Зубчатого зацепления
Внутренние факторы, влияющие на работоспособность
1. Неподвижность посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала – этот фактор следует оценить как удовлетворяющий проектным требованиям, в том случае, если сопрягаемые детали неподвижны при приложении нагрузки (рисунок 5.60 а). Если данное требование не выполняется, это приводит к появлению малых перемещений сопрягаемых деталей - фреттинг-коррозии, проявляющейся в виде темных пятен на посадочной поверхности детали (рисунок 5.60 б).
а)
| 
б)
|
Рисунок 5.60 – Состояние посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала:
а) неподвижная посадка; б) малые перемещения сопрягаемых деталей
приводят к фреттинг-коррозии – темные пятна на посадочной поверхности
В дальнейшем появляются следы взаимного перемещения сопрягаемых поверхностей в виде блестящих полированных участков поверхности. Это увеличивает скорость развития процессов износа, создавая предпосылки для возникновения ударов на последней стадии развития повреждения. При раскрытии стыка сопрягаемых деталей жесткость соединения уменьшается, возникают динамические удары, приводящие к наклепу и разрушению.
2. Характер взаимодействия контактирующих поверхностей определяется видом трения на контактирующих поверхностях. Если преобладает жидкостное трение, обеспечивающее минимальный коэффициент трения и происходит полное разделение контактирующих поверхностей слоем масла, то состояние оценивается как хорошее. В этом случае преобладающим является окислительный износ (рисунок 5.61)
Рисунок 5.61 – Окислительный износ поверхности зубчатой передачи
при жидкостном трении
Возникновение граничного трения приводит к контакту двух деталей, проявляясь в виде полирования рабочей поверхности зубчатых передач (рисунок 5.62). Наиболее часто граничное трение проявляется на начальной стадии приработки новых зубчатых колес.
Рисунок 5.62 – Полированная поверхность зуба – признак граничного трения
Отсутствие смазки между контактирующими поверхностями приводит к повышению температуры, разрушению поверхностных твердых пленок окислов и возникновению адгезионных связей между контактирующими зубьями. Силы на площадках контактов должны быть достаточными для разрушения твердых пленок окислов. Для тяжелонагруженных высокоскоростных зубчатых передач наиболее характерное проявление – вырывы металла на вершинах зубьев (рисунок 5.63). Рекомендации по предотвращению – обеспечить постоянное смазывание контактирующих поверхностей, в том числе, путем правильного выбора смазочного материала. Данный вид повреждения нарушает характер зацепления зубьев, увеличивает скорость износа и создает концентраторы напряжений на поверхности зубьев способствующие развитию усталостных трещин, сколам зубьев.
Рисунок 5.63 – Вырывы металла на вершинах зубьев – схватывание
поверхности при отсутствии разделительной масляной пленки
5. Взаимное расположение деталей – в данном случае зубчатых колес оценивается по пятну контакта. Этот вопрос хорошо изучен и наиболее часто упоминается в правилах технической эксплуатации, учебниках и пособиях [371]. Необходимо отметить, что повлиять на расположение пятна контакта в редукторе (при нерегулируемых валах) невозможно. Пятно контакта является одним из критериев качества изготовления и сборки зубчатой передачи.
Правильное расположение пятна контакта показано на рисунке 5.64 - пятно контакта равномерно расположено по высоте и длине зуба.
Рисунок 5.64 – Равномерное расположение пятна контакта
по длине и высоте зуба
Непараллельное расположение осей зацепления при уменьшенном расстоянии между осями зубчатых колес, произошедшее из-за износа посадочных мест подшипников валов зубчатых передач, привело к сокращению пятна контакта до недопустимых размеров (рисунок 5.65).
| 
|
Рисунок 5.65 – Сокращение пятна контакта из-за непараллельного
расположение осей зацепления при уменьшенном расстоянии
между осями зубчатых колес
Несоосность валов можно зафиксировать по характеру износа элементов зубчатой муфты (рисунок 5.66).
Рисунок 5.66 – Неравномерный износ зубьев зубчатой муфты
при несоосности валов
Отклонения в расположении валов и зубчатых колес приводит к нарушению равномерности воздействия прикладываемых сил, которая может проявляться не только в неравномерном распределении сил по длине зуба (рисунок 5.67) и равномерном по окружности зубчатого колеса. Возможно неравномерное распределение сил по окружности зубчатого колеса из-за эксцентричного расположения. Отклонения могут быть столь велики, что это приводит к нарушению контакта зубчатого зацепления (рисунок 5.68). Данный фактор приводит к образованию локальных сколов зубьев в ограниченном секторе (рисунок 5.55).
| 
|
Рисунок 5.67 – Неравномерное распределение действующих сил
по длине зуба и равномерное распределение по окружности зубчатого колеса
Рисунок 5.68 – Повреждения конического колеса
при выходе зубьев из зацепления
Подрезание ножки зуба из-за уменьшения межцентрового расстояния (рисунок 5.69) между валами шестеренных валков при износе подшипников скольжения.
Рисунок 5.69 – Подрезание ножки зуба из-за уменьшения
межцентрового расстояния между валами шестеренных валков
4. Накопление усталостных повреждений проявляется в зарождении, развитии и реализации трещин, что проявляется в виде разрушений зубьев (рисунок 5.70).
|
|
Рисунок 5.70 – Локальные разрушения
зубьев из-за реализации усталостных трещин
Часто зубчатые зацепления испытывают комбинированное воздействие нескольких факторов, один из которых становится доминирующим. Например, вид рабочей поверхности зубчатой передачи (рисунок 5.71) редуктора бесцентрового токарного станка позволил установить следующее:
- в масле, применяемом для смазки присутствует вода, используемая в качестве СОЖ при резании, о чем свидетельствуют следы коррозии;
- напряжения, возникающие на площадках контакта при трении качения, превышают предел выносливости, чему способствует снижение несущей способности масляной пленки из-за наличия воды в масле, в результате на рабочей поверхности зубьев возникло осповидное выкрашивание;
- напряжения, возникающие на площадках контакта, не превышают предел текучести – отсутствуют следы пластической деформации;
- при работе зубчатой передачи возникает трение скольжения из-за возможности относительного смещения контактирующих поверхностей в процессе взаимодействия, на что указывает полированная поверхность;
- при изготовлении зубчатой передачи были отклонения с технологии изготовления – волнистые линии на рабочей поверхности.
Рисунок 5.71 – Общий вид рабочей поверхности зубчатой передачи
редуктора бесцентрового токарного станка
Предложенная классификация повреждений позволяет последовательно исследовать отклонения в работе зубчатых передач и принимать своевременные решения по увеличению срока службы зубчатых передач.
356. Межгосударственный стандарт (проект, первая редакция) Колеса зубчатые виды повреждений. Классификация и описание. 87с.
357. Международный стандарт IS0 10825–1995 Зубчатые передачи. Износ и повреждение зубьев. Терминология. (Gears – Wear and damage to gear teeth – Terminology).
358. Национальный стандарт США ANSI/AGMA 1010–E95 Внешний вид зубьев зубчатых колес. Терминология износа и отказа. Appearance of Gear Teeth – Terminology of Wear and Failure
359. И.А. Титенок Концепция повышения эффективности эвольвентного зубчатого зацепления / Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. № 3(19) – С. 38 – 45.
360. Прудиус Б.В., Огурцов Ю.М. Ремонт и монтаж оборудования. Монтаж; Альбом. – М.: Машиностроение, 1990. – 104 с.
361. Толстоногов А.А. Детали машин и основы конструирования: Конспект лекций. - Самара, СамГАПС, 2003.- 100 с.
362. Сидоров В.А. Повреждения зубчатых передач: классификация / Международный информационно-технический журнал «Оборудование и инструмент для профессионалов, серия Металлообработка», №3 (125) 2010. С. 28 – 34.