Износ зубьев в коробке передач техники

Что важно? Износ зубьев в коробке передач напрямую влияет на срок эксплуатации агрегата. То есть чем больше окажется несущая способность и долговечность данных элементов, тем дольше проработает КПП.

На что еще обратить внимание? Существуют разные причины выхода из строя зубчатых колес в коробке передач: износ торцов, усталостное выкрашивание, пластическая деформация, глубинное разрушение. К счастью, все это можно распознать заранее и вовремя заменить детали.

Общая характеристика зубчатой передачи

Когда речь заходит о зубчатых передачах, обыватель, как правило, представляет движущиеся механизмы. Их основным предназначением является совершение вращательных движений между элементами устройства. Можно сказать, что шестерня – это подвижная часть агрегата, передающая момент вращения от детали к детали.

В этом процессе внешние поверхности зубчатых колес находятся в тесном контакте, цепляясь зубьями. В итоге вращение одной детали приводит в движение другую. Данная система передачи крутящего момента отличается высокой эффективностью благодаря минимальным потерям энергии.

К основным достоинствам зубчатых колес можно отнести их способность обеспечивать высокую выходную мощность. Разные типы передач могут эффективно функционировать на разных скоростных режимах, передавать разные значения крутящего момента и преобразовывать движение по горизонтали в вертикальное.

Зубчатые колеса обрабатываются таким образом, чтобы сохранять максимальную производительность в условиях высоких скоростей вращения и предельной нагрузки. Этим свойством, наряду с универсальностью, объясняется востребованность зубчатых передач с древних времен и до настоящего времени.

На сегодняшний день их применение актуально в различных областях — от производства высокоточной техники до выпуска наручных часов.

Многие люди не догадываются о том, что предыстория использования зубчатых передач насчитывает тысячелетия. Основные принципы их конструкции используются и в наши дни. Современный рынок предлагает широкий ассортимент зубчатых элементов. Любой квалифицированный механик должен разбираться в различных модификациях зубчатых передач.

Строение зубчатой передачи

Этот механизм включает в себя небольшое количество достаточно примитивных по своей структуре деталей. Тем не менее узлы, имеющие относительно несложную конфигурацию, демонстрируют более длительный срок эксплуатации в сравнении с устройствами со сложными конструкциями. Данный факт объясняет актуальность таких передач в настоящее время. Рассмотрим, из каких элементов состоит зубчатое колесо.

Корпус является неотъемлемой частью любых типов механизмов. Основное его назначение – надежная фиксация деталей в процессе эксплуатации и сохранение необходимого количества смазочных материалов.

Корпус должен обладать высокими антикоррозийными свойствами, поэтому в большинстве случаев используются чугунные конструкции. Форма детали определяется типом механизма и областью его применения.

Следующий элемент, о котором стоит упомянуть, — собственно зубчатые колеса. В процессе активного взаимодействия принимают участие две шестерни, которые передают друг другу импульс движения. Таким образом, одна из них регулирует вращение (ведущая), а другая подчиняется (ведомая). Сила момента во многом определяется параметрами шестерен, количеством зубьев, модулем и степенью зацепления.

Вал служит ключевым элементом в механизме. Его основная функция — передача вращательного движения на зубчатое колесо через зацепление зубьев этих деталей. Вращение вала осуществляется благодаря электродвигателю, который запускает весь механизм.

Для обеспечения свободного вращения валы устанавливаются в корпус на подшипники с использованием метода опрессовки. Конструкция вала определяется исходя из характеристик механизма. Он может иметь различные формы, в том числе ступенчатую.

Что касается шестерен, их форма играет важную роль. Они классифицируются по числу зубьев, особенностям их наклона и конфигурации. Выбор конкретного вида зависит от параметров механизма и сферы его применения. Шестерни и зубчатые колеса являются основными элементами, обеспечивающими вращение. Это отражает и само название данного узла — зубчатая передача.

Общепринятая классификация зубчатых передач

В настоящее время применяется множество разнообразных классификаций для зубчатых передач. Выбор конкретного механизма определяется ключевыми параметрами узла, такими как прочность и длительный срок эксплуатации. Кроме того, следует учитывать наличие необходимых свойств.

Рассмотрим основные виды классификации зубчатых передач:

• Конструкции могут быть параллельными или пересекающимися, что определяется расположением осей относительно друг друга. Оси – это крепежные компоненты для колес. Существует также перекрещивающийся вид. Механизмы параллельного типа считаются наиболее надежными и простыми с технической точки зрения. Стоит добавить, что по объему продаж они уверенно занимают лидирующие позиции. Иногда возникает необходимость решать нестандартные задачи. Такие ситуации требуют поиска альтернативных вариантов.
• Существуют внутренние и наружные типы передач, различие которых заключается в расположении зубьев. Их работоспособность определяется общей конструкцией. Невозможно выделить один вариант как оптимальный – все определяется конкретной задачей. Как показывает практика, наружный тип более востребован в производстве, но это не говорит о его превосходстве во всех случаях.
• По форме и конструкции корпусов зубчатые передачи делятся на закрытые и открытые. Конструкции первого типа демонстрируют длительную и бесперебойную работу лишь в условиях достаточного количества смазочного материала. Открытые механизмы работают без использования смазки.
• Бывают также понижающие и повышающие передачи, что позволяет регулировать количество оборотов в зависимости от поставленных задач. Для каждой конкретной цели выбирается соответствующий тип передачи.

Кроме того, важным параметром является размер окружности, который классифицирует механизмы на три подвида: тихоходные, быстроходные и среднескоростные. Выбирать тот или иной механизм следует в зависимости от исходных требований к определенным характеристикам.

Виды износа основных элементов в коробке передач

Работоспособность трансмиссии, особенно в тяжеловесной автотракторной технике, во многом зависит от прочности и срока эксплуатации зубчатых колес. Длительность их службы определяется конструкторским решением, характеристиками материала, видом термической обработки, условиями эксплуатации, соблюдением графика технической эксплуатации и уровнем квалификации обслуживающего персонала.

К основным причинам, приводящим к износу зубьев в коробке передач, можно отнести:

Износ торцевой части зубцов

Повреждение торцевой части зубьев у колес с осевым перемещением и полумуфт чаще всего случается от резкого столкновения активных элементов. Это проявляется в виде сколов, смятия и износа, достигающего одной трети длины зубца и более.

Дефекты на торцах зубцов, такие, как выкрашивание и деформация материала, значительно усложняют переключение передач. Изношенные части зубчатого колеса провоцируют самопроизвольное отключение передач и в дальнейшем приводят к серьезному разрушению детали. При проведении капитального ремонта элементы с деформированными торцами подлежат обязательной замене.

Усталостное выкрашивание поверхностей зубцов

Наблюдается на рабочих поверхностях зубцов при существенных нагрузках на колеса. Возникает в зонах с наибольшим контактным давлением. Это может быть связано с некачественной термической обработкой, регулярными перегрузами, нарушениями инструкции по сборке, недостаточным количеством смазочных материалов в механизме, а также попаданием абразивных частиц в пространство между зубьев.

Читайте также!

Гудит АКПП: причины и решение проблемы

Подробнее

Практика показывает, что выкрашивание зубцов не всегда негативно отражается на снижении производительности коробки передач. Незначительные первичные повреждения могут даже способствовать правильному распределению нагрузки по поверхности зубьев. Параметры допустимого дефекта зубьев должны определяться индивидуально для каждого вида трансмиссии и типа колес.

Пластическая деформация металла

Пластическая деформация внешней поверхности зубцов нередко возникает в медленно движущихся передачах, которые подвержены существенному давлению. Наиболее часто это наблюдается в сырых либо закаленных до средней или низкой твердости компонентах. Однако при экстремальных нагрузках могут разрушаться даже поверхностные слои деталей с высокой твердостью.

Пластическая деформация неблагоприятно отражается на функциональности венцов маховиков, блоков шестерен трансмиссий на венцах первой передачи и заднего хода, зубчатых муфт и других элементов.

Внутреннее разрушение зубьев

Зубчатые колеса, которые подвергаются процессам цементации и азотирования для поверхностного упрочнения, могут испытывать такие виды повреждений зубьев коробки передач, как отслаивание поверхности либо внутреннее разрушение. Это случается, если под усиленным внешним слоем возникают высокие контактные напряжения.

Подобная ситуация также может быть спровоцирована низким качеством и неоднородностью металла или внутренними повреждениями в зоне напряжений. Колеса с глубинными разрушениями на рабочих поверхностях зубьев не должны эксплуатироваться.

Заедание зубчатых колес

Заедание зубьев происходит, когда частицы материала одного зуба припаиваются к другому. Иными словами, возникает эффект микросварки. Это чаще всего происходит из-за отсутствия смазочной пленки и локального перегрева при высоких давлениях и скоростях скольжения в зонах соприкосновения. Изношенные участки на зубьях царапают рабочие поверхности соседних элементов.

Профилактика заедания заключается в увеличении твердости, шлифовке рабочих поверхностей для придания им большей гладкости, применении противозадирных масел и искусственном охлаждении системы.

Читайте также!

Стук коробки передач: решение проблемы

Подробнее

Заедание является одним из наиболее серьезных видов неисправностей, возникающих в зубчатых передачах при значительных перегрузах.

Факторы, влияющие на износ зубьев передач

Износ зубьев коробки передач зависит от различных факторов. На скорость деформирования элементов влияют условия эксплуатации, качество смазки, интенсивность работы. К наиболее важным факторам можно добавить твердость и шероховатость поверхности, качество и точность сборки механизмов.

В трансмиссиях при недостаточном количестве смазочных материалов и наличии абразивных частиц процесс изнашивания протекает достаточно стремительно. Именно абразивный износ является наиболее частой причиной поломок открытых зубчатых и цепных передач, применяемых в сельскохозяйственных агрегатах.

Естественный износ сопровождается образованием защитных окисных пленок на поверхности, которые затрудняют процесс схватывания. Эти пленки время от времени отслаиваются и вновь образуются под воздействием удельного давления.

Особенно интенсивно происходит деформация зубчатых деталей при переключении передач, что сопровождается значительным удельным давлением на зубья. Из-за повреждения боковых поверхностей, происходящего от частого переключения, до 75–90 % шестерен в коробках передач подлежат списанию.

Данный вид повреждений характерен для зубьев первичных валов и скользящих блоков шестерен. Он проявляется в постепенном изменении первичной формы и размеров зубьев в результате постоянного контакта с другими элементами механизма.

Особенности износа разных элементов

В крупногабаритной технике на первичных валах чаще всего стираются зубья по конусу в области соприкосновения с шестерней четвертой передачи. Износ зубьев в коробке передач по толщине в месте взаимодействия с блоком шестерен минимален и почти не влияет на функционирование трансмиссии.

Гораздо чаще выходят из строя шлицы и шейки под подшипник коленчатого вала.

Среди типичных повреждений скользящих шестерней первой и второй передач можно выделить повреждения торцевой части зубьев второй передачи, усталостное выкрашивание и их облом. Повреждения торцевой части зубьев происходят из-за пластической деформации металла в момент переключении передачи.

В блоках шестерен промежуточного вала основным фактором, ограничивающим долговечность, является венец второй передачи, на котором наблюдается смятие торцов и усталостное выкрашивание зубьев на боковых поверхностях.

Дефекты венца первой передачи блока шестерен проявляются в усталостном выкрашивании. Если зубья имеют твердость ниже указанной в технической документации, нередко происходит деформация рабочей поверхности из-за предельных контактных нагрузок, а торцы зубьев часто подвергаются сколам или смятию.

Кольца и муфты синхронизаторов коробки передач изнашиваются по толщине зубьев, причем чаще всего из-за неблагоприятных условий работы. Поломки и деформация — это наиболее частые дефекты сухарей синхронизаторов. При проведении капитального ремонта трансмиссии элементы синхронизаторов, как правило, полностью обновляются.

При использовании картеров трансмиссий и раздаточных механизмов возникают такие проблемы, как износ подшипниковых гнезд, истирание торцов бобышек, которые соединяются с промежуточным валом, а также появление трещин и сколов.

Естественное старение материалов и предельные нагрузки зачастую являются причинами деформации корпусов. Это ведет к нарушению соотношения отверстий и перпендикулярности по отношению к плоскостям соединения. Решить подобную проблему достаточно сложно.

Часто задаваемые вопросы об износе зубьев в коробке передач

В чем проявляется износ зубьев в коробке передач?

Уменьшение толщины зубьев может привести к повышению уровня шума, возникновению вибрации и самопроизвольному отключению коробки передач.

Как начинается процесс разрушения зубьев?

Начало разрушения связано с появлением усталостной трещины у основания зуба, что может быть вызвано остаточными напряжениями и попаданием инородных предметов в зону зацепления.

Читайте также!

Как открыть капот, если порвался тросик: 5 способов

Подробнее

С какой периодичностью разрушаются зубья в коробке передач?

Надо сказать, что существенные сколы и повреждения зубьев случаются довольно редко благодаря тому, что на стадии проектирования в них закладывается запас прочности. Но в случае регулярных повышенных нагрузок на трансмиссию даже при отсутствии видимой пробуксовки сцепления зубья могут разрушаться и деформироваться.

С подобной проблемой можно столкнуться и при значительном перегреве деталей коробки передач. Например, из-за некачественного смазочного материала или его дефицита.

В процессе функционирования коробки передач с зубчатыми колесами могут быть подвержены одному или нескольким видам повреждений, описанных выше. Тщательный анализ неисправностей, зафиксированных при капитальном ремонте устройств, позволяет определить факторы, в том числе конкретные элементы, которые ограничивают эксплуатационный ресурс механизмов.

Изображение в шапке статьи: nismo-club.ru