В результате исследований установлены почти все известные виды износа (по классификации
Б.И. Костецкого): окислительный износ, схватывание первого рода, заедание, абразивный износ,
фреттинг-коррозия, поломка зубьев. При этом установлена прямая зависимость вида и величины
износа от условий эксплуатации муфты. Наиболее часто встречающиеся условия эксплуатации
зубчатых муфт (величина возвратно-поступательного скольжения зубьев более 0,3 мм, давление
в пределах 550...660 МПа для закаленных и 300...350 МПа для незакаленных зубьев) приводит
к неблагоприятному виду разрушения зубьев - схватыванию первого рода и заеданию (рис. 1).
Рисунок 1 - Микроструктура поверхностного слоя зубьев зубчатых муфт,
работавших в режиме схватывания, 360x
Это обстоятельство ставит перед конструкторами и технологами задачу повышения долговечности
зубчатых муфт. Для снижения износа зубьев и повышения долговечности муфт применяют
конструкторские, технологические и эксплуатационные методы. Одним из широко распространенных
методов является термоупрочняющая обработка зубьев зубчатых муфт. Механические свойства, а,
следовательно, и твердости материалов зубьев зубчатой втулки и зубчатой обоймы не могут
быть назначены произвольно, а должны находиться в некотором соответствии. Это соответствие
регламентируется понятиями прямой и обратной пары.
В паре трения, образованной скользящими поверхностями, имеющими разные твердости НВ и
размеры площадей трения S, можно различать два условия, связанные с расстановкой материалов
по твердости:
НВ1>НВ2, S2>S1
НВ1<НВ2, S2>S1
где HB1 и НВ2 - твердости одной и второй трущихся поверхностей,
S1 и S2 -соответствующие величины поверхностей трения.
Пару с расположением материалов, удовлетворяющих первому условию, называют прямой парой
трения, удовлетворяющим второму условию - обратной парой. В случае прямой пары трения по
большей поверхности скользит более твердое тело, а в случае обратной пары трения - скользит
более мягкое тело [3].
Зубчатая муфта предназначена для соединения несобсных валов. Это положение и погрешности
изготовления зубчатого соединения приводят к перекосу осей втулки и обоймы и к кромочному
контакту зубьев втулки и обоймы.
Выбор прямой и обратной пары — важная задача, которую приходится решать конструктору при
определении конструктивных параметров зубчатых муфт и физико-механических свойств материалов
зубчатых втулок и зубчатых обойм.
Техническими условиями многих изготовителей зубчатых муфт не предусматривается
химико-термическая упрочняющая обработка основных элементов конструкции зубчатых
муфт - зубчатых обойм и втулок. Считается, что незакаленные обоймы и втулки быстрее
притираются и при этом создается | оптимальный контакт зубьев. Наши
исследования показывают, что большинство зубчатых муфт работают в режиме схватывания.
Это указывает на актуальность создания прямой или обратной пары трения в зубчатых муфтах.
Созданием химико-термической обработкой различные твердости зубьев обоймы и втулки решается
задача выбора прямой или обратной пары трения. При правильном выборе возникает возможность
избежать таких отрицательных явлений при трении, как схватывание, задиры, заедание и др.
В случае прямой пары трения по большей поверхности зуба обоймы скользит более твердый зуб
втулки, имеющий кромочный контакт. А в случае обратной пары трения мягкий зуб втулки
скользит по более твердому зубу обоймы (рис. 2).
Рисунок 2 - Прямая (а) и обратная (б) пара трения в зубчатой муфте: 1 - зуб обоймы; 2 - зуб втулки
Чтобы решить, какая пара трения - прямая или обратная - предпочтительнее, следует установить
требования к паре в отношении надежности ее работы, износостойкости, экономичности в условиях
эксплуатации. Недостаточная надежность пары трения в связи с расположением материалов может
выразиться в проявлении схватывания или заедания. Опыт эксплуатации машин и лабораторные
испытания показывают, что обратные пары трения более стойки против заедания, а при
возникновении заедания имеют меньшее повреждение поверхностей.
Для создания обратной пары трения зубьев обоймы втулки необходимо зубья обоймы подвергать
термоупрочняющей обработке. Это приводит к следующим преимуществам: меньшая опасность
повреждения зубьев обоймы схватыванием, более быстрая приработка зуба втулки, имеющего
меньшую поверхность и, как следствие, устранение кромочного контакта, благодаря созданию
оптимальной поверхности зуба. Последнее обстоятельство может приводить к возникновению
жидкостного трения.
Преимущества обратной пары трения зубьев в зубчатой муфте очевидны. Особенно эти преимущества
проявляются в муфтах, работающих со значительными перегрузками. В условиях таких перегрузок
работают прокатные станы, мостовые подъемные краны, угледобывающие комбайны и другие машины.
При значительной перегрузке зубьев муфты пласти¬ческая деформация в обратной паре
не препятствует выполнению парой своих функций (не возникает схватывание, заедание), а в
прямой паре работа муфты становится практически невозможной. Заедание и схватывание резко
увеличивает коэффициент трения, приводит к увеличению усилий в валах соединяемых муфтой
агрегатов, к дополнительной деформации валов, к увеличению смещения осей валов и, в итоге, к
аварии машины.
Следовательно, дополнительные затраты на термообработку элементов муфты могут быть
компенсированы повышением надежности и долговечности муфт.
Список использованой литературы
- Польченко В. В., Сурело М. А. Определение долговечности зубчатых муфт
с учетом износа и распределения нагрузки между зубьями. Прогрессивные
технологии и системы машиностроения: Сб. научных трудов. - ДонГТУ, 2000.
Выпуск 10.- с. 210-213.
- Польченко В. В. К расчету зубчатых муфт на долговечность// Теория и
практика расчетов деталей машин на износ. - М.: Наука, 1983.
- Основы трибологии (трение, износ, смазка): Учебник для технических
вузов. 2-е изд. переработ. и доп./ А. В, Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н. А. Буше и др.;
Под общ. ред. А. В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2001.- 664 с., ил.
