Главная / Технология / Нагрузки в зубчатых передачах

Нагрузка в зубчатых передачах

В систему автомобильной трансмиссии входит большое количество зубчатых передач. Зубчатые передачи подразделяются на цилиндрические, конические, червячные, спирально-конические, гипоидные и др. В зубчатых передачах основная нагрузка приходится на зубья шестерней, участвующих в передаче вращающего момента. Такие нагрузки в зубчатых передачах доходят до 2000 МПа (200 кг/мм2), а в гипоидных могут превосходить 3000 МПа (300 кг/мм2). Под действием нагрузок в месте соприкосновения зубьев шестерней, называемом линией контакта, возникают упругие деформации профилей зубьев. Это вызывает контактные напряжения, которые распределяются на площадке контакта. В результате происходит схватывание между сопряжёнными шестернями. Схватывание - это прочное соединение металлов в результате взаимного трения или совместного деформирования при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Процесс изнашивания

При трении контактных поверхностей зубьев шестерней зубчатых передач процесс схватывания является вредным сопутствующим процессом. При возникновении нагрузки между двумя соприкасающимися металлическими поверхностями, в условиях обеспечения между ними достаточной площади контакта (на расстояниях порядка межатомных), происходит схватывание поверхностей, представляющее собой спонтанный процесс, протекающий с выделением энергии. Предпосылкой для образования узла схватывания является разрушения смазочной плёнки. Оно может произойти под действием высокой температуры при упругой деформации поверхностных слоёв, при наличии значительной пластической деформации или при совместном действии  повышенной температуры и пластической деформации. Процесс возникновения и разрушения узлов схватывания видоизменяется в зависимости от конструкций деталей, их материалов и режимов трения, но всегда приводит к изнашиванию деталей узла трения. В таблице приведены некоторые виды изнашивания:

Вырывы материала в виде микроскопических и субмикроскопических частиц с одной поверхности и перенос их на другую поверхность.

Площадь частиц мала, масса их может быть до 10 в минус десятой степени грамм. При работе приваренные частицы срабатываются, вырываются и уносятся из зоны трения. Повреждения поверхностей наблюдаются под микроскопом, а мельчайшие частицы могут быть обнаружены лишь авторадиографией. Независимо от частоты образования узлов схватывания интенсивность изнашивания будет мала. Такое проявление схватывания не может вызвать катастрофического разрушения.

Образование налёта мягкого материала на твёрдой сопряжённой поверхности.

Образование налёта вызывает скачок силы трения и является стадией предкатастрофического повреждения поверхностей трения. Налёт схватывается с материалом поверхности трения и образует вырывы материала. Наблюдается интенсивное изнашивание. В отдельных случаях при высокой скорости скольжения из-за большого тепловыделения, вызванного значительной силой трения, может произойти заедание, которое, в свою очередь, может повлечь заклинивание деталей.

Перенос твёрдого материала на мягкую поверхность.

Сталь переносится на бронзу, бронза вследствие адгезии переносится на резину или пластик. На более твёрдой поверхности образуются риски в результате царапающего действия перенесённого металла, находящегося в наклёпанном состоянии. Такой вид схватывания приводит к потере работоспособности узла трения, хотя проявляется редко, обычно при чрезмерно высоких давлениях и температурах.

Вырывание материала с образованием глубоких борозд, уступов и впадин.

Процесс вырывания сопровождается интенсивным наклёпом поверхностных слоёв на значительную глубину. Глубинное вырывание поверхностных слоёв является катастрофическим явлением. Оно приводит к повышению скорости изнашивания в десятки тысяч раз, увеличению сил трения, повреждению поверхностей, что снижает сопротивление усталости деталей, а в ряде случаев вызывает их заклинивание и поломку.

Защитные свойства трансмиссионных масел CUPPER

Схватыванию сопряжённых деталей в состоянии покоя препятствуют покрытия поверхностей трения плёнками окислов или другими химическими соединениями и адсорбированными плёнками. Но в результате пластической деформации под действием одной только нормальной нагрузки такие плёнки разрушаются. При пластическом деформировании металла существующая плёнка не растекается по площади деформации, а разрывается на отдельные части, почти не изменяя первоначальную общую площадь. В промежутках между частями плёнки, образовавшихся в результате разрыва этой самой плёнки, происходит выход основного металла и совершается схватывание на чистых вновь образованных поверхностях металла.

Противостоять схватыванию сопряжённых деталей позволило открытие избирательного переноса при трении. При избирательном переносе поверхностный слой металлов настолько разупорядочивается, что превращается в квазижидкое тело. Трансмиссионные масла CUPPER имеют в своём составе пакет металлоплакирующих присадок с добавлением меди. Под действием определённых нагрузок сжиженная медь переносится на твёрдую стальную поверхность. На поверхности трения образуется защитная медная плёнка. В результате возникновения адгезионных сил твёрдая стальная поверхность оказывает упрочняющее действие на медную плёнку. Упрочнённая медная плёнка на стальной поверхности трения не разрывается при пластической деформации металла, и при тангенциальном смещении разрыв получается в глубине самой медной плёнки, а защитный слой на поверхности трения остаётся нетронутым. В результате, образование тонкого слоя меди на стальной поверхности при избирательном переносе не приводит к износу сопряжения и повышению сил трения. Таким образом трансмиссионные масла CUPPER с пакетом металлоплакирующих присадок с добавлением меди надёжно защищают детали трансмиссии от износа и значительно увеличивают срок службы узлов трансмиссии.

01.03.2020 00:00