Richtlinien für die Konstruktion von Zahnriemenscheiben

Andere Teile des Synchronrads (wie Zahnkranz, Speichen, Nabe usw.) müssen neben strengen Einschränkungen hinsichtlich der Qualität des Synchronrads in der Regel nur nach Erfahrung konstruiert werden, und die ermittelte Größe ist relativ reich an Festigkeit und Steifigkeit. Es scheitert selten.
1. Zahnoberfläche geklebt
Bei Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungs-Synchrongetrieben (z. B. dem Hauptgetriebe-Synchronrad eines Untersetzungsgetriebes für Flugtriebwerke) ist der Druck zwischen den Zahnoberflächen groß, die momentane Temperatur hoch und die Schmierwirkung schlecht. Wenn die momentane Temperatur zu hoch ist, kommt es beim Ineinandergreifen der beiden Zahnoberflächen zu einem Zusammenkleben. Zu diesem Zeitpunkt gleiten die beiden Zahnoberflächen relativ zueinander und die verklebten Teile werden zerrissen, sodass sich entlang der relativen Gleitrichtung Narben auf den Zahnoberflächen bilden, was als Kleben bezeichnet wird. Bei der Übertragung gilt: Je höher die momentane Temperatur der Zahnoberfläche und je größer die relative Gleitgeschwindigkeit, desto wahrscheinlicher ist es, dass es zum Verkleben kommt. Bei einigen Hochleistungs-Synchrongetrieben mit niedriger Drehzahl und hoher Beanspruchung kommt es aufgrund der Zerstörung des Ölfilms zwischen den Zahnoberflächen auch zu einem Haftungsversagen. Zu diesem Zeitpunkt steigt die momentane Temperatur der Zahnoberfläche nicht wesentlich an, daher spricht man von Kaltverklebung. Die Verbesserung der Schmiermaßnahmen, die Verwendung von Schmieröl mit starker Antiklebewirkung (z. B. vulkanisiertes Öl), die Zugabe von Hochdruckzusätzen zum Schmieröl usw. können die Haftung der Zahnoberfläche verhindern oder verringern.

2. Zahnräder sind gebrochen
Es gibt viele Formen von Zahnbrüchen. Unter normalen Bedingungen handelt es sich hauptsächlich um den Biegeermüdungsbruch der Zahnwurzel, da bei Belastung des Zahns die an der Zahnwurzel erzeugte Biegespannung am größten ist, zuzüglich der Querschnittsveränderung und Bearbeitung des Übergangsteils der Zahnwurzel. Die Spannungskonzentration, die durch Werkzeugspuren usw. verursacht wird, führt bei wiederholter Belastung der Zahnradzähne zu Ermüdungsrissen an den Zahnwurzeln, die sich allmählich ausdehnen, wodurch die Zahnradzähne ermüden und brechen. Darüber hinaus kann es bei plötzlicher Überlastung der Getriebezähne auch zu Überlastungsbrüchen oder Scherungen kommen; Wenn die Verzahnung stark abgenutzt ist und die Zahndicke übermäßig dünn ist, brechen sie auch bei normaler Belastung.
Bei der Übertragung von schrägverzahnten zylindrischen Synchrongetrieben ist die Kontaktlinie auf der Arbeitsfläche der Zahnradzähne eine diagonale Linie (siehe Abbildung). Nach der Belastung der Zahnradzähne kommt es bei konzentrierter Belastung zu einem teilweisen Bruch. Bei unsachgemäßer Fertigung bzw. Montage oder zu starker Biegung der Welle und örtlicher zu starker Belastung der Verzahnung kommt es sogar zum Teilbruch des gerade verzahnten zylindrischen Synchronrades. Um die Bruchfestigkeit des Synchronrads zu verbessern, können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden: 1) Erhöhen Sie den Radius der Wurzelübergangskehle und beseitigen Sie die Markierungen des Bearbeitungswerkzeugs, um die Konzentration der Wurzelspannung zu verringern. 2) Erhöhen Sie die Steifigkeit der Welle und des Trägers, um die Belastung der Zahnkontaktlinie des Zahnrads relativ gleichmäßig zu machen. 3) Verwenden Sie geeignete Wärmebehandlungsmethoden, um dem Zahnkernmaterial eine ausreichende Zähigkeit zu verleihen. 4) Nutzen Sie Prozessmaßnahmen wie Kugelstrahlen und Walzen, um die Zahnwurzeloberfläche zu stärken.

3. Lochfraß auf der Zahnoberfläche
Lochfraß ist eines der Phänomene von Ermüdungsschäden an der Zahnoberfläche. Bei einem gut geschmierten geschlossenen Synchrongetriebe ist die häufigste Form des Versagens der Zahnoberfläche meist Lochfraß. Unter der sogenannten Lochfraßkorrosion versteht man das Phänomen der Lochfraßschädigung, die durch Ermüdung unter Einwirkung der wechselnden Kontaktspannung des Zahnoberflächenmaterials entsteht. Die anfängliche Grübchenbildung auf der Zahnoberfläche ist nur eine punktförmige Grübchenbildung. Wenn die Arbeitsbedingungen nicht verbessert werden, wird sich die Grübchenbildung nach und nach ausdehnen, sogar mehrere Punkte werden miteinander verbunden und schließlich bilden sich offensichtliche Schäden an der Zahnoberfläche. Während des Eingriffsvorgangs des Synchronrads spielt das relative Gleiten zwischen den Zahnoberflächen eine Rolle bei der Bildung eines Schmierölfilms. Je höher die relative Gleitgeschwindigkeit, desto einfacher lässt sich ein Ölfilm zwischen den Zahnoberflächen bilden und desto besser ist die Schmierung. Wenn die Zähne des Zahnrads in der Nähe der Teilungslinie kämmen, sind aufgrund der geringen relativen Gleitgeschwindigkeit die Bedingungen für die Bildung des Ölfilms schlecht, die Schmierung ist schlecht und die Reibung ist relativ hoch, insbesondere bei der Übertragung eines geraden Synchronrads. Die Kraft ist auch die größte. Daher tritt Lochfraß zunächst an der Zahnfußoberfläche in der Nähe der Teilungslinie auf und breitet sich dann auf andere Teile aus. Relativ gesehen weist die Zahnfußoberfläche in der Nähe der Teilungslinie die schlechteste Beständigkeit gegenüber Lochfraßkorrosion (dh die niedrigste Kontaktermüdungsfestigkeit) auf. Durch Erhöhen der Härte des Materials der Zahnriemenscheibe kann die Anti-Pitting-Fähigkeit der Zahnriemenscheibe verbessert werden. Das Hinzufügen von Schmieröl zwischen den ineinandergreifenden Zahnradzähnen kann die Reibung verringern, Lochfraß verlangsamen und die Lebensdauer des Synchronrads verlängern. Und innerhalb angemessener Grenzen ist der oben genannte Effekt umso besser, je höher die Viskosität des Schmieröls ist. Denn wenn Ermüdungsrisse auf der Zahnoberfläche auftreten, dringt das Schmiermittel in die Risse ein, und je niedriger die Viskosität des Öls, desto leichter dringt es in die Risse ein. Nachdem das Schmieröl in den Riss eingedrungen ist, kann es beim Eingriff der Zahnradzähne im Riss gequetscht und ausgedehnt werden, wodurch die Rissausbreitung beschleunigt wird, was ein Nachteil ist. Daher empfiehlt es sich, zur Schmierung des Synchronradgetriebes bei niedriger Drehzahl ein höherviskoses Öl zu verwenden; Verwenden Sie für das Synchronradgetriebe mit einer höheren Geschwindigkeit (z. B. Umfangsgeschwindigkeit v>12 m/s) eine Öleinspritzschmierung. Die Rolle der Wärmeableitung) sollte zu diesem Zeitpunkt nur Öl mit niedriger Viskosität verwendet werden. Offenes Synchronradgetriebe, da sich die Zahnoberfläche schnell abnutzt, kommt es selten zu Lochfraß.

4. Verschleiß der Zahnoberfläche
Beim Synchronradantrieb weist die Zahnoberfläche je nach Arbeitsbedingungen unterschiedliche Verschleißformen auf. Wenn beispielsweise abrasive Materialien (wie Sand, Eisenspäne usw.) zwischen die ineinandergreifenden Zahnoberflächen gelangen, werden die Zahnoberflächen nach und nach abgenutzt und verschleißen. Diese Art von Verschleiß wird abrasiver Verschleiß genannt. Es ist eine der Hauptformen des offenen Synchronradgetriebes. Die Umstellung auf einen geschlossenen Synchronradantrieb ist die wirksamste Möglichkeit, abrasiven Verschleiß an der Zahnoberfläche zu vermeiden.

5. Plastische Verformung der Zahnoberfläche
Plastische Verformung gehört zu einer großen Kategorie von Versagensarten bleibender Verformung von Zahnradzähnen. Es entsteht durch das plastische Fließen der Zahnoberfläche oder des Zahnkörpers, wenn sich das Zahnmaterial unter übermäßiger Belastung in einem nachgiebigen Zustand befindet. Bei Synchronrädern mit geringer Härte kommt es in der Regel zu plastischen Verformungen; bei starker Belastung tritt es aber auch bei Synchronrädern mit hoher Härte auf. Die plastische Verformung wird in plastische Rollverformung und hämmernde plastische Verformung unterteilt. Die rollende plastische Verformung entsteht durch den plastischen Materialfluss, der durch das gegenseitige Rollen und Gleiten kämmender Zahnradzähne entsteht. Da die plastische Fließrichtung des Materials mit der Richtung der Reibungskraft auf der Zahnoberfläche übereinstimmt, wird es entlang der Teilungslinie an den Zähnen des Antriebsrads aus der Nut gequetscht, wo die relative Gleitgeschwindigkeit Null ist, und an den Zähnen des angetriebenen Rads. Der Grat wird an der Knotenlinie herausgedrückt. Dieses Phänomen wird rollende plastische Verformung genannt. Die plastische Hammerverformung ist die plastische Verformung, die durch übermäßigen Aufprall verursacht wird. Es zeichnet sich durch flache Rillen auf der Zahnoberfläche aus, und die Ausrichtung der Rillen stimmt mit der Kontaktlinie der kämmenden Zahnradzähne überein. Um die Härte der Zahnoberfläche zu verbessern, kann die Verwendung von hochviskosen oder Hochdruckschmiermitteln dazu beitragen, die plastische Verformung der Zahnradzähne zu verlangsamen oder zu verhindern.