Контактная выносливость

§ 8.3. Контактные напряжения и контактная прочность

При проверке можно получить OF значительно меньше (apl, что не является противоречивым или недопустимым, так как нагрузочная способность большинства передач ограничивается контактной прочностью, а не прочностью на изгиб. Если расчетное значение ар превышает допускаемое, то применяют колеса, нарезанные с положительным смещением инструмента или увеличивают т. Это значит, что в данной передаче (при данных материалах) решающее значение имеет не контактная прочность, а прочность на изгиб. На практике такие

Контактная прочность. Рассчитывают по формуле (8.43) при проверочном расчете и формулам (8.44) или (8.45) при проектном расчете, где для передач с круговыми зубьями рекомендуют:

Предел контактной выносливости — исследованиями установлено, что контактная прочность, а следовательно, предел контактной выносливости ан„ и абсцисса точки перелома кривой усталости Nm

В отличие от эвольвентных передач контактная прочность передач с зацеплением Новикова зависит от числа зубьев г или при постоянном d от модуля т. В передаче из примера 8.1 (см. рис. 8.43) заменить второй ступени зацеплением Новикова и сравнить

§ 8.3. Контактные напряжения и контактная прочность......... 102

16.8. Винт домкрата путеукладочной машины приводится в движение через червячный редуктор (рис. 16.4). Выяснить исходя из приведенных ниже данных, что ограничивает предельную нагрузку рассматриваемой конструкции: прочность винта, его устойчивость, контактная прочность зубьев червячного колеса или их прочность на изгиб. Винт изготовлен из стали Ст.4, резьба винта трапецеидальная однозаходная по ГОСТу 9484—60, наружным диаметром 44 мм и шагом 8'мм. Свободная длина винта 1,8 м, коэффициент запаса устойчивости [пу] = 4 (при расчете на устойчивость рассматривать винт как стойку, имеющую один конец, защемленный жестко, а второй свободный). Червячное колесо изготовлено из чугуна СЧ 18-36; число зубьев гк = 38; модуль зацепления ms = = 5 мм. Червяк однозаходный; диаметр делительного цилиндра dd4 = 50 мм; угловая скорость вала червяка о>ч = 48 рад/сек. Недостающие для расчета данные выбрать самостоятельно.

лес является не контактная, а изгибная вь: нюсливость, с целью повышения которой следует при принятых d \ т увеличить модуль или применить колеса со смещением. Но может оказаться также, что OF<^GFP, что иногда допустимо, поскольку основным критерием работоспособности большинства передач является контактная прочность.

1) критерии работоспособности, условия нагружения и назначение машин. Наиболее типовым критерием работоспособности зубчатых колес является контактная прочность рабочих поверхностей зубьев. Допускаемые контактные напряжения в зубьях пропорциональны твердости материалов (см. (6.32) и табл. 6.15), а допускаемая нагрузка передач по контактной выносливости пропорциональна квадрату твердости. В некоторых случаях лимитирующей является выносливость зубьев по изгибным напряжениям, и она определяется в зависимости от предела прочности сердцевины зуба (см. табл. 6.16). Износостойкость и противозадирные свойства возрастают с увеличением твердости поверхностей зубьев, поэтому целесообразно широкое использование зубчатых колес с высокой поверхностной твердостью зубьев;

значения (Гнить приведены в табл. 6.15. Из таблицы видно, что контактная прочность определяется преимущественно твердостью рабочих поверхностей зубьев; SH —- коэффициент безопасности, для нормализованных, улучшенных или объемно закаленных зубьев SH = — 1,1; для поверхностно закаленных, цементированных и азотированных зубьев SH = 1,2. Базовое число циклов Л^яо принимается по графику (рис. 6.21). Если твердость поверхностного слоя материала зубьев выражена в единицах HRC или HV, для пересчета в единицы НВ можно воспользоваться графиком (рис. 6.22); KHL— коэффициент долговечности, учитывающий возможность повышения онр

Контактная прочность. Расчетное напряжение

2) условие равнопрочности зубьев шестерни и колеса. В общем случае контактная выносливость зубьев колеса больше, чем зубьев шестерни.

Для испытания на контактную усталость применяют трсхроликовые двухкон-тактпые машины, в которых испытуемый образец обкатывается под давлением между двумя валами (роликами), а также машины, в которых плоская поверхность подвергается контактному нагружению при обкатке шарами. Контактная выносливость характеризуется ограниченным пределом усталостного выкрашивания о„, т. е. максимальным нормальным напряжением цикла <Тшх> при котором не наблюдается разрушения поверхностных слоев испытуемого металла при данной базе испытания. Предел контактной выносливости определяется на базе 5>107—2'108 циклов (в зависимости от материала). За критерий разрушения принимают начало прогрессирующего выкрашивания, которое может привести к выкрашиванию по всей поверхности. Минимальный размер выкрашивания должен превышать половину малой полуоси контактной площади (D ~2> 0,56). По результатам испытания строят кривую контактной усталости.

Контактная выносливость обеспечена.

Цементуемые стали наиболее широко используют для изготовления шестерен, подшипников скольжения, золотниковых прецизионных пар гидроаппаратуры и других высокоответственных деталей пар трения. Зубья шестерен работают в тяжелых условиях трения качения со скольжением и подвержены усталостному осповидному износу, известному под названием "питтинг". Этот вид износа является следствием возникновения усталостных микротрещин от циклического действия нагрузки. Высокая твердость в поверхностном слое стали (например, 18Х2Н4ВА, применяемой для изготовления шестерен топливных авиационных насосов) после цементации и термообработки повышает усталостную прочность зубьев и существенно увеличивает срок службы шестерен. Чем выше твердость поверхностного слоя и предел текучести сердцевины зуба, тем выше контактная выносливость и общая усталостная прочность и износостойкость зубьев шестерен. Для избежа-

50—70 г/л H2S, растворенного в жесткой минерализованной воде, увеличивается в 5—7 раз износ, снижается контактная выносливость долотных сталей при циклическом нагружении.

Контактная выносливость изучается главным образом на роликовых машинах (рис. 2.55), где образцы в виде роликов / и 2 прижимаются друг к другу силами Q и взаимно обкатываются. Ролики приводятся во вращение от электродвигателя 4 через коробку передач 3.

Контактная выносливость, по данным В. П. Антропова и Л. Л. Пятаковой, около 1,5—1,6 ГПа [64, с. 164].

При выборе материалов и покрытий для опор типа «подпятник» i может быть использована машина торцевого трения верчения (схема 1—1). Машину торцевого трения скольжения (схема 1—4) применяют для оценки износостойкости покрытий при работе в паре трения «диск—палец». Машина (схема 1—3) предназначена для исследования покрытий при нагружении в вакууме, триботехнические характеристики покрытия оцениваются по дальности отскока предварительно раскрученного шарика. Принципы испытаний на машинах 1—2, 1—5, 1—6 ясны из схем. В машинах торцевого трения скольжения (схемы 1—7; 1—8) моделируется работа при возвратно-поступательном движении. При выборе материалов и покрытий для подшипников применяются машины трения по схемам 2—2 и 2—4. Износ узлов типа «вал—втулка» может быть определен на машинах периферийного трения скольжения (схема 2—5). Износостойкость поверхностно-упрочненных деталей подшипников оценивается на машинах (схемы 2—6, 2—7, 2—8), моделирующих трение шариков в гнездах сепараторов. Моделирование условий работы муфт, демпферов тормозных устройств и других узлов, передающих или рассеивающих кинетическую энергию, осуществляется на машинах по схемам 2—1^ 2—2, 2—3. Контактная выносливость при качении может быть определена при реализации схем третьей группы. Лабораторные испытания на изнашивание элементов подшипников осуществляются на машинах трения четвертой группы, которые воспроизводят качение шариков по желобным кольцам [12].

Контактная выносливость стали 9X18 после закалки и отпуска с промежуточной обработкой холодом значительно выше,

Рис. 6. Контактная выносливость стали 9X18 при испытании длительной обкаткой сферич. образцов между цилгшдрич. кольцами под нагрузкой. По вертикальной оси N—10" циклов.

Наибольшая эффективность упрочнения достигается при «пористом» хроме, особенно с крупной сеткой каналов. Это объясняется тем, что поры и каналы улучшают смазываемость рабочей поверхности червяка, вследствие чего повышается контактная выносливость пары.