Детали машин





Характер и причины отказов зубчатых передач



Проходя зону зацепления, при работе передачи зубья подвергаются циклическому нагружению. При этом на контактирующих поверхностях зубьев действует нормальная к ним сила Fn и сила трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу.
Повторно-переменные нагружения являются причиной усталостного разрушения зубьев – их поломки или выкрашивания рабочих поверхностей. Скольжение и силы трения в зацеплении вызывают изнашивание и заедание зубьев.

***

Поломка зубьев зубчатой передачи

Это наиболее опасный вид разрушения, так как приводит к внезапному и полному отказу передачи. Поломка является следствием усталости материала зубьев от действующих повторно-переменных напряжений изгиба или от перегрузки ударного характера. неисправности зубчатых передач Такое случается, например, при попадании между зубьев постороннего предмета или резкого переключения передач КПП.

Усталостные трещины образуются у основания зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью по сечению у основания зуба. При усталостном разрушении на теле колеса после излома остается вогнутая, а при подломке вследствие перегрузки – выпуклая поверхность.
Зубья шевронных и широких косозубых передач выламываются по наклонному сечению.

Повышению прочности зуба способствуют: увеличение модуля зацепления, снижение концентрации напряжений в основании зубьев, применение модификации, повышение прочности материала колес, повышение точности изготовления и монтажа передачи.
Для предупреждения усталостной поломки зубьев проводят расчет на прочность по напряжениям изгиба.

***




Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев

Это основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых хорошо смазываемых передач. Он является следствием действия повторно-переменных контактных напряжений. Разрушение начинается на ножке зуба вблизи полюсной линии, где действуют наибольшая нагрузка (зона однопарного зацепления) и большая сила трения (вблизи полюса минимальные скорости скольжения), способствующая образованию микротрещин на поверхности зубьев.

Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, попавшего в трещины зубьев.
Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц материала с поверхности, образованию мелких ямок, переходящих затем в более крупные раковины на всей поверхности зубьев.
При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, вибрация, повышается температура.

неисправности зубчатых передач

Выкрашивание может быть ограниченным и прогрессирующим. Ограниченное выкрашивание наблюдается на участках с концентрацией напряжения. В колесах, выполненных и хорошо прирабатывающихся материалов такое выкрашивание после приработки прекращается, не отражаясь на работе передачи. Опасно прогрессирующее выкрашивание, постепенно поражающее всю рабочую поверхность ножек зубьев.
Предотвращению выкрашивания способствует повышение твердости поверхности зубьев, уменьшение шероховатости рабочих поверхностей, модификация профиля, правильный выбор сорта масла.

Для предупреждения усталостного выкрашивания зубьев проводят расчет на прочность по контактным напряжениям.

***

Изнашивание зубьев

Изнашивание – основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб становится тоньше, ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что приводит к потере кинематической точности и в конечном счете – к поломке зубьев.
Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем модификации.

***

Заедание зубьев

Заедание зубьев заключается в приваривании частиц материала одного зуба к другому (микросварка) в результате разрушения смазочной пленки и местного нагрева, вследствие высоких давлений и скоростей скольжения в зоне контакта. Оторвавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев, бороздя их в направлении скольжения.
Заедание зубьев предупреждают повышением твердости, понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением модификации, подбором противозадирных масел, искусственным охлаждением передачи.
Заедание является наиболее опасным видом отказа тяжелонагруженных зубчатых передач.

***

Работоспособность и надежность деталей машин