Усталостный

Износ при поверхностной усталости возникает в результате периодического действия напряжений сдвига в приконтактных объемах металла. При длительном циклическом действии напряжений в поверхностном слое металла образуются усталостные трещины. Близкорасположенные трещины объединяются, что приводит к отделению тонких чешуек металла. Износ характерен для пар трения качения и скольжения (рельсовые пути железнодорожного транспорта, подкрановые пути грузоподъемных механизмов, детали и узлы горнодобывающего оборудования).

10. Основы теории зубчатого зацепления

Профили зубьев пары колес должны быть сопряженными, т. е. заданному профилю зуба одного колеса должен соответствовать вполне определенный профиль зуба другого колеса. Чтобы обеспечить постоянство передаточного числа, профили зубьев нужно очертить такими кривыми, которые удовлетворяли бы требованиям основной теоремы зацепления. Основная теорема зацепления. Для доказательства теоремы рассмотрим пару сопряженных зубьев в зацеплении (рис.2.3.7). Профили зубьев шестерни и колеса касаются в точке S, называемой точкой зацепления. Центры вращения О1 и О2 расположены на неизменном расстоянии aw друг от друга.

Рисунок 2.3.7 Схема зацепления пары зубчатых колес

Зуб шестерни, вращаясь с угловой скоростью w1, оказывает силовое действие на зуб колеса, сообщая последнему угловую скорость w2. Проведем через точку S общую для обоих профилей касательную ТТ и нормаль NN. Окружные скорости точки S относительно центров вращения О1 и О2:

v1 = O1 S w1 и v2 = O2 S w2

Разложим v1 и v2 на составляющие v'1 и v'2 по направлению нормали NN и составляющие v''1 и v''2 по направлению касательной ТТ. Для обеспечения постоянного касания профилей необходимо соблюдение условия v'1 = v'2, в противном случае при v'1 < v'2 зуб шестерни отстанет от зуба колеса, а при v'1 > v'2 произойдет врезание зубьев. Опустим из центров O1 и О2 перпендикуляры O1B и О2С на нормаль NN. Из подобия треугольников aeS и BSO1 v'1 / v2 = O1B / O1S?, откуда Из подобия треугольников afS и CS02 v'2 / v2 = O2C / O2S, откуда v'2 = (v2/02S) O2C = w2 *O2C. Ho v'1 = v'2, следовательно, w1 * O1B = w2 * O2C. Передаточное число

u = w1 / w2 = O2C / O1B. (2.3.1)

Нормаль NN пересекает линию центров О1О2 в точке П, называемой полюсом зацепления. Из подобия треугольников О2ПС и О1ПВ

O2C / O1B = O2П / O1П = rw1 / rw2 (2.3.2)

Сравнивая отношения (1) и (2), получаем

u = w1 / w2 = rw1 / rw2 = const (2.3.3)

Таким образом, основная теорема зацепления формулируется: для обеспечения постоянного передаточного числа зубчатых колес профили их зубьев должны очерчиваться по кривым, у которых общая нормаль NN, проведенная через точку касания профилей, делит расстояние между центрами O1O2 на части, обратно пропорциональные угловым скоростям. Полюс зацепления П сохраняет неизменное положение на линии центров O1O2, следовательно, радиусы rw1 и rw2 также неизменны. Окружности радиусов rw1 и rw2 называют начальными. При вращении зубчатых колес начальные окружности перекатываются друг по другу без скольжения, о чем свидетельствует равенство их окружных скоростей w1rw1 = w2rw2, полученное из формулы (2.3.3). Из множества кривых, удовлетворяющих требованиям основной теоремы зацепления, практическое применение в современном машиностроении получила эвольвента окружности, которая: а) позволяет сравнительно просто и точно получить профиль зуба в процессе нарезания; б) без нарушения правильности зацепления допускает некоторое изменение межосевого расстояния aw (это изменение может возникнуть в результате неточностей изготовления и сборки). Эвольвентой окружности называют кривую, которую описывает точка S прямой NN, перекатываемой без скольжения по окружности радиуса гb. Эта окружность называется эволютой или основной окружностью, а перекатываемая прямая NN — производящей прямой. Характер эвольвентного зубчатого зацепления определяется свойствами эвольвенты. 1. Производящая прямая NN является одновременно касательной к основной окружности и нормалью ко всем производимым ею эвольвентам. 2. Две эвольвенты одной и той же основной окружности эквидистантны. 3. С увеличением радиуса rb основной окружности эвольвента становится более пологой и при rb > ? обращается в прямую. 4. Радиус кривизны эвольвенты в точке S2 равен длине дуги S0B основной окружности. Центр кривизны эвольвенты в данной точке находится на основной окружности.