Виды разрушения зубьев - Лекция, раздел Образование, Классификация механизмов, узлов и деталей машин При Передаче Вращающего Момента Возникают Упругие Деформации Профилей Зубьев,...
При передаче вращающего момента возникают упругие деформации профилей зубьев, вызывающие на поверхности зуба контактные напряжения σH, а у основания зуба напряжения изгиба σF, которые изменяются во времени по отнулевому циклу (рисунок 3.4). Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев, вызывающего выкрашивание поверхности зубьев. Зубья также разрушаются вследствие поломки, износа и заедания.
Усталостное выкрашивание поверхностных слоев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства закрытых, хорошо смазываемых и защищённых от загрязнений зубчатых колёс. На рабочей поверхности, ниже полюсной линии, появляются оспинки, которые затем превращаются в раковины (питинг) и растут по поверхности к ножке.
Рисунок 3.5 – Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев
Для предотвращения выкрашивания зубья рассчитывают на контактную выносливость рабочих поверхностей по контактным напряжениям (σH).
Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками ударного или статического действия или усталостью материала от многократно повторяющихся нагрузок. Чаще выламывается один из углов зуба. Для предотвращения поломок зубья рассчитывают по напряжениям изгиба (σF).
Рисунок 3.6 – Поломка зубьев
Абразивный износ характерен для открытых и закрытых зубчатых передач, работающих в среде засорённой абразивом (горных, дорожных, строительных, с/х, транспортных и др. машин). Износ приводит к утонению зуба, что, в свою очередь, приводит к понижению его прочности, появлению дополнительного шума, повышению динамических нагрузок.
Рисунок 3.7 – Абразивный износ зубьев
Заедание зубьев наблюдается у тяжелонагруженных и скоростных редукторов. Его механизм – местное молекулярное сцепление контактирующих поверхностей в условиях разрушения смазочной пленки. Пленка разрушается из-за повышенного контактного давления, высоких скоростей и температур.
Рисунок 3.8 – Характер разрушения зубьев при заедании
Расчётная нагрузка
Известно, что при работе передачи в зубчатом зацеплении возникают дополнительные нагрузки из-за ошибок изготовления деталей и их деформации в условиях эксплуатации. За расчетную нагрузку принимают максимальное значение удельной нагрузки, распределенной по линии контакта зубьев (рисунок 3.4):
 ,
| (3.4)
|
где Fn – нормальная сила в зацеплении; К – коэффициент расчетной нагрузки; lΣ – cуммарная длина линии контакта зубьев.
Коэффициент расчетной нагрузки учитывает влияние внешних факторов на работоспособность зубчатой передачи и определяется по выражениям:
- при расчете на контактную прочность
 ,
| (3.5)
|
- при расчете на изгибную выносливость
| (3.6)
|
где KНβ, KFβ– коэффициент концентрации нагрузки; KНv, KFv - коэффициент динамической нагрузки; KHα, KFα – коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями.
Коэффициенты KНβ и KFβучитывают неравномерность распределения нагрузки по длине зуба и связаны с деформацией зубчатых колёс, валов, корпуса, опор и погрешностью их изготовления. На величину этих коэффициент влияет расположение колес относительно опор (рисунок 3.9), а также ширина колес и свойства материала. Ширина колес учитывается коэффициентом ψbd = b / d1, а свойств материала – твердостью НВ1 и НВ2.
Рисунок 3.9 – Расположение колес относительно опор: а) симметричное; б) несимметричное; в) консольное
Согласно рисунка 3.9 зубья колес могут соприкасаться равномерно (а), частично (б) и неравномерно (в). В первом случае коэффициент нагрузки Kβ ≈ 1,05, во втором случае – Kβ ≈ 1,1 и в третьем – Kβ ≈ 1,2 ÷ 1,3.
Коэффициент динамической нагрузки учитывает возникновение в зацеплении колес дополнительных динамических нагрузок. Его величина зависит от окружной скорости, точности их изготовления и сборки, упругости зубьев, свойств материала и т. д.
Коэффициенты KHα и KFα учитывают неравномерность распределения нагрузки между зубьями. Их величина зависит от окружной скорости колес и степени точности изготовления. Для прямозубых передач KHα = KFα = 1.
Все темы данного раздела:
Основные критерии работоспособности деталей машин
Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями техдокументации.
Детали машин выходят из строя по
Объемная прочность
Основы расчета на объемную прочность подробно рассматриваются в курсе сопротивления материалов.
Рисун
Поверхностная прочность
Поверхностная прочность представляет особый класс задач, связанных с первоначальным контактом деталей в точке или по линии (подшипники качения, зубчатые, фрикционные передачи и т. д.). В этом случа
Жесткость
Жесткость – это способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под действием приложенной нагрузки.
Жесткость оценивают по величине силы, вызывающей единичное перемещение (ли
Износостойкость
Износостойкость – способность материала детали сопротивляться изнашиванию детали в определенных условиях трения (сухое, граничное, жидкостное) или иного воздействия (например, удар).
В про
Теплостойкость
Теплостойкость – это способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Перегрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия:
Вибростойкость
Вибростойкостью называется способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса.
Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения и, к
Кинематические и силовые соотношения в передачах
Каждая механическая передача состоит из двух звеньев – ведущего 1 и ведомого 2 (рисунок 2.3). Поэтому параметры, относящиеся к каждому звену, обозначаются соответственно индексами «1» и «2».
Основы теории зубчатого зацепления
В современном машиностроении в основном применяют эвольвентное зацепление, предложенное Эйлером в 1760 году. В 1954 г. М. Л. Новиковым было предложено принципиально новое зацепление, в котором проф
Выбор степени точности изготовления колес
Погрешности изготовления зубчатых колес приводит к повышению динамических нагрузок, вибрации, шуму передач. Основными погрешностями изготовления и монтажа зубчатых колес является погрешность окружн
Усилия в зацеплении зубчатых колес
В процессе работы передачи каждый зуб кратковременно входит в зацепление и выходит из него. При этом он находится в сложном напряженном состоянии, а также подвергается циклическому воздействию. Реш
Выбор материала для изготовления колес
При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, контактную прочность поверхностных слоев зубьев и сопротивление заеданию.
Основным материалом для
Расчет на контактную прочность
В прямозубых колесах зубья входят в зацепление сразу по всей длине. Это явление сопровождается ударами и шумом, особенно при высоких скоростях.
Расчет на контактную прочность выполняют, по
Расчет на изгибную выносливость
Наклонное расположение зубьев увеличивает их прочность на изгиб и уменьшает динамические нагрузки. Это учитывается введением поправочных коэффициентов в расчетную формулу для прямозубых передач (3.
Расчет на контактную прочность
Расчет зубьев прямозубых конических передач по контактным напряжениям проводим по той же методике, что и цилиндрических зубчатых передач. В основе расчета лежит формула Герца
Расчет на изгибную выносливость
Расчет на изгибную прочность конических прямозубых колес выполняют по зависимости, аналогичной прямозубой цилиндрической передаче (выражение 3.26):
Расчет червячных передач на контактную прочность
Червяки изготавливают из сталей типа 20Х, 18ХГТ с твердостью после цементации 57 ÷ 64 HRC, а также сталей типа 45, 40Х, 40ХН с поверхностной закалкой до твердости 45 ÷ 55 HRC. Во всех
Расчет червячных передач на изгибную выносливость
Расчет зубьев червячного колеса на изгиб проводим аналогично расчету косозубого зацепления. Только зубья червячного колеса из-за дугообразной (серповидной) формы примерно на 40 % прочнее цилиндриче
Тепловой расчет
Червячная передача работает с большим тепловыделением, что приводит к нагреву смазочного материала. Повышение температуры свыше 110 ˚С приводит к потере защитных свойств масляной плёнки и увел
А) передачи с трением скольжения
В грузовых механизмах применяют трапецеидальную и упорную резьбу. В ходовых механизмах чаще используют многозаходную трапецеидальную резьбу. В механизмах точных перемещений и установочных винтах пр
Б) передачи с трением качения
В передаче качения винтовые канавки служат дорожками качения для шариков. При вращении винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в перепускной канал в гайке и воз
Планетарные зубчатые передачи
Планетарными называются передачи, имеющие зубчатые колеса с перемещающимися осями. Эти колеса называются сателлитами. Зубчатые колеса с общей центральной осью, с которыми взаимодейств
Волновые зубчатые передачи
Волновыми называются передачи, у которых передача вращательного движения осуществляется путем бегущей волны деформации одного из зубчатых колес.
Приводные ремни
Приводные ремни должны обладать достаточной прочностью, гибкостью, долговечностью, износостойкостью, высоким коэффициентом трения, низкой стоимостью. Наиболее распространены резинотканевые ремни и
Сравнительная оценка плоскоременной и клиноременной передачи
В современных приводах преимущественно используются клиноременные передачи, так как клиновидная форма поперечного сечения ремня позволяет существенно увеличить тяговую способность передачи.
Кинематика ременных передач
Упругое скольжение ремня характеризуется коэффициентом скольжения
,
(4.4
Геометрические параметры передачи
Диаметр ведущего шкива плоскоременной передачи определяют по формуле М. А. Северина
Усилия и напряжения в ремне
Для создания силы трения необходимо предварительное натяжение ремня силой F0 (рисунок 4.4, а). При этом ветви ремня удлинятся на величину λ.
Напряжения в ремне
При работе ременной передачи в поперечных сечениях ремня возникают следующие виды напряжений:
- напряжение от предварительного натяжения ремня
Критерии работоспособности и расчет ременной передачи
Основным критерием работоспособности ременных передач является тяговая способность – надежность сцепления ремня со шкивом и долговечность ремня, которая зависит в основном от сопротив
Расчет плоскоременных передач
Целью расчета по тяговой способности является определение площади поперечного сечения ремня по формуле
Расчет клиноременных передач
Так как клиновые ремни по площади поперечного сечения, а значит и по тяговой способности стандартизированы, то целью расчета является определение необходимого количества ремней
Критерии работоспособности и расчет ременной передачи
Основным критерием работоспособности ременных передач является тяговая способность – надежность сцепления ремня со шкивом и долговечность ремня, которая зависит в основном от сопротив
Расчет плоскоременных передач
Целью расчета по тяговой способности является определение площади поперечного сечения ремня по формуле
Расчет клиноременных передач
Так как клиновые ремни по площади поперечного сечения, а значит и по тяговой способности стандартизированы, то целью расчета является определение необходимого количества ремней
Приводные цепи
Основными типами приводных цепей являются роликовые, втулочные и зубчатые, параметры которых стандартизированы. Наиболее распространенными являются роликовые цепи (рисунок 5.2)
Основные параметры цепных передач
Передаточное число определяют из условия равенства окружных скоростей на обеих звездочках
Критерий работоспособности и расчет цепных передач
Цепные передачи выходят из строя чаще всего, по следующим причинам:
- износ шарниров, приводящий к удлинению цепи за счет увеличения шага и, как следствие, к нарушению зацепления цепи с зу
Расчетные нагрузки и методы расчета валов и осей
Основным критерием работоспособности валов и осей является прочность и жесткость.
На валы и оси при эксплуатации действуют нагрузки в виде сосредоточенных и распределенных си
Расчет валов и осей на жесткость.
Упругие деформации валов и осей, как правило, оказывают неблагоприятное влияние на работу подшипников, зубчатых зацеплений, шпоночных и шлицевых соединений и т. д. Поэтому при проектировании валов
Режимы работы подшипников
При конструировании подшипников скольжения всегда добиваются минимальных потерь на трение. Это приводит к экономии энергии, уменьшению тепловыделения и снижению износа сопряженных поверхност
Скольжения
На практике в подшипниках скольжения чаще всего реализуется смешанное трение. Однако для работы подшипников самым благоприятным является режим жидкостного трения.
Известны два способа созд
Нагрузочная способность и условный расчет подшипников скольжения.
Условный расчет позволяет предварительно оценить пригодность выбранного материала и размеров подшипника для конкретных условий работы на основании накопленного опыта конструирования и эксплуатации
Условные обозначения подшипников
Условное обозначение подшипников состоит из ряда цифр и букв, нанесенных на торце одного из колец:
- последние две цифры, умноженные на пять, обозначают внутренний диаметр d подшипника. Эт
Виды разрушений и критерий работоспособности подшипника
Основной причиной выхода из строя подшипников качения при нормальной эксплуатации и скоростях n ≥ 10 мин-1 является выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения. Это связа
Расчетный ресурс подшипников качения.
Ресурс подшипников выражают в миллионах оборотов L или в часах Lh, которые связаны между собой соотношением:
Сварные соединения
Это наиболее рациональный и распространенный вид неразъемных соединений, приближающий по прочности составные детали к целым. Очень широко применяются в машиностроении.
Применяют следующие
Шпоночные соединения
Передача вращающего момента между деталями соединения осуществляется с помощью специальной детали – шпонки.
Шпонка – деталь в форме бруса (рисунок 9.4), устанавливаемая в пазах двух сопряг
Шлицевые (зубчатые) соединения
Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночные, у которого шпонки (зубья) выполнены за одно целое с валом и входят в соответствующие пазы (шлицы), выполненные в ступице детали (
Резьбовые соединения
Резьбовыми называют соединения, выполненные при помощи резьбы. К ним относят соединения при помощи болтов (винт с гайкой), винтов, шпилек и т. д. Это одно из старейших и наиболее распространенных в
Момент завинчивания
Резьбовые соединения собирают путем завинчивания винтов или гаек. Затяжку резьбовых соединений осуществляют при помощи гаечных ключей.
Момент завинчивания Тзав, который с
Самоторможение винтовой пары
Опусканию ползуна по наклонной плоскости соответствует случай отвинчивания гайки (рисунок 9.9, б). В этом случае окружная сила Ft и сила трения меняют направление. Из указанной сх
К.п.д. винтовой пары
Этот показатель можно определить как отношение полезной работы к затраченной. Согласно схеме, показанной на рисунке 9.9, а, полезная работа заключается в вертикальном перемещении груза
Расчет резьбы на прочность
Практика показывает, что основными причинами разрушения резьбовых соединений являются:
1. Усталостное разрушение в виде обрыва стержня винта (более 65 % случаев).
2. Срез резьбы (
А) расчет незатянутого винтового соединения.
Этот случай характерен для крюковых подвесок кранов, рым-болтов и т. д. (рисунок 9.14).
Рисунок 9.14
Б) расчет затянутого винтового соединения.
Этот случай характерен для крепления крышек сосудов, находящихся под давлением, что требует обеспечения герметизации соединения.
В этом случае кроме растяжения тела винта усилием затяжки F
А) винт поставлен с зазором.
Рисунок 9.15 – Болтовое соединение, работающее на сдвиг (болт поставлен с зазором)
В этом случае внеш
Б) винт поставлен без зазора.
В этом случае затяжка отсутствует, винт поставлен в отверстие детали без зазора (легкой запрессовкой), поэтому отверстие обрабатывают под развертку.
Фрикционно-винтовые (клеммовые) соединения
Принцип действия клеммовых соединений основан на использовании сил трения, развивающихся между цилиндрическими поверхностями за счет затяжки винта.
Преимущества:
Соединения деталей с натягом
Это условно неразъемное соединение, т. к. его можно разбирать без разрушения, но повторная сборка-разборка снижает надежность.
Натяг образуется за счет положительной разности диамет
Проектирования
В настоящее время успешно развивается система автоматизированного проектирования (САПР).
Необходимо учитывать, что любое изделие, отвечающее своему назначению, может быть выполнено во мног
Способах изготовления
При конструировании новых изделий, необходимо учитывать не только факторы, обеспечивающие работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость и т. д.) при минимальной материалоемкости и
Механически обрабатываемые детали
Сокращение объема механической обработки, может быть достигнуто путем максимального приближения размеров заготовки к окончательной форме детали. Например, при изготовлении шестигранных гаек,
Особенности конструирования литых изделий
В механизмах малой мощности (до 100 кВт) литые корпуса желательно изготовлять из алюминиевых и магниевых сплавов. Это позволяет снизить массу деталей почти в три раза по сравнению с чугунными издел
Новости и инфо для студентов