СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
METHOD TO INCREASE CONTACT STRENGTH OF GEAR WHEEL TEETH

Изобретение относится к машиностроению, в частности к зубчатым передачам, и может быть использовано для зубчатых колес, работающих с перекосом валов.
Известен способ повышения контактной прочности зубьев зубчатых колес, работающих с перекосом осей, заключающийся в том, что боковым рабочим поверхностям зубьев придают бочкообразную форму - см., например, «А.А. Старосельский, Д.Н. Гаркунов. Долговечность трущихся деталей машин. - М.: Машиностроение, 1967, 296 с. ил.», стр.184.
Недостаток данного способа состоит в том, что при бочкообразной форме рабочих поверхностей зубьев нагрузка, воспринимаемая зубьями от сопряженного в передаче колеса, воспринимается каждый раз зубьями в точке контакта, а не по линии, независимо от того, имеется перекос вала колеса или нет. Это снижает контактную прочность рабочих поверхностей зубьев колеса, способствует их пластическому деформированию, нарушению кинематики и динамики зубьев. Это способствует развитию изнашивания рабочих поверхностей и может привести к разрушению зубьев и выходу колеса из строя.
В качестве прототипа взят способ повышения контактной прочности зубьев, заключающийся в упрочнении рабочих поверхностей зубьев колеса, например, путем поверхностного пластического деформирования - см. «Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, 328 с., ил., стр.103».
Недостаток прототипа состоит в том, что упрочнение осуществляется равномерно по всей ширине рабочих поверхностей зубьев колеса, без учета возможного перекоса вала, на котором установлено зубчатое колесо и при котором нагрузка воспринимается рабочей поверхностью зубьев не по всей их ширине, а только их частью. Это не обеспечивает требуемой контактной прочности этих участков рабочих поверхностей зубьев, что приводит к их пластической деформации, усиливает процессы их изнашивания и может привести к разрушению зубьев колеса и выходу колеса из строя.
Изобретением решается задача обеспечения номинальной контактной прочности рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес при возможных перекосах валов, на которых они установлены.
Для этого способ включает упрочнение рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес путем повышения их твердости, причем номинальную твердость, рассчитанную для случая контактирования зубьев по всей ширине их рабочих поверхностей, увеличивают по направлению смещения пятна - от окружных плоскостей симметрии колес к торцам зубьев, доводя ее до максимальной величины у этих торцов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен фрагмент зубчатого венца зубчатого колеса (вид с вершин зубьев) и совмещенный с ним график изменения твердости рабочих поверхностей зубьев по ширине их рабочих поверхностей - от одного торца зуба до другого.
На чертеже показаны: зубчатый венец 1, колеса, вершина 2 зуба, торцы 3 и 4 зуба, рабочие поверхности 5 и 6 зуба, ширина b зуба, окружная ось симметрии β-β зубчатого колеса.
Реализуется данный способ следующим образом. Для обеспечения требуемой контактной прочности рабочих поверхностей зубьев колеса эти поверхности подвергают упрочнению путем повышения их твердости. Это осуществляют одним из известных способов упрочнения - поверхностным пластическим деформированием, токами ТВ, лазерной обработкой и т.п. При отсутствии перекоса осей вала, на котором установлено зубчатое колесо, контактирование зубьев осуществляется по всей ширине (b) рабочих поверхностей (5, 6) зубьев - линии А-В и С-Д. А твердость (НВ) рабочих поверхностей рассчитывается как номинальная, одинаковая для всей ширины (b) рабочих поверхностей (см. график - прямая линия α-β-γ). При перекосе вала пятно контакта на рабочих поверхностях смещается - от окружностей плоскости симметрии (β-β) колеса к торцам (3, 4) зубьев. При этом возможны варианты смещения, в зависимости от конструкции зубчатой передачи и условий режима ее работы. Так, при смещении пятна контакта только в сторону одного торца колеса, повышение упрочнения (твердости НВ) рабочих поверхностей зубьев осуществляют только в одну сторону от окружной плоскости симметрии (β-β) колеса. Так, при смещении пятна контакта к торцу 4 зубчатого колеса график упрочнения (твердости НВ) будет представлять собой кривую линию α-β-ε; a при смещении пятна контакта к торцу 4 график упрочнения (твердости НВ) будет представлять собой кривую δ-β-γ. В случае смещения пятна контакта при работе колеса как к одному, так и к другому торцу (3, 4) колеса, график упрочнения (твердости НВ) будет представлять собой кривую δ-β-ε.
По сравнению с прототипом, предлагаемый способ обеспечивает необходимую контактную прочность рабочих поверхностей зубьев при перекосе валов зубчатых колес, предотвращает деформацию рабочих поверхностей зубьев, повышает их износостойкость и увеличивает долговечность зубчатых колес.