Иванов М.Н. - Детали машин (1065703), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Если значение контактных напряжений больше допускаемого, то на поверх- ности деталей появляф ются вмятины, борозды, трещины или мелкие раковины. Подобные повреждения наблюдаются у зубчатых, червячных, фрркционл~ ных и цепных передач, а также в подшипниках качения. Ь Х Теория контактных —.2' напряжений является М а а предметом курса «Теория упругости».
Расчеты многих деталей ф машин, изучаемые в данном курсе, выполняют по контактным напряжениям. Поэтому ниже излагаются кратРис. 8.7 кие сведения о контакт- Ьйр:ИшгзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу 1сд:464840172 ных напряжениях и о разрушениях деталей, связанных с этими напряжениями*. При расчете контактных напряжений различают два характерных случая: первоначальный контакт в точке (два шара, шар и плоскость и т. п,); первоначальный контакт по линии (два цилиндра с параллельными осями, цилиндр и плоскость и т.
п,). На рис. 8.7 изображен пример сжатия двух цилиндров с параллельными осями. До приложения удельной нагрузки а цилиндры соприкасались по линии. Под нагрузкой линейный контакт переходит в контакт по узкой площадке. При этом точки максимальных нормальных напряжений с~„располагаются на продольной оси симметрии контактной площадки. Значение этих напряжений вычисляют по формуле (8.1) *8 Для конструкционных металлов коэффициент Пуассона располагается в пределах р = 0,25...0,35. Без существенной погрешности принимают р,=р,=0,3 и получают 0„=0,418 ~дЕ„,1Р„. Здесь Е„р =2Е,Е,/(Е, + Ег'), (8.3) 1/Рпр 4/г1+ 1/г2> где Е„„и р„р — приведенные модуль упругости и радиус кривизны; Е„Е„г,, г2 модули упругости и радиусы цилиндров.
Формула (8.2) справедлива не только для круговых, но и для любых других цилиндров. Для последних г, и г2 †радиу кривизны в точках контакта. При контакте цилиндра с плоскостью г2=оо. Знак минус в формуле (8.3) относится к случаю внутреннего контакта (когда поверхность одного из цилиндров вогнутая). При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные точки их поверхностей периодически нагружаются и разгружаются, а контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулевому циклу (рис. 8.8, г). Каждая точка нагружается только в период прохождения зоны контакта и свободна от напряжений в остальное время оборота цилиндра.
Переменные контактные напряжения вызывают усталость поверхностных слоев деталей. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием мелких 0 Основоположником теории контактных напряжений является Н. Нею (1881). В его честь приписывают индекс Н обозначениям контактных напряжений. 00 Для других случаев контакта см. формулы (11.18). 121 а) Ьйр:ПКигзатК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 д) ~) частиц металла. Если И детали работают в мас- ле то оно проникает =:=Иау= = — =- -= — = = в микротрещины (рис. — — 8.8, а). Попадая в зону па~ контакта (рис.
8.8, б), ооорощ трещина закрывается, а заполняющее ее масло подвергается высокому давлению. Это давление Рис. 8.8 способствует развитию трещины до тех пор, пока не произойдет выкрашивание частицы металла (рис. 8.8, в). Выкрашивание не наблюдается, если значение контактных напряжений не превышает допускаемого.
Экспериментально установлено, что при качении со скольжением, например со1г1>гонг~ (рис. 8.8, а), цилиндры 1 и 2 обладают различным сопротивлением усталости. Это объясняется следующим. Усталостные микротрещины при скольжении располагаются не радиально, а вытягиваются в направлении сил трения. При этом в зоне контакта масло выдавливается из трещин опережающего цилиндра 1 и запрессовывается в трещины отстающего цилиндра 2.
Поэтому отстающий цилиндр обладает меньшим сопротивлением усталости. Ускорение развития трещин при работе в масле не означает, что без масла разрушение рабочих поверхностей замедлено. Во-первых, масло образует на поверхности защитные пленки, которые частично или полностью устраняют непосредственный металлический контакт и уменьшаю~ трение. При кон~акте через масляную пленку контактные напряжения уменьшаются, срок службы до зарождения трещин увеличивается.
Во-вторых, при работе без масла увеличивается интенсивность абразивного износа, который становится главным критерием работоспособности и существенно сокращает срок службы. Кривые усталости материала по контактным напряжениям подобны кривым усталости по напряжениям изгиба, растяжения — сжатия и другим (см. курс «Сопротивление материалов» и рис. 8.39).
Здесь, так же как и при других напряжениях, имеется точка перелома кривой усталости при числе циклов Фно и соответствующий предел выносливости пнь . По он1 определяют допускаемые напряжения при расчете на усталость по контактным напряжениям. ~ 8.4. Критерии работоспособности и расчета Условия работы зуба в запеплении. При передаче крутящего момента (рис. 8.9) в зацеплении кроме нормальной силы Е„действует сила трения Е,„=Е„~ связанная со скольжением.
Под действием этих сил зуб находится в сложном напряженном 1гг Ийр:ИшгзаиК-бт.пагоб.ги зозбтф1и1.Ьу ~сд:464840172 Рис. 8.9 Рис. 8.10 состоянии (рис. 8.10). Решающее влияние на его работоспособность оказывают два основных напряжения: контактные напряжения ст„и напряжения изгиба о'~*. Для каждого зуба ан и а„не являются постоянно действующими. Они изменяются во времени по некоторому прерывистому отнулевому циклу (см. рис. 8.9).
Время действия о„за один оборот колеса (~,) равно продолжительности зацепления одного зуба (~,). Напряжения о„действуют еще меньшее время. Это время равно продолжительности пребывания в зацеплении данной точки поверхности зуба с учетом зоны распространения контактных напряжений. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: поломка зубьев от напряжений изгиба и выкрашивание поверхности от контактных напряжений. С контактными напряжениями и трением в зацеплении связаны также износ, заедание и другие виды повреждения поверхностей зубьев. Поломка зубьев (рис, 8.11). Поломка связана с напряжениями изгиба.
На практике чаще наблюдается выламывание углов' зубьев вследствие концентрации нагрузки. Различают два вида поломки зубьев: поломка от больших перегрузок ударного или даже статического действия (предупреждают защитой привода от перегрузок или учетом перегрузок при расчете); ~ Индекс Н приписывается всем параметрам, связанным с расчетом по контактным напряжениям, а индекс Š— связанным с расчетом по напряжениям изгиба, который выполняют для ножки (Риф) зуба. 1'3 Ийр:ПКигзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу 1сд:464840172 усталостная поломка, происходящая от действия переменных напряжений в течение сравнительно длительного срока службы (предупреждают определением размеров из расчета на усталость).
Особое значение имеют меры по устранению концентраторов напряжений (рисок от обработки, раковин и трещин Рис. В.11 в отливках микротрещин от тер- > мообработки и т. п.). Об ие меры предупреждения поломки зубьев — увеличение модуля, положительное смещение при нарезании зубьев, термообработка, наклеп, уменьшение концентрации нагрузки по краям (жесткие валы, зубья со срезанными углами — см, рис.
8.13, ж, бочкообразные зубья — см. рис, 8.14, в и пр.). Поввеждеыие поверхности зубьев. Все виды повреждения поверхности зубьев (рис. 8.12) связаны с контактными напряжениями и трением. Усталостное выкрашивание от контактных напряжении (рис. 8.12, а) является основным видом разрушения поверхности зубьев при хорошей смазке передачи (чаще всего это бывают закрытые, сравнительно быстроходные передаф ~ чи, защищенные от пы- Ф «~» ~1~~ ли и грязи).
Зубья та- ких передач разделены Г ~ тонким слоем масла, устраняющим металлический контакт, При этом износ зубьев мал. Рис. 8.12 Передача работает длительное время до появления усталости в поверхностных слоях зубьев. На поверхности появляются небольшие углубления, напоминающие оспинки, которые растут и превращаются в раковины, Выкрашивание начинается обычно вблизи полюсной линии на ножках зубьев там, где нагрузка передается одной парой зубьев, а скольжение и перекатывание зубьев направлены так, что масло запрессовывается в трещины и способствует выкрашиванию частиц металла (см. рис.
8.8). При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки, появляется металлический контакт с последующим быстрым износом или задиром поверхности. Образование первых усталостных раковин не всегда служит признаком близкого полного разрушения зубьев. В передачах, 124 Ьйр:ПКигзаиК-бт.пагод.ги зозбт®и1.Ьу ~сд:464840172 зубья которых имеют невысокую твердость (<350 НВ), наблюдаются случаи так называемого ограниченного или начального выкрашивания. Начальное выкрашивание связано с приработкой зубьев недос1аточно точно изготовленных передач. Оно появляется в местах концентрации нагрузки после непродолжительной работы и затем приостанавливается.
При этом образовавшиеся раковины не развиваются и даже совершенно исчезают вследствие сглаживания, Прекращение дальнейшего выкрашивания в этом случае объясняется тем, что разрушение мест концентрации нагрузки выравнивает ее распределение по поверхности зуба. При высокой твердости зубьев (>350 НВ) явление ограниченного выкрашивания обычно не наблюдается. Образовавшиеся раковины быстро растут вследствие хрупкого разрушения их краев. В передачах, работающих со значительным износом, выкрашивание не наблюдается, так как поверхностные слои снимаются раньше, чем появляются трещины усталости.
Основные меры предупреждения выкрашивания: определение размеров из расчета на усталость по контактным напряжениям; повышение твердости материала путем термообработки; повышение степени точности и в особенности по норме контакта зубьев. Абразивный износ (рис, 8.12, б) является основной причиной выхода из строя передач при плохой смазке. К таким передачам относятся прежде всего открытые передачи, а также закрытые, но недостаточно защищенные от загрязнения абразивными частицами (пыль, продукты износа и т. п.). Такие передачи можно встретить в сельскохозяйственных и транспортных машинах, горнорудном оборудовании, грузоподьемных машинах 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. Все это может привести к поломке зубьев, если зубчатые колеса своевременно не забраковать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
