, применением коррекции, повышением степени точности, правильным выбором сорта масла.

В открытых передачах выкрашивания не наблюдается. Так как изнашивание поверхности зубьев опережает развитие усталостных трещин.

Изнашивание зубьев. Основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб утоняется (рис. 3.14,в), ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что в конечном счете приводит к поломке зубьев. Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем коррекции.

Заедание зубьев(см.2.3). Заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности других зубьев, бороздя их в направлении скольжения (рис. 3.14,г). Заедание зубьев предупреждают повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением коррекции, правильным подбором противозадирных масел.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные достоинства и недостатки зубчатых передач по сравнению с другими передачами?

2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?

3. В чем сущность основной теоремы зацепления?

4. Что такое эвольвента окружности и какими свойствами она обладает?

5. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?

6. Что называется полюсом зацепления, линией зацепления и углом зацепления?

7. Как определить на линии зацепления точки, соответствующие началу и концу зацепления одной пары зубьев?

8. Каков стандартный исходный профиль рейки эвольвентного зацепления?

9. В чем сущность нарезания зубьев методом копирования и методом обкатки? Их сравнительная характеристика.

10. Какие окружности зубчатых передач называют начальными и какие окружности зубчатых колес называют делительными? В каких зубчатых передачах они совпадают?

11. Что называется шагом и модулем зубчатого зацепления?

12. Что следует понимать под коэффициентом торцового перекрытия? Как влияет его величина на работу зубчатой передачи?

13. Каково влияние числа зубьев на их форму и прочность?

14. Когда возникает подрезание зубьев при нарезании их инструментом реечного типа?

15. Что следует понимать под зубчатым зацеплением со смещением (корригированным) и для чего оно применяется?

16. Какие применяют два типа передач со смещением и как оно осуществляется?

17. Какие факторы влияют на выбор степени точности изготовления зубчатых колес? Какие степени точности применяют в передачах общего машиностроения?

18. С какой целью производят смазывание зубчатых передач?

19. В чем сущность картерного смазывания зубчатых передач?

20. Назовите основные факторы, влияющие на к.п.д. зубчатой передачи.

21. Какие материалы применяются для изготовления зубчатых колес?

22. Почему все остальные зубчатые колеса в зависимости от твердости зубьев делятся на две группы?

23. В чем сущность усталостной поломки зубьев? Меры по предупреждению поломки.

24. Почему в закрытых передачах усталостное выкрашивание является основным видом разрушения поверхности зубьев? Меры по предупреждению выкрашивания.

25. Почему заедание преимущественно наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных передачах, в чем его сущность? Меры по предупреждению заедания.

26. Как проявляется износ зубьев на работе передачи? Причины повышенного износа и меры его предупреждения.

27. Что влияет на величину допускаемых контактных напряжений для расчетов на прочность зубьев при длительной работе?

28. Как определяется среднее допускаемое контактное напряжение для расчетов на прочность передач с непрямыми зубьями при разности средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса Н≥70НВ и средней твердости рабочих поверхностей зубьев колеса Н

Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 9508 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Детали машин

Характер и причины отказов зубчатых передач

Проходя зону зацепления, при работе передачи зубья подвергаются циклическому нагружению. При этом на контактирующих поверхностях зубьев действует нормальная к ним сила Fn и сила трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу.
Повторно-переменные нагружения являются причиной усталостного разрушения зубьев – их поломки или выкрашивания рабочих поверхностей. Скольжение и силы трения в зацеплении вызывают изнашивание и заедание зубьев.

Поломка зубьев зубчатой передачи

Это наиболее опасный вид разрушения, так как приводит к внезапному и полному отказу передачи. Поломка является следствием усталости материала зубьев от действующих повторно-переменных напряжений изгиба или от перегрузки ударного характера. Такое случается, например, при попадании между зубьев постороннего предмета или резкого переключения передач КПП.

Усталостные трещины образуются у основания зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью по сечению у основания зуба. При усталостном разрушении на теле колеса после излома остается вогнутая, а при подломке вследствие перегрузки – выпуклая поверхность.
Зубья шевронных и широких косозубых передач выламываются по наклонному сечению.

Повышению прочности зуба способствуют: увеличение модуля зацепления, снижение концентрации напряжений в основании зубьев, применение модификации, повышение прочности материала колес, повышение точности изготовления и монтажа передачи.
Для предупреждения усталостной поломки зубьев проводят расчет на прочность по напряжениям изгиба.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев

Это основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых хорошо смазываемых передач. Он является следствием действия повторно-переменных контактных напряжений. Разрушение начинается на ножке зуба вблизи полюсной линии, где действуют наибольшая нагрузка (зона однопарного зацепления) и большая сила трения (вблизи полюса минимальные скорости скольжения), способствующая образованию микротрещин на поверхности зубьев.

Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, попавшего в трещины зубьев.
Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц материала с поверхности, образованию мелких ямок, переходящих затем в более крупные раковины на всей поверхности зубьев.
При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, вибрация, повышается температура.

Выкрашивание может быть ограниченным и прогрессирующим. Ограниченное выкрашивание наблюдается на участках с концентрацией напряжения. В колесах, выполненных и хорошо прирабатывающихся материалов такое выкрашивание после приработки прекращается, не отражаясь на работе передачи. Опасно прогрессирующее выкрашивание, постепенно поражающее всю рабочую поверхность ножек зубьев.
Предотвращению выкрашивания способствует повышение твердости поверхности зубьев, уменьшение шероховатости рабочих поверхностей, модификация профиля, правильный выбор сорта масла.

Для предупреждения усталостного выкрашивания зубьев проводят расчет на прочность по контактным напряжениям.

Изнашивание зубьев

Изнашивание – основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб становится тоньше, ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что приводит к потере кинематической точности и в конечном счете – к поломке зубьев.
Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем модификации.

Заедание зубьев

Заедание зубьев заключается в приваривании частиц материала одного зуба к другому (микросварка) в результате разрушения смазочной пленки и местного нагрева, вследствие высоких давлений и скоростей скольжения в зоне контакта. Оторвавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев, бороздя их в направлении скольжения.
Заедание зубьев предупреждают повышением твердости, понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением модификации, подбором противозадирных масел, искусственным охлаждением передачи.
Заедание является наиболее опасным видом отказа тяжелонагруженных зубчатых передач.

Источник