Расчет на контактную прочность поверхности зубьев

РАСЧЕТ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПРЯМОЗУБЫХ ШЕСТЕРЕН

Дефекты шестерен

Закрытыми называются передачи, заключенные в пыленепроницаемый закрытый корпус, с организованной смазкой.

Открытыми называются передачи, не защищенные от пыли, с нерегулярной смазкой.

1) Износ поверхностей зубьев - очень значительный в открытых передачах и небольшой в закрытых. Меры борьбы с износом - повышение поверхностной твердости зубьев.

2 ) Питинг - поверхностное выкрашивание зубьев в зоне полосной линии. Возникает он вследствие усталости поверхностного слоя зубьев в результате высоких контактных напряжений. Питинг начинается с образования усталостных микротрещин, которые под влиянием циклических нагрузок постепенно развиваются, чему способствует высокое давление масла в зоне контакта зубьев. В открытых передачах питинг обычно не возникает, так как микротрещины изнашиваются раньше, чем успеют развиться.

Меры борьбы с питингом заключаются в повышении жесткости корпусов, валов и опор и точности их изготовления с целью увеличения площадок контакта зубьев.

3) Усталостная изгибная поломка зубьев.

Меры борьбы - увеличение модуля или улучшение качества материала и термообработки.

4) Задиры поверхностей зубьев могут иметь место в тихоходных сильно нагруженных передачах.

Меры борьбы - применение противозадирных смазок, содержащих животные жиры и графит.

Расчет базируется на известной формуле Герца для контактного сжатия цилиндров с параллельными осями:

Характерными особенностями контактного сжатия являются:

а) весьма ограниченная площадь контакта я а связи с этим высокие напряжения;

б) объемный характер напряженного состояния;

в) эллиптическая эпюра контактных напряжений, распространяющаяся только на зону контакта.

Теоретически интенсивность нагрузки:

Выразим r_к и r_к через межцентровое расстояние А:

тогда

В действительности расчетная интенсивность нагрузки будет отличаться от теоретической на величину поправочных коэффициентов К_к и К_д.

Рис. 35

Здесь: К_к - коэффициент концентрации нагрузки, выражающий неполноту контакта по линии. Он зависит от деформации валов (рис. 36 в) и ширины шестерен. К_д - коэффициент динамичности нагрузки, зависящий от окружной скорости и чистоты обработки поверхности зубьев.

Приведенная кривизна зубьев шестерен в точке контакта (рис. 35 б).

(Знак минус для внутреннего зацепления).

Здесь: r_ш и r_к - мгновенные радиусы кривизны в полосе зацепления.

.

Приведенный модуль упругости:

.

Здесь: Е_ш и Е_к - модули упругости материала шестерни и колеса.

Если обе шестерни изготовлены из одного материала, то в формулу подставляется:

Подставляя в основную формулу все величины, получим:

Выразив крутящий момент на оси колеса через мощность в кВт:

E = 2,1*10⁶

Получаем проверочную формулу в окончательном виде:

или

По этой формуле можно проверить и сравнить с допускаемыми, действующие в данной передаче, контактные напряжения.

Для проектного расчета эта формула преобразуется, для чего ширина шестерни выражается через межцентровое расстояние.

Коэффициент относительной ширины , тогда:

Для редукторов в среднем y = 0,2 + 0,4.

Для коробок передач y = 0,1 + 0,2.

Здесь: b - ширина шестерни в см;

А - межцентровое расстояние в см;

n_к - число оборотов в минуту вала колеса;

N - мощность на валу колеса в кВт;

[s] - допускаемое контактное напряжение.

По полученной величине межцентрового расстояния можно подобрать модуль, задавшись числом зубьев малой шестерни Z_ш = 17 - 25 (с коррекцией Z ³ 14).

Дата добавления: 2014-01-20