Схема решения задач по выбору материала и технологии формирования его структуры.
Производство
Эксплуатация
Химический состав
материала
Структура
Фазы Форма фаз
Технологические условия
Условия эксплуатации и
испытаний
Вид соединения
Компоненты
Служебные свойства
Технологические
свойства
Критерии работоспособности зубчатых колес
-
Зубчатые колеса относятся к одним из наиболее распространенных и сложных в конструктивном и технологическом отношении деталей машин. Их функциональное назначение - передача крутящего момента. При передаче крутящего момента в зацеплении действуют нормальная сила, сила трения , обусловленная скольжением профилей зубьев (рис.1). Под действием этих сил каждый зуб находится в сложном напряженном состоянии (рис.2). На работоспособность зуба решающее влияние оказывают контактные напряжения и напряжения изгиба у основания зуба, которые изменяются во времени по пульсирующему циклу.
-
Рис.1. Силы и напряжения, действующие на поверхности и у основания зуба: Т1 и Т2 - вращающие моменты на шестерне и колесе; Fn и Fтр - нормальная сила и сила трений; σн и σf - контактные напряжения и напряжения изгиба;А1А2 - линия зацепления; αв1 и αв2 –диаметры основных окружностей;
-
Рис.2. Изолинии равных напряжений в сечении зуба
-
Важный компонент силового режима зубьев колес, увеличивающий напряжения σн и σf, - дополнительная динамическая нагрузка. Она возникает из-за погрешности их изготовления и сборки, а также из-за изнашивания профилей зубьев, и тем выше, чем ниже точность изготовления колес и больше скорость вращения. Контактные напряжения и сила трения являются причиной повреждения рабочих поверхностей зубьев: усталостного выкрашивания (питтинга), изнашивания и заедания, а напряжения изгиба - причиной усталостного разрушения (поломки) зубьев. Обеспечение работоспособности зубчатых колес связано с предупреждением повреждений зубьев и их поломок. Основными критериями работоспособности являются: контактная выносливость, выносливость при изгибе, стойкость к изнашиванию и заеданию.
-
Контактная выносливость - способность материала противостоять развитию усталостного выкрашивания, которое является основным видом поверхностного разрушения зубьев. Оно характерно для большинства закрытых, хорошо смазываемых передач.
-
Выкрашивание возникает и развивается вблизи полюсной линии на ножках зубьев (рис.3). Разрушение начинается с образования в приповерхностном слое микротрещин усталости. После выхода трещин на поверхность их развитие существенно ускоряется расклинивающим действием смазки. Углубление трещины заканчивается откалыванием кусочков металла и образованием ямок. Ямки постепенно расширяются и превращаются в раковины. Раковины искажают профиль зубьев, нарушают нормальную работу зацепления (усиливается динамическая нагрузка, возникает опасность поломки зубьев).
Рис.З. Выкрашивание материала на поверхности зуба
-
Контактная выносливость оценивается пределом контактной выносливости, который определяют экспериментально по кривой усталости. Повышение контактной выносливости основано на увеличение сопротивления поверхностного слоя зубьев развитию пластической деформации, его твердости.
-
Выносливость зубьев при изгибе - способность материала противостоять усталостной поломке зуба. Трещина усталости, как правило, возникает у основания зуба со стороны действия растягивающих напряжений и постепенно распространяется в тело зуба.
-
К снижению прочности зубьев при изгибе приводят остаточные направления растяжения, образующиеся при шлифовании впадины. Отрицательное влияние оказывают также риски, царапины и другие концентраторы напряжений.
-
Сопротивление изнашиванию зубьев. Изнашивание возникает главным образом при отсутствии или плохой смазке. Если толщина масляного слоя меньше высоты микронеровностей, то происходит непосредственное соприкосновение отдельных участков поверхностей зубьев и их изнашивание под воздействием силы трения. Скорость изнашивания растет с увеличением давления, скорости скольжения, шероховатости поверхности и снижения ее твердости. Особенно значительна скорость изнашивания в открытых передачах, а также закрытых, но недостаточно защищенных от попадания абразивных частиц. Интенсивное изнашивание вызывает искажение профиля зуба, существенное ослабление его ножки, увеличение вероятности поломки зубьев. Основные меры предупреждения изнашивания повышение твердости и снижение шероховатости поверхности.
-
Сопротивление заеданию. Заедание (адгезионное изнашивание) заключается в развитии интенсивного
