a 

 b

 c

 d

 Fig. AEV-T.1.2.1  Structura constructivă a unui angrenaj cilindric cu dantură dreaptă: a – roţi şi zone principale; b – părţile coroanei dinţate; c  – generarea profilului evolventic; d –  parametri principali ai unei roţi în plan frontal

Avantaje^*

Dezavantaje^*

-         capacitate portantă mărită (gabarite reduse)

-         randament ridicat

-         durabilitate ridicată

-         posibilitatea utilizării pentru domenii largi de puteri, viteze, rapoarte de transmitere

-         siguranţă în exploatare

-         raport de transmitere constant

-         precizii de execuţie şi montaj ridicate

-         tehnologii complexe (costuri ridicate)

-         zgomote şi vibraţii în exploatare

-         rapoarte de transmitere discrete (numerele de dinţi ale roţilor sunt numere întregi)

^* Raportate la alte tipuri de transmisii (prin elemente flexibile, prin fricţiune etc.)

Grupa materialului

Mărci uzuale

Fluxuri tehnologice

Oţeluri carbon de îmbunătăţire, SR EN 10083

C45, C50, C55, C60

Oţeluri aliate de îmbunătăţire, STAS 791

33MoCr11, 40 Cr 10,

41 CrNi 12, 42 MoCr 11

Oţeluri carbon de calitate de cementare, STAS 880

C15, C20

Oţeluri aliate de cementare, STAS 791

15 Cr 9, 18 MnCr11, 20TiMnCr12, , 18CrNi20, 20MoNi35, 17MoCrNi14

Alte materiale

Fontele maleabile (Fmp 700-02, STAS 569), cu grafit nodular (Fgn 700-2, STAS 6071) sau antifricţiune (STAS 6707);  bronzurile (CuSn10; CuSn6Zn4Pb4  -STAS 197/2), materialele plastic (bachelita, textolit, poliamide)

Fig. AEV-T.1.5.1.1  Curba Wohler de oboseală generală (pentru contact şi încovoiere) şi regimurile de funcţionare 

Tensiunea limită, σ_lim  (σ_Hlim pentru contact sau σ_Flim pentru încovoiere ) este tensiunea maximă (la contact sau la încovoiere) la care după un număr de cicluri de funcţionare de bază N_B (N_BH, pentru contact; N_BF, pentru încovoiere) produce la limită scoaterea din uz/deteriorarea prin oboseală a suprafeţelor active prin pitting sau ruperea dinţilor. Valorile tensiunilor limită (de contact şi de încovoiere) determinate experimental în condiţii de laborator se găsesc în literatura de specialitate sub formă tabelar sau grafice (fer. AEV-M.1).

Funcţionarea unei roţi dinţate în funcţie de numărul de cicluri de solicitări (la contact sau la încovoiere) N_j se poate încadra în una din următoarele regimuri (fig. AEV-T.1.5.1.1):

A - solicitări statice (N_j ≤ N_st), nu apare fenomenul de oboseală a materialului datorită numărul de cicluri de solicitare redus (N_st  <  1000).

B - durabilitate limitată (N_st < N_j ≤ N_B), apar cedări prin oboseală a materialului după N_j cicluri de solicitare mai mic decât numărul de cicluri de solicitarea de bază N_B (aprox 10^6…8) Din ecuaţia curbei de oboseală, , se determină valoarea tensiunii de calcul, , cu m exponentul durabilităţii (gradul ramurii înclinate a curbei de oboseală).

 C - durabilitate nelimitată (N_j > N_B), nu apare fenomenul de oboseală pentru (teoretic) un număr de cicluri de solicitare mai mare decât cel de bază

a

b

c

d

e

f

g

h

i

j

k

l

Fig. AEV-T.1.5.2.1  Procedee de prelucrare a danturii [Moldovean, 2001]: a  – frezare prin copiere cu freza disc;  b – frezare prin copiere cu freza deget; c – frezare prin rulare cu freza melc; d – mortezare dantură exterioară prin rulare cu cuţit pieptene; e – mortezare dantură exterioară prin rulare cu cuţit roată; f – mortezare dantură interioară prin rulare cu cuţit roată;  g – frezare dantură conică prin copiere cu freza disc; h – frezare prin rulare dantură conică curbă; i – finisare dantură prin şeveruire; j – rectificare (finisare) dantură prin copiere; k – rectificare (finisare) dantură prin rulare; l  – deformare plastică (extrudare) dantură

Tipul cedării

Forme

Apariţie

Cauze

Manifestare

Evitare

Scoatere din uz

Ruperea la suprasarcini

La roţile din oţeluri cu duritate mărită

Suprasarcini şi şocuri care apar în condiţii  de  funcţionare neobişnuite

Ruperea la baza dintelui, la roţile cu dantură dreaptă; ruperea colţului dintelui la roţile cu dantură înclinată (fig. AEV-T.1.6.1,a)

Limitarea momentului transmis prin introducerea de cuplaje de siguranţă

Mărirea preciziei de execuţie a roţilor dinţate şi/sau a rigidităţilor arborilor

Ruperea la oboseală

La roţile din oţeluri cu duritatea mai mare de 45 HRC sau din fonte

Depăşirea rezistenţei la oboseală a materialului la solicitarea de încovoiere variabilă în timp

Iniţial, microfisuri în zona de racordare întinsă, care se dezvoltă provocând ruperea dinţilor  (fig. AEV-T.1.6.1,b)

Limitarea prin calcul a tensiunilor maxime de încovoiere de la baza dintelui la valori admisibile de oboseală

Realizarea unor raze mari de racordare Mărirea secţiunii dintelui la bază prin creşterea modulului şi/sau prin deplasări pozitive de profil

Deformarea plastică

La roţile din oţeluri cu duritate redusă

Încărcări cu suprasarcini şi şocuri

Depăşirea rezistenţei la curgere a materialului (fig. AEV-T.1.6.1,c)

Limitarea momentului transmis, de ex. prin introducerea de cuplaje de siguranţă

Comportare necorespunzătoare (cu neuniformităţi, vibraţii şi zgomote)

Deteriorarea flancurilor prin oboseala de contact (piting, ciupire)

Cu precădere, la roţile din oţeluri cu duritate superficială redusă (sub 55 HRC)

Oboseala materialului straturilor superficiale ale flancurilor active determinate de tensiunile de contact variabile în timp

Microfisuri iniţiale pe suprafaţa flancurilor active care se măresc consecinţă a acţiunii presiunii hidrostatice a uleiului generată în timpul contactelor dinţilor urmate de desprinderea de mici particule de material rezultând mici ciupituri (gropiţe),  fenomenul de pitting (fig. AEV-T.1.6.1,d; v. fer. AEV-T.2)

Dezvoltarea în timp a ciupiturilor şi în consecinţă funcţionarea necorespunzătoare cu vibraţii şi zgomote

Limitarea prin calcul a tensiunilor maxime de contact (la oboseală) ale flancurilor active la tensiuni admisibile

Tratamente termice şi termochimice care conduc la mărirea rezistenţei superficiale de contact

Deplasări pozitive de profil pentru mărirea razelor profilelor

Micşorarea rugozităţilor flancurilor active Utilizarea de lubrifianţi aditivaţi.

Deteriorarea flancurilor prin gripare

La roţile angrenajelor puternic încărcate cu viteze mari şi cu ungeri necorespunzătoare

Alunecări mărite între flancuri; rugozităţi mari ale flancurilor

Zgârieturi orientate de-a lungul flancului (fig. AEV-T.1.6.1,e) generate de formarea şi ruperea unor microsuduri datorate sarcinilor locale mari şi a temperaturilor ridicate

Îmbunătăţirea condiţiilor de ungere (lubrifianţi aditivaţi); mărirea preciziei de execuţie şi montaj; micşorarea rugozităţilor flancurilor active

Deteriorarea flancurilor prin uzare abrazivă

La roţile angrenajelor deschise (neprotejate) şi cu ungeri necorespunzătoare

Alunecări mărite între flancuri; rugozităţi mari ale flancurilor

Îndepărtarea unor particule fine de material de pe flancul dintelui ca urmare a unor particule abrazive existente în zona de contact (fig. AEV-T.1.6.1,f)

Ungere adecvată, etanşări şi protejări adecvate la acţiunea particulelor abrazive din mediului exterior

Deteriorarea flancurilor prin exfoliere

La roţile din oţeluri tratate termic sau termochimic superficial (călire, cementare, nitrurare)

Oboseala materialului straturilor superficiale ale flancurilor active

Apariţia de microfisuri la graniţa dintre stratul durificat şi cel de bază (fig. AEV-T.1.6.1,g)

Tehnologii de tratament termic sau termochimic adecvate

Deteriorarea flancurilor prin curgere plastică

La roţile din oţeluri cu duritate redusă

Încărcări cu suprasarcini, alunecări mari şi ungere redusă

Apariţia de adâncituri pe flancurile dinţilor roţii conducătoare şi adâncituri pe flancurile dinţilor roţii conduse ca urmare a tensiunilor tangenţiale mari cauzate de forţele de frecare care îşi schimbă sensul în polul angrenării (fig. AEV-T.1.6.1, h)

Reducerea sarcinilor de încărcare şi/sau mărirea durităţii flancurilor

a

b

c

d

e

f

g

h

Fig. AEV-T.1.6.1 Forme de cedare şi scoatere din uz [Jula, 1989; Moldovean, 2001]: a – rupere la suprasarcini; b- rupere la oboseală; c - deformarea plastică a dintelui; d – ciupirea flancurilor; e – griparea;  f – uzarea abrazivă; g – exfolierea flancurilor; h – curgerea plastică

Fig. AAEV-T.1.7.1 Schema generală a geometriei de intrare-ieşire

Parametri de intrare-ieşire

H₁H₂V – sistem de coordonate spaţial ortogonal cu axele H₁ şi H₂ în plan orizontal şi V în plan vertical

a – distanţa dintre axele roţilor

θ – unghiul liniei centrelor roţilor cu verticala

Σ – unghiul dintre axele roţilor

ω_1,2 (n_1,2) – viteza unghiulară (turaţia) roţii conducătoare, respectiv condusă

M_t1,2 (T_1,2) – momentul de torsiune al roţii conducătoare, respectiv, condusă

P_1,2 – puterea la axa roţii conducătoare, respectiv condusă (P_1,2 = M_t1,2 ω_1,2)

η = P₂/ P₁ – randamentul angrenajului

i = ± ω₁/ω₂ = ± n₁/n₂   –  raportul de transmitere ( (-) – angrenaj exterior, (+) – angrenaj interior)

Parametri constructivi principali ai danturii

z_1,2 – numerele de dinţi ale roţilor (i = ± z₂/z₁)

u = max(z₂, z₁)/min(z₂, z₁) – raportul de angrenare  (u = | i |, pentru angrenaje reductoare (n₁ ≥ n₂); u =1/| i |, pentru angrenaje multiplicatoare (n₁ < n₂); pinion – roata cu numărul minim de dinţi)

b_1,2 – lăţimile roţilor