Defectarea elementelor transmisiilor cu roti dintate

Defectarea elementelor transmisiilor cu roti dintate

Se va analiza in acest capitol defectarea elementelor componente ale transmisiilor rotii dintate.

In ciuda unei evidente simplitati a unor astfel de sisteme mecanicei, totusi modurile de distrugere posibile si mecanismele acestora sunt foarte    numeroase.

In principal degradarea transmisiilor cu roti dintate pot apare ca urmare a:

distrugerii rotilor dintate prin diverse mecanisme;

uzarii sau defectarii lagarelor cu rostogolire sau cu alunecare;

distrugerii sistemelor de etansare si ca urmare a pierderii partiale sau totale de lubrifiant;

uzarii arborilor canelati;

distrugerii prin oboseala a arborilor de transmisie;

corodarii carcaselor si a aparitiei fisurilor prin care se poate scurge lubrifiantul;

degradarii lubrifiantilor si ca urmare a aparitiei altor tipuri de defecte ale elementelor prezentate mai sus.

O prima observatie asupra degradarii in general a unui sistem mecanic de transmisie cu roti dintate este faptul ca acesta se poate defecta mai frecvent ca urmare a deteriorarilor care apar in lagarele cu rostogolire decat ca urmare o defectarii rotilor dintate.

Cu toate ca atat rotile dintate cat si rulmentii sunt supuse unor tensiuni variabile de contact, rulmentii sunt mult mai sensibili la particulele dure care pot exista in lubrifiant ca urmare a desprinderii acestora in timpul rodajului sau ca urmare a distrugerii suprafetelor metalice in contact. Se poate considera la general ca din cauzele defectarii transmisiilor cu roti dintate sunt cauzate de defectarea rulmentilor, din cauza defectarii rotilor dintate iar sunt alte cauze.

In afara mecanismelor principale de distrugere rotile dintate si lagarele se pot deteriora si ca urmare a unor cauze cum ar fi: erori de aliniere ale rulmentilor, arborilor si rotilor dintate (care provoaca aproximativ din totalul distrugerilor); erori de prelucrare (aproximativ din defecte); instabilitatea termica a elementelor componente (in special dilatari nedorite a arborilor pe care sunt montati rulmentii si a carcaselor in care sunt montati acestia, aproximativ din defecte); vibratii torsionale; suprasarcini ocazionale neprevazute (aproximativ din defecte) care pot duce la distrugerea rulmentilor sau a rotilor dintate; suprasarcini provocate de diverse tipuri de cuplaje elastice, arbori cardanici, motoare electrice supradimensionate cu cupluri de pornire excesiv; contaminarea interioara sau exterioara a lubrifiantilor (aproximativ din defectari).

Deteriorarea rotilor dintate

A.Moduri de manifestare ale degradarii la rotile dintate

Rotile dintate ca elemente constructive esentiale ale acestor tipuri de transmisii, se pot degrada datorita solicitarilor complexe la care sunt supuse si ca atare si modurile de deteriorare ale acestora sunt multiple.Principalele moduri de deteriorare ale rotilor dintate se considera a fi: uzarea, griparea, deformarea plastica, oboseala de contact, fisurarea, ruperea, ruperea la baza dintilor prin oboseala de incovoiere.

Uzarea suprafetei dintilor constituie unul dintre modurile de distrugere a dintilor rotilor dintate. In afara de pierderea directa de material de pe suprafata dintilor care conduce la micsorarea sectiunii portante a acestora, aceasta duce si la modificari functionale cu repercusiuni asupra nivelului de zgomot si de vibratii.Uzarea suprafetelor flancurilor rotilor dintate conduce la modificari ale geometriei acestora incat poate schimba distributia sarcinii pe dinte si astfel accelerarea altor tipuri de degradari. La analiza distrugerii prin uzare este necesar considerarea unui complex de factori legati nu numai de geometria dintelui dar si de tipul contactului precum si de deformarile locale care au loc.

Incercarile de a descrie fenomenul de uzare au condus la o relatie generala larg acceptata care contine un complex mare de factori.

12.1A. Repartizarea raportului de transmitere pe trepte

Repartizarea raportului de transmitere pe treptele reductoarelor se realizeaza in functie de o serie de conditii de optimizare ale constructiei reductorului cum ar fi: masa si dimensiuni de gabarit minime, durabilitate egala pe toate treptele reductorului, rigiditate minima, pierderi de putere minime etc. Pentru reductoarele de uz general conditia de baza se considera a fi cea de masa minima si corespunzator de volum minim. La reductoare in doua trepte este necesar sa se asigure egalitatea diametrelor rotilor conduse atat pe treapta rapida cat si pe cea lenta. Astfel:

i_R=ψ³√i²

unde iR este raportul de transmitere pe treapta rapida iar i - raportul total de transmitere. Valorile coeficientului de durabilitate ψ <l)se aleg in limitele (ψ=0,75.1 (0,75 in cazul regimurilor neuniforme de lucru iar valori tinzand catre 1, in cazul regimurilor uniforme).

Cu cresterea raportului total de transmitere i, raportul de transmitere al treptei rapide trebuie sa fie sensibil mai mare decat cel al treptei lente.

Astfel daca i = 10, iL 1,4iR, iar la i iL 5iR.

In condtiile asigurarii unei sume minime a distantelor intre axe, la rapoarte totale de transmitere mici i< 10), se recomanda iL = 2,5iR, iar odata cu cresterea acestuia, diferenta dintre valorile iR si iL este necesar sa se micsoreze. La i = 70, se recomanda iL = iR . Raportul distantelor intre axe a_L/a_R la o suma minima a acestora, se recomanda a fi in jurul valorii de 2,2, iar in cazul asigurarii unei mase minime a rotilor a_L/a_R 47. La valori medii ale raportului a_L/a_R si i=10, se recomanda iR = 1,7, iar la i = 60, iR

Daca sunt cunoscute tensiunile limita < H lim pentru solicitarile de

contact ale materialelor rotilor dintate, rapoartele de transmitere se pot determina astfel:

pentru reductoarele in doua trepte

sau

pentru reductoare in trei trepte. In aceste relatii prin R, I si L s-au simbolizat respectiv treapta rapida, intermediara si lenta.

Pentru reductoarele in trei trepte, limitarea rapoartelor de transmitere pe trepte se poate realiza astfel incat diametrul rotii conduse al treptei rapide sa fie mai mic decat diametrele rotilor conduse ale celorlalte doua trepte, care trebuie sa fie pe cat posibil apropiate ca diametre.

In vederea micsorarii pierderilor de putere datorita barbotarii uleiului in reductor, se recomanda imersarea rotii conducatoare in ulei la o adancime mai mica decat cea a rotii conduse. De obicei, imersarea rotii rapide nu trebuie si depaseasca de doua ori inaltimea dintelui, iar a celei lente, mai mult de o treime din raza acesteia. 0 astfel de recomandare, necesita adoptarea unu raport de transmitere mai mare pe treapta rapida decat pe cea lenta concomitent cu marirea factorului de latime ψR pe treapta rapida.

In cazul reductoarelor in doua trepte, pentru realizarea unor diametre d a rotii conduse egale sau cu diametre ceva mai mari pentru treapta lenta, s> recomanda urmatoarea relatie:

In functie de miscarea relativa a rotilor dintate se disting reductoare ordinare si planetare. Distributia in plan a arborilor de intrare si de iesire din reductor poate fi realizata in plan orizontal sau in plan vertical .

Reductoarele ale caror corpuri sunt imbinate in mod nemijlocit cu cele ale motoarelor de actionare formeaza grupul motoreductoarelor. In mod uzual motoreductoarele se utilizeaza in gama de puteri kW, kW, putand fi considerata drept limita maxima. Caracteristica tehnica cea mai generala a reductoarelor este raportul dintre masa reductorului in kg si momentul de torsiune maxim transmis de arborele condus al reductorului, in N.m. Aceasta caracteristica depinde in mare masura de duritatea rotilor dintate.

Comparativ, reductoarele se apreciaza dupa: randament, dimensiuni de gabarit, masa, rigiditate, moment de torsiune transmis.

In cazul rapoartelor mici de transmitere cele mai mari dimensiuni sunt realizate de reductoarele melcate, iar cele mai mici de reductoarele planetare cu duritati ridicate ale suprafetelor dintilor.

In fig. 1.2 sunt prezentate suprapusdimensiunile de gabarit pentru urmatoarele tipuri de reductoare: melcate (1 globoidale cu roti dintate ordinare (3) si planetare (4) caracterizate prin putere/raportul de transmitere: a) - 37 kW/7; b) - 18,5 kW/21; c) - 9 kW/5. Se remarca faptul ca odata cu cresterea raportului de transmitere, dimensiunii relative ale reductoarelor melcate si globoidale se micsoreaza. Dupa numarul treptelor de demultiplicare reductoarele pot fi cu una, doua, trei s.a.m.d.trepte.

Reductoarele cu roti dintate intr-o treapta se folosesc intr-o gama variata de puteri. Reductoarele coaxiale au dimensiuni de gabarit marite in directie axial insa lungimi mai mici fata de celelalte reductoare. Reductoarele planetare cele mai mici dimensiuni de gabarit, mai mici decat cele ale reductoarelor,roti dintate cilindrice, insa necesita precizii ridicate in functionare si ca atare conditii pretentioase la prelucrare si rigiditati sporite.

Reductoare cu roti dintate de uz general

Reductoarele cu roti cilindrice au cea mai larga utilizare datorita gamei variate de puteri posibile de transmis, simplitatii constructive si de exploatare gamei variate de puteri. Reductoarele cu o singura treapta utilizeaza rapoarte de transmitere i preferabil pana la rapoartele m conducand la dimensiuni de gabarit mari, neechilibrate.

Cel mai des utilizate in constructia de masini sunt reductoarele in doua trepte. In mod obisnuit raportul de transmitere are valorile cuprinse in 6,3.40

Reductoarele in doua trepte cu schema constructiva desfasurata si cele mai simple, avand cea mai mica latime, insa, distributia asimetrica rotilor pe arbori duce la cresterea concentrarii tensiunilor pe lungimea dintilor.Pentru eliminarea acestui neajuns sunt necesari arbori rigizi si corespunzator duritatii ridicate pentru rotile dintate. In scopul uniformizarii repartizarii sarcinilor, in special pe arborele treptei lente, se folosesc reductoare cu sarcina distribuita in mod egal pe cele doua roti dintate ale treptei rapide

Cele doua angrenaje de intrare se realizeaza cu dinti inclinati, inclinari diferite dreapta-stanga, arborele fiind montat pe rulmenti cu joc axial reglabil.Un astfel de montaj conduce la micsorarea concentrarii tensiunilor pe lungimea dintilor.Micsorarea ridigitatii sistemului conduce si la greutati reduse cu 20%,fata de tipul de reductor cu schema desfasurata.

Raportul distantelor intre axele treptei lente si celei rapide se recomanda a fi cu valori a_wlent/ a_wrapid=1,121,6.Alegerea optima a raportului de transmitere precum si alegerea unui regim uniform de lucru conduce la micsorarea raportului amintit.Astfel,pentru reductoarele instalatiilor de ridicat raportul se recomanda a fi    adoptat cu valoarea 1,25.

Reductoarele in trei trepte se utilizeaza la rapoarte de transmitere i 400,folosindu-se constructii dupa scheme desfasurate sau cu sarcina distribuita pe treapta intermediara.

In acest mod se asigura o repartitie mai uniforma a sarcinilor pe treptele lente si rapide.

In conditiile necesitatii transmiterii miscarii intre arbori perpendiculari,la rapoarte mici de transmitere,se utilizeaza reductoare conice intr-o treapta(i 6,3)sau la rapoarte mai mari,combinatii de reductoare conico-cilindrice.Treapta rapida in acest caz este realizata cu roti conice.

Constructia si prezentarea rotilor dintate

Forme constructive de roti dintate

Forma constructiva a rotilor dintate este dependenta in general de tipul si dimensiunile acestora si de materialul, tehnologia si seria lor de fabricatie.

Ca urmare in constructia de masini se intalneste o varietate deosebita de forme, prin care proiectantii urmaresc obtinerea variantei optime in ce priveste consumul de materiale si de manopera,ia concordanta cu posibilitatile de executie.

In general pinioanele cilindrice sau conice cu dimensiuni reduse fac corp comun cu arborele dacaδ 0,5(d_i-d) intrucat in aceasta situatie grosimea coroanei rotii este sub limita impusa de conditiile de rezistenta si rigiditatea.

Se subliniaza faptul ca nu trebuie exagerat in ceea ce priveste adoptarea solutiilor de mai sus deoarece materialul ar fi nerational utilizat (raportul volumului arborelui finit la volumul semifabricatului ar fi semnificativ subunitar), tratamentul local termic sau termochimic ar fi ingreunat si eventuala inlocuire a arborelui-pinion - mult prea costisitoare.

Pentru diametre exterioare (d_a) ale rotilor de pana la 80 100 mm, acestea se executa din semifabricate laminate sau forjate, de forma unor discuri cilindrice sau tronconice.

In situatia unor roti cu diametre exterioare mai mari decat 100 mm se prefera solutiile cu butuc, disc si coroana.    Se remarca solutiile 9.5 a si b cu butuc simetric sau asimetric in raport cu discul, solutiile 9.5 c si d, in constructie sudata din care prima are dantura in V iar cea de a doua prezinta o structura mai rigida propice pentru dantura inclinata.

In figura 9.6 se remarca: -varianta a cu bandaj montat prin strangere pe coroana roi, imbinarea fiind asigurata prin stift; -varianta b in care asigurarea imbinarii prin strangere se face prin suruburi cu strangere initiala; -varianta c tn care se adopta soluiia sudata dar cu disc asimetric; -varianta d, roata cu coroana din material plastic turnata pe suport metalic.

Dimensiunile ce caracterizeaza aceste roti sunt prezentate in tabelul 9.1.

In figurile 9.7a si 9.7b sunt prezentate mai multe variante de rofi dinfate conice. Se remarca faprul ca structura lor constructiva nu difera esential de aceea a rotilor cilindrice §i ca atare nu s-au reluat in totalitate variantele posibile de roti conice.

Dimensiunile recomandate pentru ro$i conice sunt prezentate in tabelul 9.2.

Figura 9.8 pune in evidenta structura constructiva a rotilor melcate care se caracterizeaza prin existenta unei coroane realizate din material antifrictionist (v.§.5), montata prin imbinare prin strangere pe corpul rotii confectionat din otei sau fonta (mai rar).

In marea majoritate a cazurilor imbinarea prin strangere se asigura prin:

stift

stift filetat

suruburi pasuite    sau nu;

coroana rotii melcate se toarna pe corpul rotii atunci cand posibilitatile tehnologice o permit.

Evident si in acest caz corpul rotii melcate poate fi realizat in varianta sudata din elemente componente: butuc, disc si coroana suport al bandajului dintat.

Alegerea uneia sau alteia din variantele posibile se face dupa o prealabila analiza a avantajelor si dezavantajelor fiecareia.

O problema deosebita o constituie realizarea grupului de roti dinfate cilindrice a caror forma trebuie sa asigure posibilitatea executiei lor.