Procedee de călire a roților dințate

Solicitări în exploatarea angrenajelor

Calculul de rezistenţă a angrenajelor se efectuează cu scopul determinării dimensiunilor roţilor dinţate, sau a verificării celor existente, în concordanţă cu solicitările la care ele sunt supuse în diferite regimuri de funcţionare şi cu caracteristicile de rezistenţă ale materialelor din care acestea se execută.

Cauzele ieşirii din uz a angrenajelor

Cauzele ieşirii din uz a angrenajelor se pot grupa în două categorii de bază şi anume:

• ruperea dinţilor;

• distrugerea flancurilor.

Ruperea dinţilor este un mod periculos de deteriorare a roţilor dinţate şi a angrenajelor în ansamblu, uneori chiar a altor organe de maşini conexe, ea fiind cauzată de în principal de:

- suprasarcini cu acţiune statică sau prin şoc;

- oboseala materialului dinţilor.

Ruperea dinţilor prin suprasarcini se datorează unor supraîncărcări, de regulă prin şoc.

Ruperea dinţilor se poate datora şi unor tratamente de călire-revenire incorecte, când se rup porţiuni din vârfurile acestora.

Ruperea dinţilor prin oboseală este cauzată de solicitarea la încovoiere după un ciclu pulsator atunci când angrenează o pereche de roţi dinţate sau alternant simetric atunci când roata dinţată este intermediară, angrenând în acelaşi timp cu două roţi dinţate. După un număr relativ mare de cicluri apar fisuri de oboseală în zona de racordare a dintelui la corpul roţii, unde are loc şi o concentrare puternică de eforturi cauzată de variaţia de secţiune. Aceste fisuri se dezvoltă în timp, până la producerea ruperii.

Ca măsuri de prevenire sau de limitare a acestor cauze se amintesc: deplasări pozitive de profil, racordarea dintelui la corpul roţii cu rază mare, adoptarea unor module mari, utilizarea unor materiale cu rezistenţă ridicată şi a unor tratamente termice care conduc la mărirea rezistenţei la oboseală.

Distrugerea flancurilor dinţilor este cauzată de următorii factori:

• oboseala superficială a suprafeţei active de contact dintre dinţi;

• griparea;

• uzarea abrazivă;

• deformaţia plastică a flancurilor.

Concluzii.

Capacitatea portantă a unui angrenaj cilindric cu roţi dinţate se poate exprima fie prin modulul m, fie prin distanţa dintre axe a, conform relaţiei: , de unde se poate deduce:

• pentru aceeaşi valoare a distanţei dintre axe se preferă module mai mici şi numere de dinţi mai mari, astfel creşte gradul de acoperire , cu toate avantajele ce decurg de aici (mers liniştit, funcţionare silenţioasă, etc.);

• se reduc costurile de prelucrare (care scad proporţional cu scăderea modulului);

• se reduce pericolul gripării, care apare mai frecvent la module mari şi numere de dinţi mici;

din condiţia de egală rezistenţă la cele două solicitări, cea de rupere a dinţilor prin oboseală şi cea de oboseală superficială a flancurilor se poate de duce numărul de dinţi optim pentru pinion, numit numărul critic de dinţi, , pentru ca dintele să fie solicitat la limită pentru ambele cazuri.

Clasificarea roţilor dinţate după solicitări şi precizia de execuţie

Având în vedere marea varietate de roţi dinţate fabricate pentru aparate şi maşini de toate tipurile, pentru corecta alegere a materialului, apare necesară o anumită clasificare în baza unor criterii comune şi anume:

- viteza periferică;

- forţa tangenţială (care determină la rândul ei tensiunile de încovoiere şi pe cele de contact, care acţionează asupra dintelui, iar - prin multiplicare cu viteza periferică - şi puterea transmisă);

- prezenţa şi valoarea şocului.

La diferite combinaţii ale acestor criterii vor corespunde anumite condiţii de prelucrare şi montaj exprimate prin clasa de precizie a angrenării precum şi prin gradul de precizie al prelucrării suprafeţelor de lucru ale danturii.

Lăsând la o parte angrenajele cu rol pur funcţional şi care nu transmit puteri mari, în tabelul 1.1 sunt prezentate limitele orientative în ceea ce priveşte viteza periferică şi puterea transmisibilă, în funcţie de clasa de precizie pentru diferite categorii de angrenaje, convenţional considerate ca slab, mediu, greu şi foarte greu solicitate.

În grupa roţilor dinţate slab solicitate intră cele folosite la mecanisme acţionate manual sau mecanic cu viteze reduse (cricuri, palane manuale), care transmit lin puteri mici. Pretenţiile reduse în ceea ce priveşte proprietăţile de rezistenţă, absenţa aproape totală a şocurilor şi gradul de precizie scăzut permit folosirea oţelurilor nealiate semidure, turnate sau forjate fără tratament termic sau cu tratamente de recoacere, normalizare sau îmbunătăţire globală la durităţi, ce nu depăşesc 200 - 250 HB.

Roţile dinţate mediu solicitate se întâlnesc într-o serie de reductoare, care transmit puteri medii sau mari, de exemplu, de la motoare elastice rapide la maşini staţionare lente cu perioade de lucru continuu îndelungate (mori de măcinare, combine miniere, calandre în industria cauciucului, cuptoare de calcinare, maşini pentru industria uşoara etc.) sau la maşini cu sarcini variabile, dar cu viteze reduse (maşini de ridicat, maşini agricole, unele maşini-unelte). Ca urmare a condiţiilor de lucru respective (puteri medii şi mari, dar practic invariabile sau cu variaţie lentă în timp, presiuni specifice relativ mici prin folosirea de module mari, şocuri întâmplătoare şi rare datorită vitezelor reduse sau a numărului mic de cuplări), aceste roţi se execută tot din oţeluri semidure nealiate sau aliate (în funcţie de călibilitatea necesară). Ca tratamente termice tipice, la această categoric de oţeluri se utilizează îmbunătăţirea globală la durităţi variabile de ordinul 250 - 350 HB (în funcţie de solicitarea la încovoiere) cu sau fără ulterioara călire superficială la durităţi de ordinul 40 - 55 HRC (în funcţie de mărimea presiunilor specifice).

Grupa roţilor dinţate greu solicitate se întâlneşte în angrenajele reductoarelor maşinilor staţionare rapide de gabarite mici, în cutiile de viteză ale maşinilor de transport (tractoare, autovehicule, avioane, nave) sau ale unor maşini unelte, în unele multiplicatoare etc. Caracteristic pentru aceste roţi este faptul că prin reducerea modulului, respectiv prin creşterea numărului de dinţi, presiunile specifice cresc foarte mult; pe de altă parte, creşterea vitezei periferice şi funcţionarea pe durate scurte sub sarcini variabile (porniri, frânări, cuplări dese) conduc la şocuri dese şi repetate, care reclamă rezistenţe la şoc sporite ale danturii. În consecinţă, la fabricarea roţilor dinţate din această grupă sunt necesare oţeluri cu durităţi superficiale mari cu miez tenace. În acest scop, se folosesc oţeluri moi nealiate sau aliate (în funcţie de călibilitatea şi rezistenţa miezului şi stratului) la care trebuie aplicată durificarea superficială prin cementare şi ulterioară călire.