Влияние контактных деформаций и износа на условия работы зубчатой передачи

Правильно спроектированная и изготовленная зубчатая передача при нормальной эксплуатации не должна ни перегреваться, ни издавать сильный шум при работе.

Чрезмерный шум и значительный нагрев передачи свидетельствуют о недостатках ее конструкции, изготовления или сборки.

Основной причиной шума является неравномерная нагрузка на  зубья, а также статическая и динамическая неуравновешенность вращающихся деталей.

Неравномерная нагрузка на зубья (удары, динамические нагрузки) и изменения деформации зубьев в процессе зацепления вызывают колебания зубчатых колес. Даже небольшие колебания колес, передаваемые через валы и подшипники на корпус, могут вызвать такую его вибрацию, которая сопровождается сильным шумом.

Повышение точности изготовления зубчатых колес позволяет значительно уменьшить шум передачи.

Чрезмерное повышение температуры зубчатой передачи происходит либо из-за недостаточности отвода тепла, либо из-за слишком высоких внутренних потерь.

Теплопередачу уменьшает ограниченность пространства вокруг корпуса передачи и загрязненность поверхности корпуса как изнутри, так и снаружи.

Повышение температуры может быть обусловлено также плохим качеством смазки (возрастает трение), чрезмерно большой ее вязкостью (увеличивается мощность на перемешивание), или слишком большим ее количеством (излишние потери на взбалтывание).

Однако правильно спроектированная передача при естественном охлаждении и правильно выбранном сорте масла должна работать при нагревании передачи до допустимой границы.

В результате чрезмерного повышения температуры, неудовлетворительной смазки, а также дефектов изготовления и перегрузки возможны повреждения зубьев. Типичными видами повреждения зубьев являются: поломка, выкрашивание, истирание и заедание рабочих поверхно-
стей зубьев.

Поломки зубьев в основном носят усталостный характер. Вследствие периодического действия переменной нагрузки при каждом очередном вхождении зуба в зацепление у его основания возникают напряжения изгиба.

Наибольшие напряжения возникают в момент приложения силы G к вершине зуба. На поверхности галтели в зоне максимальной концентрации напряжений при определенном числе циклов нагружений возможно возникновение трещины. Если зуб работает одной стороной, то трещина, как правило, образуется в зоне растяжения.

Другой причиной поломки зубьев является значительная перегрузка. Поломка зубьев происходит из-за больших перегрузок в том случае, если недостаточна их статическая прочность на изгиб.

В открытых передачах причиной поломки зубьев обычно является возрастание динамической нагрузки по мере износа зубьев. То же может произойти и в закрытой передаче, если вследствие сильного износа или выкрашивания происходит искажение профиля зуба, приводящее к возрастанию динамической нагрузки.

Истирание поверхностей зубьев будет тем больше, чем больше удельное скольжение зубьев и чем больше контактное напряжение сжатия на этих поверхностях. Так как наибольшее удельное скольжение имеет место в начальной и конечной точках контакта зубьев, то наибольший износ происходит на ножках и на головках зубьев.

Вследствие износа зубьев искажается эвольвентный профиль, возрастает динамическая нагрузка, ослабляется ножка зуба, что ведет к возрастанию напряжений в корне зуба. В полюсе зацепления скольжения профилей нет, поэтому износ будет наименьшим.

Если поверхности контактирующих зубьев будут иметь неровности, то в начальный период работы передачи будет наблюдаться заметный износ зубьев до тех пор, пока поверхности зубьев не станут достаточно гладкими. Когда шероховатости па поверхности зубьев сгладятся, и высота неровностей станет меньше, чем толщина масляной пленки между зубьями, износ прекратится. Такой износ называется приработочным.

Недостаточная толщина масляной пленки, не обеспечивающая жидкостного трения, также является причиной возникновения износа.

Толщина масляной пленки зависит от вязкости масла, скорости колес, способа подачи масла в зацепление, количества масла и др.