Виды разрушения зубьев и критерии их работоспособности.

В зоне зацепления зуб находится в сложно - напряженном состоянии. В зацеплении кроме нормальной силы F_n действует сила трения.

Таким образом, на зуб одновременно действуют контактные напряжения σ_H, изгибные напряжения и касатель­ные напряжения от сил трения σ_H и σ_F изменяются для зуба во времени прерывистому отнулевому циклу, где

t₂ – время нахождения в зацеплении

t₁ – время, за один оборот колеса.

Сила трения возникает в связи с тем, что имеется скольжение поверхности одного зуба по другому F_тр= F_n * f.

Все эти напряжения за каждый оборот колеса возрастают от min до max.

В результате могут возникнуть следующие явления:

1. Поломка зубьев. Может произойти в связи с тем, что в передаче возникает перегрузка или зацепление, зуб будет входить у прямозубых передач не по всей ширине, а только частью зуба из-за возможных пе­рекосов валов. Для недопущения таких явлений необходимо устранить причины возможного появления ненормальной работы, а также флан­кирование зуба (срез зуба у вершины). Поломка может произойти и из-за усталостного разрушения. Для повышения усталостной прочности необходимо снижать концентрацию напряжений (шлифование, недопущение трещины от термообработки и т.п.). Поломку зубьев от усталости предупреждают расчетом передач на изгиб из условия усталостной прочности.

2. Усталостное выкрашивание. Наблюдается только в закрытых передачах, где между контактирующими деталями имеется слой масла. Усталостные выкрашивания появляются вблизи полюсной линии на ножке, на поверхности которой масло загоняется в трещины. При воз­никновений контактных выкрашиваний наступает явление разрыва масляной пленки, возникает металлический контакт и резко увеличива­ется износ. Различают ограниченное выкрашивание и прогрессивное (см. рис. 2. а).

Ограниченное выкрашивание может возникнуть на поверхности зубьев невысокой твердости (до 350 НВ), является приработочным и не опасно. При увеличении радиусов кривизны снижаются σ_Н и следовательно, возможность возникновения усталостного выкрашивания. Ос­новными мерами по предупреждению выкрашивания является расчет на выносливость по контактным напряжениям, повышение твердости поверхности, коррекция (увеличивается и следовательно радиус), по­вышение степени точности, а именно пятна контакта.

3. Абразивный износ. Происходит при недостаточной смазке и загрязнения. В результате износа увеличиваются зазоры между зубья­ми, уменьшается сечение зуба. Мерами по предупреждению износа яв­ляется повышение твердости и чистоты поверхности, защита от абразивного загрязнения, применение соответствующей смазки. ( рис. 2,б)

4. Заедание поверхностей, пластические деформации и отслаива­ние твердого поверхностного слоя. (рис. 2, в)

Материал зубчатых колес и допускаемые напряжения.

Известно, что допускаемые контактные напряжения пропорциональны твердости поверхности материалов. Допускаемые напряжения на изгиб также повышаются с увеличением механических характеристик материалов. Поэтому, когда не накладываются специфические свойства на передачи, их выполняют из термообрабатываемых сталей, дающих в настоящее время наиболее высокие прочностные свойства. Наибольшее применение находят следующие марки сталей 40, 45, 50, 40Х, 45Х, 40ХН и многие другие марки легированных сталей. Применяя соответ­ствующие виды термообработки можно получить прочностные свойст­ва практически в любых желаемых диапазонах. О применяемых видах термообработки и каких видах они применяются, прочтите самостоятельно. Следует отметить, что изготовляются колеса также из чугунов, а последнее время широкое применение имеют пластмассы.