Расчетная модель напряженного состояния зоны контакта зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес

Рассмотрено напряженное состояние поверхностного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев цилиндрических зубчатых колес, которое характеризуется не только поверхностными, но и глубинными эквивалентными напряжениями. Показано, что при контактном нагружении напряженное состояние поверхностного слоя неоднородное и зависит от расстояния от поверхности. Выполнены анализ и обоснование расчетной модели напряженного состояния диффузионного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес. Уточнено значение коэффициента, учитывающего влияние нормальных напряжений на эффективность касательных. Достоверность и обоснованность модели расчета напряженного состояния поверхностного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес оценивали по результатам натурных стендовых испытаний зубчатых передач, изготовленных из цементуемой стали 20ХГНР. Значения контактных напряжений в полюсе зацепления зубьев корректировали с учетом концентрации нагрузки по ширине зубчатого венца. Глубину выкрашивания поврежденных зубьев определяли путем замеров слепков, снятых с зубьев каждой исследованной шестерни с использованием метакриловой смолы. Установлено, что зона зарождения глубинного контактного выкрашивания для шестерен с модулем 6,5 мм находится на глубине залегания расчетных максимальных эквивалентных касательных напряжений. Согласованность результатов расчета с экспериментальными данными показывает обоснованность применения расчетной модели напряженного состояния для эвольвентных зубчатых колес.

1. Андожский, В.Д. Расчет зубчатых передач / В.Д. Андожский. – М.: Машгиз, 1955. – 243 с.

2. Buckingham, E. How contact stresses affect gear teeth / E. Buckingham // SAE Journal. – 1950. – Vol. 58, №10. – P. 168–172.

3. Nishihara. T. Pitting of Steel under Lubricated Rolling Contact and Allowable Pressure on Tooth Profiles / T. Nishihara, T. Kobayashi // Trans. Soc. Mech. Eng. Jpn. – 1937. – Vol. 3, №13. – P. 292–298. https://doi.org/10.1299/kikai1935.3.13_292

4. Трубин, Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес / Г.К. Трубин. – М.: Машгиз, 1962. – 404 с.

5. Эрлих, Л.Б. Механизм усталостных разрушений при контактной нагрузке / Л.Б. Эрлих // Циклическая прочность металлов: сборник. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – С. 74–81.

6. Гальпер, Р.Р. Контактная прочность высокоскоростных зубчатых передач с поверхностным упрочнением / Р.Р. Гальпер. – М.: ЛДНТП, 1964. – 54 с.

7. Петрусевич, А.И. Контактная прочность деталей машин / А.И. Петрусевич. – М.: Машиностроение, 1970. – 64 с.

8. Сосновский, Л.А. Основы трибофатики: в 2 т. / Л.А. Сосновский. – Гомель: БелГУТ, 2003. – Т. 1, 2.

9. Тескер, Е.И. Современные методы расчета и повышения несущей способности поверхностно упрочненных зубчатых передач трансмиссий и приводов / Е.И. Тескер. – М.: Машиностроение, 2011. – 434 с.

10. Руденко, С.П. Исследование сопротивления контактной усталости поверхностно упрочненных зубчатых колес / С.П. Руденко // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2009. – №4. – С. 48–53.

11. Руденко, С.П. Контактная усталость зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин / С.П. Руденко, А.Л. Валько. – Минск: Беларус. навука, 2014. – 126 с.

12. Rudenko, S.P. Contact Fatigue Resistance of Carburized Gears from Chromium-Nickel Steels / S.P. Rudenko, A.L. Val’ko // Metal Science and Heat Treatment. – 2017. – Vol. 59, №1–2. – P. 60–64. https://doi.org/10.1007/s11041-017-0103-3

13. О методах оценки несущей способности цилиндрических зубчатых передач / В.Н. Кудрявцев [и др.] // Вестн. машиностроения. – 1989. – №9. – С. 29−36.

14. Брагин, В.В. Проектирование высоконапряженных цилиндрических зубчатых передач / В.В. Брагин, Д.Н. Решетов. – М.: Машиностроение, 1991. – 224 с.

15. Расчет на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев [и др.]. – М.: Машгиз, 1958. – Т. 2: Некоторые задачи прикладной теории упругости, расчеты за пределами упругости, расчеты на ползучесть. – 974 с.

16. Редукторы энергетических машин: справочник / под ред. Ю.Л. Державца. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985. – 232 с.

17. Саверин, М.М. Контактная прочность материала в условиях одновременного действия нормальной и касательной нагрузки / М.М. Саверин. – М.: Машгиз, 1946. – 149 с.

18. Fujita, K. Effect of Case Depth and Relative Radius of Curvature on Surface Durability of Case-Hardened Chromium Molybdenum Steel Roller / K. Fujita, A. Yoshida // J. Eng. Ind. – 1981. – Vol. 103, №2. – Р. 115–124. https://doi. org/10.1115/1.3254942

19. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: справочник / под ред. Э.Б. Вулгакова. – М.: Машиностроение, 1981. – 374 с.