FORMELE SI CAUZELE DETERIORARII ANGRENAJELOR

FORMELE SI CAUZELE DETERIORARII ANGRENAJELOR

Ruperea dintilor

Ruperea dintilor prin oboseala este forma principala de deteriorare a angrenajelor din otel,

cu duritatea flancurilor active > 45 HRC, precum si a angrenajelor din fonta sau din materiale

plastice. Ruperea se produce datorita solicitarii de

incovoiere a dintelui, solicitare variabila in timp, care

determina oboseala materialului si aparitia, la baza

dintelui, a unor microfisuri, care se dezvolta in timp,

provocand, in final, ruperea dintelui. Fisura de oboseala apare in zona de racordare a dintelui la corpul

rotii, pe partea fibrelor intinse, unde concentrarea

tensiunilor de incovoiere este maxima.

Evitarea ruperii dintilor prin oboseala se poate

realiza prin limitarea tensiunilor de incovoiere de la baza

dintelui la valori admisibile, prin cresterea modulului,

prin realizarea unor raze mari de racordare si prin deplasari pozitive de profil.

Fig.1.4

Ruperea statica a dintilor este cauzata de suprasarcini sau socuri mari, care apar in timpul

functionarii angrenajului, ca urmare a conditiilor de functionare. La rotile cu dantura dreapta,

ruperea se produce la baza dintelui, iar la rotile cu dantura

inclinata, dintii inclinati intrand progresiv in angrenare, se

rup portiuni de dinte.

Evitarea ruperii statice a dintilor se poate realiza prin

calculul angrenajului la solicitarea de incovoiere, la

suprasarcini, prin marirea preciziei de executie si a rigiditatii arborilor.

Fig.1.5

Deteriorarea flancurilor active ale dintilor

Pittingul (aparitia de ciupituri pe flancurile active

ale dintilor) se datoreste oboselii de contact a stratului

superficial al flancurilor active, constituind principala forma de deterioare a angrenajelor cu duritati

superficiale < 45 HRC.

Ciupirea este un fenomen de oboseala a straturilor superficiale ale flancurilor active ale

dintilor, determinat de tensiunile de contact variabile in timp.

Primele semne de oboseala apar, de regula, in zona cilindrilor de rostogolire, sub forma unor

microfisuri. Initial, aceste microfisuri apar in sensul fortelor de frecare , care la roata

conducatoare sunt dinspre cercul de rostogolire spre cercurile de picior si de cap, iar la roata

condusa invers, datorita faptului ca viteza relativa dintre cele doua flancuri isi schimba sensul in

polul angrenarii. Uleiul, care adera la suprafata dintelui, este presat - de flancul dintelui conjugat -

in microfisurile existenete (v. fig.1.6, b). In zona fisurii apare o presiune hidrostatica, care

favorizeaza dezvoltarea microfisurilor si despinderea de mici bucati de material, rezultand pe

suprafetele active ale dintilor ciupituri.

Ciupiturile se dezvolta in timp, conducand la o

functionare necorespunzatoare a angrenajului.

Evitarea scoaterii din uz prin pitting se face prin: realizarea unui calcul la solicitarea de

contact a angrenajului; tratamente termice

sau termochimice (calire superficiala,

cementare, nitrurare); deplasari pozitive

de profil; micsorarea rugozitatii flancurilor

dintilor; utilizarea unor lubrifianti aditivati.

Fig1.6,a)     bFig.1.6,c)

Exfolierea stratului superficial al

flancurilor dintilor este o forma de

deterioare prin oboseala a materialului si

apare la angrenajele la care dantura a fost

supusa unui tratament termic sau

termochimic de durificare superficiala

(calire superficiala, cementare, nitrurare).

Exfolierea se manifesta prin desprinderea

unor portiuni ale stratului superficial al

flancului dintelui, ca urmare a unor

microfisuri de oboseala aparute la granita

dintre stratul durificat si cel de baza.

Evitarea deteriorarii prin exfoliere a

angrenajului se face prin adoptarea unor

tehnologii de tratament adecvate.

Griparea este o forma a uzarii de

adeziune si apare la angrenajele puternic

incarcate, care lucreaza la viteze periferice

mari. Datorita alunecarilor mari dintre

dinti, a concentrarilor mari de sarcini, a

rugozitatilor mari ale flancurilor, uleiul

poate fi expulzat dintre suprafetele aflate

in contact. Datorita contactului direct, a

sarcinilor locale mari si a temperaturii ridicate din zona de contact, apar microsuduri care, in timp,

se rup si se refac continuu, datorita miscarii relative a flancurilor. Punctele de sudura produc pe

flancul dintelui conjugat zgarieturi si benzi de gripare, orientate in directia alunecarii.

Evitarea deteriorarii prin gripare a angrenajului se face prin imbunatatirea conditiilor de

ungere si racire, prin utilizarea unor lubrifianti aditivati, prin marirea preciziei de executie si

dispusi

paralel cu axele rotilor. Curba de intersectie

a flancului dintelui cu un plan frontal

defineste profilul dintelui rotii dintate. Fig.1.7

Cremaliera de referinta

In cazul in care z→∞, roata dintata devine cremaliera

de referinta, cercurile devin

drepte, iar evolventa devine profil rectiliniu. Caracteristic cremalierei de referinta ii este dreapta de

referinta, pe care plinul dintelui este egal cu golul. Negativul cremalierei de referinta este cremaliera

de generare si este utilizata ca scula generatoare. Parametrii adimensionali ai cremalierelor sunt

standardizati: coeficientul capului de referinta al dintelui ( *

ha = ha/m = 1); coeficientul jocului de

referinta la piciorul dintelui (c* = c/m = 0,25); coeficientul razei de racordare de referinta la

piciorul dintelui f =rf / m = 0,38).

La generarea rotii dintate, centroidele sunt reprezentate de cercul de divizare de diametru d (la

roata) si dreapta de divizare d, tangenta la cercul de divizare, la cremaliera.

Distanta dintre dreapta de referinta si dreapta de divizare, egala cu xm, este numita deplasare

de profil, iar x reprezinta coeficientul deplasarii de profil. In functie de xm, apar urmatoarele

situatii:

xm = 0 - cazul in care dreapta de referinta coincide cu dreapta de divizare si se obtine roata

zero

xm < 0 - cazul in care dreapta de referinta intersecteaza cercul de divizare si se obtine roata

minus

xm > 0 - cazul in care dreapta de referinta nu intersecteaza cercul de divizare si se obtine

roata plus

Modificarea pozitiei cremalierei la generarea danturii rotii dintate duce la modificarea

grosimii dintilor, in calculul geometric interesand grosimea s a dintilor pe cercul de divizare si

grosimea sa pe cercul de cap. La deplasari pozitive, scade grosimea dintilor pe cercul de

cap, aceasta trebuind limitata la o valoare admisibila. La rotile cu numar mic de dinti, la

danturare poate apare fenomenul de subtaiere, care duce la micsorarea rezistentei

acestuia la incovoiere, prin subtierea bazei, fiind necesara o deplasare pozitiva de profil.     Fig.1.12

E. Punctul curent de contact dintre profile descrie segmentul real de angrenare AE, respectiv

Gradul de acoperire. Una din conditiile functionarii corecte a unui angrenaj este aceea a

asigurarii transmiterii continue a miscarii. Pentru aceasta, trebuie ca la iesirea din angrenare a unei

perechi de dinti perechea urmatoare sa fie deja intrata in angrenare. Considerand perechea de dinti 1

- 1', intrarea in angrenare are loc in punctul A, iar iesirea din angrenare in punctul E,

punctul de contact M dintre profile descriind in planul bazei segmentul real de angrenare AE. In

acest timp, profilul 1 descrie pe cercul de baza a rotii 1 arcul 1 b, iar profilul 1' descrie pe cercul de

baza al rotii 2 arcul b.

Notand cu pb pasul pe cercul de baza al celor doua roti (pasii

pe cercurile de baza trebuie sa fie egali, aceasta fiind conditia angrenarii simultane a mai multor.     Fig.1.15

interferenta si numarul minim de dinti

pentru aceeasi valoare a modulului m si a unghiului de angrenare alfa,dimensiunile unei roti dintate depind de numarul dintilor z.Cu cat z este mai redus, cu atat mai mic va fi diametrul cercului de baza, iar curba evolventa va avea o variatie brusca.

Originea evolventei este situata pe cercul de baza, iar racordarea sa la cercul interior se face cu o curba neevolventica,de obicei cu un arc de cerc de raza r=0,25m. Aceasta racordare urmareste anihilarea concentrarii eforturilor unitare la piciorul dintelui, fara insa a tine seama de traiectoria varfului dintelui conjugat.

Urmarind angrenarea unui pinion avand z<17 dinti cu o roata dintata condusa avand z>17 dinti, se poate observa fenomenul de interferenta care consta in tendinta patrunderii varfului dintilor rotii z2 in profilul evolventic dinspre piciorul dintelui z1. Aceasta tendinta este cu atat mai pronuntata cu cat z1 este mai mic si z2 este mai mare, ceea ce face ca interferenta sa se extinda din zona de racordare si sa cuprinda si o portiune a flancului evolventic. Astfel, interferenta poate determina blocarea angrenajului, intensificarea zgomotilui, a uzarii, sau chiar ruperea ditilor.

Rotile dintate cilndrice cu dantura dreapta deplasata

Rotile cu dantura generala se caracterizeaza prin deplasarea liniei de referinta a cremalierei generatoare,in timpul procesului de prelucrare.In acest mod,spre deosebire de rotile cu dantura normala,la rotile cu dantura deplasata,cercurile de divizare nu sunt si cercuri de rostogolire in timpul procesului de prelucrare sau angrenare.

Deplasarea de profil ofera angrenajelor evolventice o serie de calitati fara nici un efort tehnologicsuplimentar: la danturare se modifica pozitia sculei fata de roata. Rularea intre cremaliera generatoare si roata se face intre linia de divizare cremalierei, paralela cu linia de referinta si cercul de divizare al rotii. Distanta dintre linia de referinta(functie de pozitia sculei) si linia de divizare se numeste deplasare absoluta a profilului. Raportul deplasarii absolute prin modul este numuit deplasare specifica a profilului sau deplasare de profil.

Normele ISO,recomanda pentru un angrenaj format din doua roti cu numerele de dinti z1<z2 , urmatoarele deplasari de profil:

a)pentru z1>31 ( si implicit z2>z1>31),ambele roti pot fi realizate fara deplasare de profil,x1=x2=0.Angrenajul se numeste zero sau elementar.

b)pentru z1<30 si z1+z2>60 se recomanda ca suma deplasarilor de profil sa fie zero (x1+x2)=0,iar angrenajul se numeste zero deplasat.Cercurile de rostogolire coincid cu cercurile de divizare,iar distanta dintre axe este aceeasi ca la un angrenaj zero.

c)pentru z1>10 si 30<z1+z2>60, suma recomandata a deplasarilor este pozitiva: x1+x2>0 si angrenajul se numeste pozitiv.Deplasarile specifice de profil se calculeaza cu relatiile: x1=0,03x(30-z1); x2=0,03x(30-z2).

d)pentru z1+z2<30,suma deplasarilor recomandata este x1+x2=0,9.La alegerea numerelor de dinti z1 si z2, pentru a se asigura o uzura uniforma, se recomanda ca acestea sa fie numere prime,sau unul par si celalalt impar.Pentru rotile cu numar mai mic de 17 dinti (z1<17) se recomanda o deplasare pozitiva de profil,data de relatia: x1>=(17-z1)/17.

Deplasarea de profil pentru roata cu z2 dinti se va alege in concordanta cu recomandarile prezentate mai sus.

Necesitatea deplasarii profilului

Profilul deplasat al danturii ofera multiple avantaje si se aplica pentru:

Realizarea unor roti dintate cu gabarit redus, deci cu un numar de dinti foarte mic, astfel incat sa se evite aparitia fenomenului de interferenta a danturii;

Realizarea unor distante intre axe A impuse, avand marimi diferite de cele rezultate din produsul (z1+z2)m/2=A;

Cresterea capacitatii portante la incovoiere a danturii si la presiunea de contact a flancurilor;

Reducerea alunecarii dintre flancurile active,deci reducerea intensitatii uzarii ceea ce determina sporirea durabilitatii angrenajului si a rezistentei la gripaj;

Cresterea gradului de acoperire al angrenajului.