Особенности пары трения в зубчатой муфте

Польченко В. В. Особенности пары трения в зубчатой муфте."Машиностроение и техносфера XXI века // Сборник трудов XIV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 17-22 сентября 2007 г. В 5-ти том. – Донецк: ДонНТУ, 2007. Т. 3.

Неисправности агрегатов и машин зачастую связаны с нарушениями работоспособности зубчатых муфт, соединяющих валы агрегатов и машин. При этом большинство отказов и, как следствие, поломки изношенных зубьев или увеличение выше допустимого предела вибраций машин, вызваны увеличенными зазорами в зубчатом зацеплении муфты [1, 2].

В настоящее время у исследователей нет единого мнения о видах износа зубьев зубчатых муфт, что является важнейшим в вопросе прогнозирования и повышения долговечности муфт. Для выявления видов изнашивания зубьев зубчатых муфт проведены исследования процессов разрушения зубьев на основе изучения состояния поверхностного слоя зубьев после изготовления и эксплуатации в производственных и лабораторных условиях. Качество поверхности зубьев до эксплуатации определяется технологическим процессом изготовления. В процессе передачи крутящего момента поверхностный слой зубьев претерпевает изменения. Изменяются характер и величина шероховатости, волнистость поверхности, механические и физические свойства трущихся поверхностей.

Шероховатость и волнистость поверхностей трения исследовались на; профилографе-профилометре «Калибр 252», структура и рельеф поверхностей изучались на металлографическом микроскопе МИМ-7. Процессы упрочнения и разупрочнения, возникающие в поверхностных слоях при трении, исследовались по изменениям микротвердости поверхностного слоя зубьев. Величина и геометрия износа зубьев измерялась на проекторной приставке большого инструментального микроскопа БМИ-1 при увеличении 50^x. Макрогеометрия изношенных зубьев исследовалась на приборе с дополнительной приставкой.

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.

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.

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.

Электронная библиотека