Внешние факторы, влияющие на работоспособность

Лекция 11 Классификация повреждений зубчатых передач

Зубчатые передачи широко используются в механическом оборудовании для преобразования параметров вращательного движения. Срок службы данного элемента определяет показатели безотказности работы механизма, являясь одним из критических звеньев дерева отказов. Отказы механического оборудования из-за износа или разрушения зубчатых колес приводят к наиболее длительным простоям и требуют больших затрат для восстановления работоспособного состояния. Предупредить аварийное разрушение зубьев, увеличить срок службы передачи позволяют своевременные ремонтные воздействия обоснованные результатами визуального износа. Контролировать физические процессы, происходящие в зоне контакта зубчатого зацепления невозможно в процессе эксплуатации. В тоже время вид износа, характер разрушения, распределение действующих сил позволяет получить информацию о параметрах эксплуатации и характере старения.

В работах [241, 367…372] рассмотрены виды повреждений зубчатых передач и требования, обеспечивающие длительную работу зубчатого зацепления. Классификации повреждений зубчатых передач, приведенные в работах [241, 367, 370, 372] показывают, что отсутствует единая классификация повреждений зубьев, а при определении причин и характера разрушения используется различная терминология. Практика решения практических задач генезиса по определению причин повреждений и разрушений требует разработки классификации повреждений зубчатых передач на единой методологической основе.

Далее изложены основные положения и приведены примеры классификации повреждений зубчатых передач для определения причин разрушения или износа и предупреждения их развития на стадии эксплуатации [373].

В работе зубчатой передачи возможны следующие варианты:

- срок службы зубчатой передачи превышает сроки службы опорных подшипников и вала, что наиболее приемлемо для длительной эксплуатации;

- срок службы зубчатой передачи соизмерим со сроком службы опорных подшипников и вала, что приводит к увеличению объема ремонтных работ и снижению наработки на отказ;

- срок службы зубчатой передачи меньше срока службы опорных подшипников и вала, что требует изменения качества изготовления, монтажа или условий эксплуатации.

Реализация первого варианта приводит к тому, что о существовании зубчатой передачи «забывают» и поломка происходит неожиданно, через значительный промежуток времени (5…15 лет) с начала эксплуатации. Второй вариант требует постоянного контроля за состоянием зубчатых передач, для исключения внезапных отказов. Задача решается предупредительной заменой зубчатых колес. Если причины ускоренного износа не установлены и принятые меры не эффективны, происходит переход к третьему варианту, когда ежеквартальные замены становятся обыденным явлением. Определение причины повреждения позволяет разработать рациональные методы воздействия для повышения долговечности зубчатой передачи.

В практике работы ремонтных служб промышленных предприятий основным методом оценки степени работоспособности и состояния зубчатых передач является визуальный осмотр. Вибрационный контроль в данном случае является индикаторным методом, позволяющим зафиксировать отклонения в работе зубчатого зацепления. Оценка степени повреждения и обоснование необходимости замены зубчатых колес более эффективно осуществлять путем непосредственного осмотра зубьев (рисунок 5.51). При этом большее внимание уделяют характеру повреждений и расположению пятна контакта на рабочих поверхностях зубьев [371].

 

Рисунок 5.51 – Общий вид мультипликатора,

подготовленного к визуальному осмотру

 

На работоспособное состояние зубчатых передач оказывают влияние как внешние факторы, определяющие передаваемые крутящие моменты и характер вращения зубчатых колес и внутренние факторы, определяемые техническим состоянием механизма. Взаимодействие внешних и внутренних факторов и создает многообразие возможных повреждений зубчатых передач. Несмотря на неизменность передаточного отношения зубчатой передачи в процессе эксплуатации данные факторы изменяются, приводя к преобладанию определенного вида износа или повреждения. При определении причин повреждения необходимо рассматривать зубчатое колесо как деталь, имеющую посадочную поверхность, несущие элементы и контактирующую взаимодействующую поверхность. Последовательность осмотра – посадочная поверхность, торцевая поверхность и рабочая поверхность зубьев, затем осмотр противоположной стороны зубчатого колеса.

 

зубчатого зацепления:

1. Значение прикладываемой силовой нагрузки определяется характером повреждений на рабочей поверхности:

- номинальная нагрузка не приводит к изменению формы зуба и не оставляет значительных следов деформации на рабочей поверхности зубчатой передачи (рисунок 5.52);

 

а)

б)

Рисунок 5.52 – Отсутствие деформаций на рабочей поверхности (а) и торцевой поверхности (б) зубьев – признак воздействия номинальной нагрузки

- переменные или знакопеременные силы, приводящие к появлению на площадках контакта напряжений превышающих предел выносливости материала, оставляют на рабочей поверхности осповидные углубления вызываемые усталостью материала (рисунок 5.53);

 

а)

б)

в)

Рисунок 5.53 - Превышение предела выносливости материала

приводит к осповидному выкрашиванию рабочей поверхности:

а) начальная стадия; б) развитая стадия; в) предельное состояние

- пластические сдвиги на рабочей поверхности зубчатой передачи происходят при превышении напряжений действующих на площадках контактов предела текучести (рисунок 5.54), поверхностный слой металла перемещается от делительного диаметра к вершине зуба, образуя выступ;

 

 

Рисунок 5.54 - Пластические сдвиги на рабочей поверхности зубчатой

передачи - напряжения на площадках контактов превысили предел текучести

 

Промежуточными проявлениями действующих сил являются: отслаивание частиц металла с рабочей поверхности зубьев; наклеп из-за сильных ударов при наличии зазора в зацеплении.

 

2. Характер прикладываемой силовой нагрузки, связан с постоянством или непостоянством частоты вращения, изменением направления вращения, значением динамической составляющей. Динамические удары часто приводят к изломам зубьев (рисунок 5.55). При увеличении частоты вращения увеличиваются требования к точности изготовления и установки зубчатых передач, в противном случае – увеличивается износ зубьев.

 

 

Рисунок 5.55 – Излом зубьев из-за воздействия динамических ударов

 

В нереверсивных передачах в обязательном порядке следует осматривать обратную (нерабочую) поверхность зуба, на ней могут содержаться сведения об ошибках изготовления или монтажа. Например, из-за малого бокового зазора на обратной поверхности зуба могут появиться следы контакта (рисунок 5.56).

 

Рисунок 5.56 – Пятно контакта на нерабочей поверхности

зуба колеса

3. Наличие абразивных частиц, веществ вызывающих коррозию приводит к абразивному износу, коррозии поверхности зубьев, способствует возникновению газовой или жидкостной эрозии.

Основная причина коррозии – наличие воды в смазочном материале, проявляется в виде равномерного (рисунок 5.57а) или неравномерного слоя (рисунок 5.57б) ржавчины на поверхности зубьев. Степень коррозии может быть различной и легко оценивается визуально.

 

а)

б)

Рисунок 5.57 – Следы коррозии на поверхности зубьев:

а) равномерный слой; б) неравномерный слой

 

Первоначальное проявление абразивного износа – появление царапин или рисок на рабочей поверхности в направлении движения абразивного материала (рисунок 5.58). В данном случае поверхность рабочего колеса шестеренного маслонасоса, повреждена продуктами износа присутствующими в смазочном материале.

Рисунок 5.58 – Начальная стадия абразивного износа колеса

шестеренного насоса – появление рисок на рабочей поверхности зубьев

 

Развитию абразивного износа способствует использование пластичной или загрязненной смазки являющейся аккумулятором абразивных частиц. В дальнейшем у изношенных передач повышаются зазоры в зацеплении, усиливаются шум, вибрация, динамические перегрузки; искажается форма зуба; уменьшаются размеры поперечного сечения, прочность зуба. Основные меры предупреждения – защита от загрязнения, применение магнитных фильтров и повышение качества фильтрации масла. Несвоевременно обнаруженный абразивный износ ликвидируется заменой колеса (рисунок 5.59).

 

Рисунок 5.59 – Предельная стадия абразивного износа

кремальерной шестерни