Общие сведения о расчетах зубьев колес на прочность

На этапе проектирования зубчатой передачи выполняют приближенные расчеты напряжений в зубьях колес от усилия, действующего в зацеплении, и оценивают прочность передачи. Прочность зубьев определяется величинами контактных и изгибных напряжений, которые изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Возникающие переменные нап­ряжения являются причиной усталостных разрушений зубьев. Напряжение вызывает поломку зуба у его основания, а напряжение выкрашивание поверхностей в зоне контакта зубьев. Для повы­шения изгибной прочности рекомендуется увеличение модуля зацепления, изменение профиля зуба за счет положительного смещения режу­щего инструмента, уменьшение концентрации напряжений у ножки зуба за счет выполнения галтели, наклеп поверхности зуба, правильный выбор тер­мообработки.

Для улучшения контактной выносливости необходима термообработка с целью увеличения поверхностной твердости материала зубьев, повышение степени точности изготовления и сборки (повышение точности по норме контакта зубьев).

Исходя из вышесказанного следует, что зубья открытых передач рассчитывают обычно только на изгиб, а закрытых передач на контактную прочность и изгиб. Однако основным в этом случае является расчет на контактную выносливость.

Контактные напряжения вызывают усталостное выкрашивание на рабочих поверхностях зубьев даже при наличии хорошей смазки. На поверхностях зубьев появляются небольшие углубления, напоминающие оспинки, которые растут и превращаются в раковины. Выкрашивание обычно начинается вблизи линии полюса зацепления на ножках зубьев там, где нагрузка передается одной парой зубьев, а вза­имное перекатывание зубьев способствует запрессовыванию масла в возникающие на поверхности микротрещины. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки на контактирующих поверхностях, появляется металлический контакт с последующим быстрым износом и задиром рабочих поверхностей.