Виды повреждений зубчатых колес

Зубчатые передачи. Виды повреждений зубьев зубчатых колес

Принцип действия и классификация зубчатых передач рассмотрены в курсе ТММ. В курсе «Детали машин» изучают методы расчета зубчатых передач на прочность и долговечность.

Основные достоинства зубчатых передач:

  • высокая нагрузочная способность;
  • надежность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок;
  • большая долговечность;
  • постоянство передаточного отношения;
  • высокий КПД.

Среди недостатков можно отметить:

  • повышенные требования к точности изготовления;
  • шум при высоких скоростях;
  • высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.

Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими видами передач, что предопределяет их широкое применение в технике.

При передаче вращающего момента зубья находятся в сложном напряженном состоянии. Причем эти напряжения являются переменными. Поэтому зубья могут выходить из строя в результате усталостного разрушения:

  • излома зубьев от напряжений изгиба;
  • выкрашивания рабочих поверхностей зубьев от контактных напряжений.     

Поломка зубьев является наиболее опасным видом разрушения. Выходит из строя колесо, а обломки зуба, попадая между вращающимися деталями, могут привести к выходу из строя валов, подшипников и других деталей.

Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками или длительной переменной нагрузкой, под действием которой в зонах концентрации  напряжений образуется и развивается усталостная трещина. Для предупреждения поломки зубьев их рассчитывают на изгибную прочность (выносливость).

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства хорошо смазываемых и защищенных от загрязнений зубчатых колес. Выкрашивание или отрыв от рабочей поверхности зубьев мелких частиц металла приводит к образованию ямок, раковин. Выкрашивание носит усталостный характер.

В результате зацепления зубьев контактные напряжения в каждой точке рабочей поверхности зубьев изменяются по отнулевому циклу. Усталостные трещины обычно зарождаются у поверхности, где возникает концентрация напряжений из-за микронеровностей.

Для предупреждения усталостного выкрашивания зубчатую передачу рассчитывают на контактную выносливость.

Ступенчатое регулирование выполняют в коробках скоростей с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т.п. Бесступенчатое регулирование - с помощью фрикционных или цепных вариаторов.

Механические передачи ступенчатого регулирования с зубчатыми колесами обладают высокой работоспособностью и поэтому широко применяются в машиностроении.

Механические передачи бесступенчатого регулирования обладают меньшей нагрузочной способностью и имеют меньшее распространение. Конкурентами этих передач являются гидравлические передачи, которые позволяют передавать большие мощности и иметь сравнительно простую систему автоматического регулирования.