Источник: Прогрессивные технологии и системы машиностроения:
Международный сборник научных трудов.
- Донецк, ДонГТУ - 1999. Вып. 8 с. 232-235.
Transmission perfection is achieved by excluding of premature damages and saving of transmission quality characteristics duduring resource. This is achieved by way of improving of their qualitet (exactness, precision), probability of work without a hitch and decreasing of specific material capacity by the way of constructive and technological resources.
Повышение требований к техническим системам потребовало совершенствование их составляющих систем, в том числе зубчатых передач.
В зубчатых передачах различных назначений квалитет колес обычно находится в пределах Q = 4…8; коэффициент полезного действия η = 0,95…0,98; удельная материалоемкость q = 0,2…2,5 кг/кВт, а вероятность безотказной работы – Р = 80…99,9%. Отмеченные характеристики качества при неблагоприятных условиях эксплуатации приводных систем могут ухудшаться. Это обычно приводит к преждевременным отказам передач. Когда в процессе эксплуатации не удается сохранить все или отдельные характеристики, то их нужно восстанавливать при плановом ремонте передач.
Пути совершенствования передач на стадии проектирования и ремонта можно установить из анализа преждевременных отказов или отбраковки их отдельных деталей и соединений [1]. Такой анализ показывает, что пока еще не исключены преждевременные отказы передач (в основном из-за повреждений зубьев – до 50…80% от всех повреждений) в виде их усталостных и хрупких поломок (20…80% от всех повреждений зубьев), усталостного выкрашивания (2…60%), заедания (2…9%), различных видов износа поверхностей (2…80%) и прочих видов повреждений (чрезмерных пластических деформаций, попадание твердых предметов в зацепление, технологических трещин, прохождения электрического тока и пр.). Отмеченные виды повреждений нередко носили локальный характер (при неблагоприятном распределении нагрузки по контактным линиям).
Улучшение квалитета точности передач Q (влияет на виброактивность привода) следует осуществлять с учетом опыта промышленности для передач различного назначения: скоростных, турбинных и судовых Q ≤ 5, автомобильных и тракторных 4 ≤ Q ≤ 8, общепромышленного применения Q ≥ 5. При этом необходимо учитывать, что при неравномерном износе зубьев по высоте профиля точность зацепления снижается. Так по данным Х. –Ю. Плеве в результате износа и увеличения погрешности профиля зуба квалитет низкоскоростной прямозубой цилиндрической передачи (при неблагоприятных условиях трения) изменился с 5 до 8…9. Поэтому в передачах с такими условиями работы значение Q следует назначать в пределах 8…9 или принять его равным 5, но изменить условия трения, например, за счет подбора смазочного материала.
Повышение КПД передачи можно достичь за счет улучшения шероховатости поверхностей зубьев и условий трения путем улучшения свойств смазочных материалов и обеспечения их стабильности в течение установленного ресурса. Особое влияние следует уделять очистке и восстановлению свойств смазочных материалов (особенно в приводах, работающих в абразивосодержащих средах). При работе в условиях сухого (трения, например, в вакууме) целесообразно применять твердые смазочные материалы или твердые антифрикционные покрытия, предусмотрев, при необходимости, их повторное нанесение на поверхности.
При снижении удельной материалоемкости передачи конструктивными и технологическими методами (использованием высокопрочных материалов, химико-термической обработки зубьев, обеспечением рационального распределения нагрузок и напряжений и пр.) необходимо учитывать, что с уменьшением размеров и удельной материалоемкости может ухудшиться отвод тепла из зацепления. Так, например, по данным Г. Винтера одноступенчатый цилиндрический редуктор для передачи мощности N = 1100 кВт с передаточным числом u = 3 фрезерованными колесами из нормализованной стали имел межосевое расстояние aw = 830 мм, массу m = 8,5 т и удельную материалоемкость q = 7,7 кг/кВт, а из легированной с цементированными шлифованными зубьями aw = 390 мм, m = 1,58 т и q = 1,4 кг/кВт (стоимость облегченного редуктора уменьшилась в два раза), естественно, что отвод тепла через корпус в последнем случае ухудшился, и такой редуктор должен быть снабжен дополнительной системой охлаждения.
Для повышения эффективности усовершенствования передач зацеплением крайне важно усовершенствовать действующие методики и нормы расчета нагрузочной способности передач и, в первую очередь, зубчатых колес. При этом нужно учитывать, что разработка новых стандартов длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому целесообразно усовершенствовать действующие стандарты (в частности, ГОСТ 21354-87). При выполнении этой работы следует, по возможности, сблизить уточняемые нормы с действующим международным стандартом ISO 6336, отображающий мировой технический уровень и требования международного рынка к передачам, а также с региональным стандартом СТ СЭВ 5744-86, обобщающим производственный опыт ряда европейских стран: бывшего СССР, бывших ГДР и ЧССР (TGL 1050-89 и CSN 01 4686-88), Болгарии (БДС 17108-89), Венгрии, Польши и других стран, имеющий традиционный общий рынок сбыта.
Нормированным расчетом нагрузочной способности зубчатых передач необходимо исключить переход зубьев в предельные состояния по основным критериям повреждения [1, 2]: появлению усталостных трещин на переходной поверхности при изгибе зубьев или на рабочей поверхности, вызывающих их выкрашивание или отслаивание; чрезмерным деформациям или поломкам зубьев при действии кратковременних максимальных нагрузок; заеданию или различным видам износа зубьев.
При уточнении методов расчета нагрузочной способности передач следует использовать прогрессивные апробированные методы оценки нагруженности зацеплений и их предельных состояний, базирующиеся на физически обоснованных расчетных схемах. Действующие стандарты следует дополнить методами расчетов зубьев на заедание и износ. До выполнения этой работы в них нужно привести ссылки на специальную литературу, по которой эти расчеты можно выполнить.
Снижение опасных напряжений в «слабых» местах зубьев можно достичь путем уменьшения концентрации напряжений на переходной поверхности зубьев и управления податливостью зацепления, а также местного упрочнения поверхностей зубьев в ослабленных местах.
Для исключения преждевременных отказов зубчатых колес необходимо на стадии проектирования обоснованно выбирать методику их расчета, исключающую возникновение повреждения зубьев при наименьшем предельном вращающем моменте Тlim min [2]. Если величина Тlim min будет намного меньшая остальных предельных моментов Тlim (по другим возможным видам повреждений зубьев), то до выполнения такого расчета следует повысить Тlim min конструктивными и технологическими методами. Совершенствование зубчатых передач на стадии ремонта предусматривает обеспечение их дальнейшего ресурса не менее 80 % от ресурса новых передач.
Филипович С. И. Учет предельных состояний зубьев при проектировании передач. – 14 с. – Деп. в ГНТБ Украины 01.12.1995, №2582-УК 95.
Заблонский К. И., Филипович С. И. К расчету зубчатых предач по предельным сосотояниям зубьев. – 19 с. Деп. в ГНТБ Украины 01.12.1995, №2582-УК 95.