Характер и причины отказов под действием контактных напряжений

1. Смятие контактирующих поверхностей. Происходит при ударном, а также при вибрационном приложении нагрузки или при действии значительных по величине нагрузок, когда помимо упругих имеют место пластические деформации.

2. Усталостное выкрашивание. Каждая точка на поверхности при вращении цилиндров испытывает циклическое действие контактных напряжений σ_H (т. А, рис. 78, а и б), а сама поверхность - циклическое деформирование. Усталостная трещина 2, возникающая в результате повторных микропластических сдвигов, обычно зарождается у поверхности 1цилиндра (рис. 79, а), в месте концентрации напряжений из-за микронеровностей или неметаллических включений, всегда присутствующих в стали. В пределах деформированного слоя трещина развивается наклонно к поверхности, а затем - по границе деформированного слоя. Развитие усталостных трещин в более глубокие слои связывают с "расклинивающим" действием смазочного материала.

Смазочный материал 3 перед площадкой контакта попадает в раскрытую силами трения трещину 2 (рис. 79, б). В пределах площадки контакта под нагрузкой трещина закрывается, создается повышенное давление смазочного материала (рис. 79, в), что способствует развитию трещины вплоть до отрыва частицы металла 4 с поверхности (рис. 79, г),образованию вначале мелких выемок, а затем в результате скалывания их краев и крупных раковин. Выкрашивание нарушает условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимает в выемки), что приводит к изнашиванию и задиру поверхностей.

Рис. 78

Рис. 79.

При малой толщине упрочненного слоя, а также при значительных контактных напряжениях трещины могут зарождаться в глубине - под упрочненным слоем или на границе упрочненного слоя. Нарушение равновесия внутрикристаллических связей приводит к отслаиванию упрочненного слоя.

В основе накопления материалом усталостных повреждений лежат микропластические сдвиги, амплитуда которых зависит от твердости материала. Контактная прочность с повышением твердости возрастает.

Рис. 80.

3. Изнашивание. Силы трения в контакте вызывают на поверхности ведущего цилиндра перед площадкой контакта деформации сжатия в окружном направлении, а после - деформации растяжения. На ведомом цилиндре - наоборот: перед площадкой контакта - деформации растяжения), после - деформации сжатия. Для наглядности деформации условно показаны на рис. 80 в виде изменения расстояния в окружном направлении между радиальными отрезками. При прохождении площадки контакта наблюдают относительное перемещение точек ведущего и ведомого цилиндров, т.е. относительное скольжение, которое и является причиной изнашивания.

4. Заедание. При отсутствии смазочного материала или в случае прорыва под большой нагрузкой смазывающего слоя относительное скольжение приводит к местному значительному повышению температуры и молекулярному сцеплению (микросварке) с последующим разрывом и переносом вырванной части материала на сопряженную поверхность.

Основным кинематическим условием, ко­торому должны удовлетворять профили зубьев, является постоянство мгновенного передаточного отношения передачи. Этому условию удовлетворяют многие классы кривых. Для обеспечения высокого КПД, прочности и долговечности колес профили должны обеспечивать малые скорости скольжения и достаточные радиусы кри­визны в точках контакта. Профили должны допускать легкое изготовление, в част­ности нарезание простым инструментом не­зависимо от числа зубьев колес.