Абразивный износ является основной причиной выхода из строя передач при плохой смазке. К таким передачам относятся прежде всего открытые передачи, а также закрытые, но недостаточно защищённые от загрязнения абразивными частицами (пыль, продукты износа и т. п.). У изношенной передачи увеличиваются зазоры в зацеплении, появляется шум, возрастают динамические нагрузки. В то же время прочность изношенного зуба понижается вследствие уменьшения площади его поперечного сечения. Всё это может привести к поломке зубьев, если зубчатые колёса своевременно не забраковать.

Расчёт на износ затруднён тем, что интенсивность износа зависит от многих случайных факторов, в первую очередь от интенсивности загрязнения смазочного материала.

На практике, при расчёте передач, у которых наблюдается износ зубьев, понижают допускаемые контакты напряжений до значений, установленных на основе опыта эксплуатации подобных конструкций.

Основные меры предупреждения износа – повышение твёрдости поверхности зубьев, защита от загрязнения, применение специальных масел.

Заедание наблюдается преимущественно в высоконагруженных и высокоскоростных передачах. В месте соприкасания зубьев этих передач развивается высокая температура, способствующая разрыву масляной плёнки и образованию металлического контакта. Здесь происходит как бы сваривание частиц металла с последующим отрывом их от менее прочной поверхности. Образовавшиеся наросты задирают рабочие поверхности зубьев в направлении скольжения. Кромочный удар способствует заеданию. Меры предупреждения заедания те же, что и против износа. Желательно фланкирование зубьев и интенсивное охлаждение. Эффективно применение противозадирных масел с повышенной вязкостью химически активными добавками. Правильным выбором сорта масла можно поднять допускаемую нагрузку по заеданию над допускаемыми нагрузками по другим критерия.

Пластические сдвиги наблюдаются у тяжелонагруженных зубчатых колёс, выполненных из мягкой стали. При перегрузках на мягкой поверхности зубьев появляются пластические деформации с последующим сдвигом в направлении скольжения. В результате у полюсной линии зубьев ведомого колеса образуется хребет, а у ведущего – соответствующая канавка. Образование хребта нарушает правильность зацепления и приводит к разрушению зубьев. Пластические сдвиги можно устранить повышением твёрдости рабочих поверхностей зубьев.

Отслаивание твёрдого поверхностного слоя зубьев, подвергнутых поверхностному упрочнению (азотирование, цементирование, закалка ТВЧ и т. п.). Этот вид разрушения наблюдается при недостаточно высоком качестве термообработки, когда внутренние напряжения не сняты отпуском или когда хрупкая корка зубьев не имеет под собой достаточно прочной сердцевины. Отслаиванию способствуют перегрузки.

Из всех перечисленных видов разрушения поверхности зубьев наиболее изучено выкрашивание. Это позволило выработать нормы допускаемых контактных напряжений, устраняющих выкрашивание в течение заданного срока службы. Расчёты по контактным напряжениям, предупреждающие выкрашивание, получили широкое распространение.

Специальные методы расчёта для предупреждения других видов разрушения поверхности зубьев или ещё не разработаны (при пластическом сдвиге, отслаивании), или недостаточно разработаны (при износе, заедании).

3. Практикой эксплуатации и специальными исследованиями установлено, что нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твёрдостью материала. Высокую твёрдость в сочетании с другими характеристиками, а, следовательно, малые габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колёс из сталей, подвергнутых термообработке. Сталь в настоящее время – основной материал для изготовления зубчатых колёс.

4. Материал детали – сталь 40ХН ( конструкционная, легированная, 0.4%С, 1%Сr,), σВ=1600 МПа (предел прочности), σт=1400 МПа (предел текучести), твёрдость зубьев на поверхности и в сердцевине – 48 54 HRC, tв=-40, tн=-100. Сталь подвергается закалке, отпуску. Применение высокотвёрдых сталей является большим резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач. Однако с высокой твёрдостью связаны некоторые дополнительные трудности: 1) высокотвёрдые материалы плохо прирабатываются, поэтому они требуют повышенной точности изготовления, повышенно жёсткости валов и опор, желательно фланкирование зубьев прямозубых колёс. 2) нарезание зубьев при высокой твёрдости затруднено, поэтому термообработку выполняют после нарезания. Некоторые виды термообработки (объёмная закалка, цементация) сопровождаются значительным короблениям зубьев. Для исправления формы зубьев требуются дополнительные операции: шлифовка, притирка, обкатка и т. п.

5. Сталь подвергают при температуре 820 – 840 градусов по Цельсию объёмной закалке, потом её охлаждают в масле, затем подвергают отпуску при температуре 180 – 200 градусов. Так как кованные зубчатые колёса изготовляют из конструкционных легированных сталей, то они обладают более высокой прочностью по сравнению с литыми зубчатыми колёсами, что позволяет уменьшить массу и габаритные размеры редукторов. Кроме того, при изготовлении кованных зубчатых колёс почти полностью исключаются пороки, свойственные отливкам.

Объёмная закалка – наиболее простой способ получения высокой твёрдости зубьев. При этом зуб становится твёрдым по всему объёму. Недостатки объёмной закалки: коробление зубьев и необходимость последующих отделочных операций, понижение изгибной прочности при ударных нагрузках (материал приобретает хрупкость); ограничение размеров заготовок (размер сечения не более 40 мм). Последнее связано с тем, что для получения необходимой твёрдости при закалке скорость охлаждения не должна быть ниже критической. С увеличением размеров сечения детали скорость охлаждения падает, и если её значение будет меньше критической, то получается так называемая мягкая закалка. Мягкая закалка имеет пониженную твёрдость.

Отпуск заключается в нагреве закалённой стали до температур ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определённой скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства.

Изготавливаются кованные зубчатые колёса на кузнечно-прессовом оборудовании. Размер и качество изготовления зависит от мощности прессов и молотов.

Список используемой литературы:

1. Анфимов М. И. Редукторы. Конструкции и расчёт: Альбом. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 464 с.: ил.

2. Детали машин: учебник для машиностроительных специальностей вузов/М. Н. Иванов, В. А. Финогенов – 8-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2003. – 408 с.: ил.

3. Курсовое проектирование деталей машин/В. Н. Кудрявцев, Ю. А. Державец, И. И. Арефьев и др.; Под общей редакцией В. Н. Кудрявцева: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. - 400 с.: ил.