Obliczanie zębów na zagrzanie

Istnieje kilka powodów, dla których temperatura pracy przekładni musi zostać ograniczona. Po pierwsze im temperatura oleju w czasie pracy przekładni jest bliższa temperaturze otoczenia, tym mniejsze wymagania można stawiać olejom. Im mniejsza jest różnica między temperaturą oleju w przekładni przed uruchomieniem a temperaturą oleju w przekładni po ustaleniu się stanu równowagi cieplnej, tym niższy może być tzw. wskaźnik lepkości oleju, a tym samym można zastosować mniej kosztowny olej.

Ponadto zbyt wysoka temperatura pracy przekładni może, jak już wcześniej powiedziano, zmniejszyć odporność zębów na wżery zmęczeniowe. Normy brytyjskie na przykład, które podają wartości umownych naprężeń dopuszczalnych na docisk, zawierają jednocześnie klauzulę ograniczającą przyrost temperatury oleju w przekładni. Według tej klauzuli temperatura oleju, mierzona w wannie olejowej, nie powinna przekraczać temperatury otoczenia więcej niż o 55°C. Jeśli zaś temperatura otoczenia jest wyższa od 55°C, to temperatura oleju w przekładni nie może przekraczać 110°C. Dla przekładni pracujących w otoczeniu o temperaturze wyższej od 55"C przyrost temperatury na skutek wydzielonego w czasie pracy ciepła musi być więc odpowiednio mniejszy od 55°C.

Podane wyżej temperatury należy oczywiście traktować jako temperatury graniczne. Przekroczenie tych granic dopuszczalne jest tylko w sposób lokalny. Najwyższa temperatura oleju w łożyskach oporowych, względnie temperatura oleju wyrzucanego z przestrzeni zazębienia, może być według norm brytyjskich co najwyżej wyższą o 10°C od podanych granic dla temperatury oleju w wannie olejowej.

Temperaturę oleju przy projektowaniu przekładni można próbować określić ze wzoru.

Przy badaniach wykonanej przekładni temperaturę oleju określa się na podstawie pomiarów z chwilą osiągnięcia przez przekładnię stanu równowagi cieplnej.

Podane w normach brytyjskich ograniczenia temperatury oleju sformułowane mogą być za pomocą odpowiednich zależności.

Trzecim ograniczeniem temperatury pracy przekładni jest konieczność zabezpieczenia zębów przed zniszczeniem ich powierzchni, określanym jako zatarcie. Metalowy styk zębów jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym do wystąpienia zjawiska zatarcia zębów. Zacieranie zębów rozpoczyna się wg Bloka dopiero z chwilą przekroczenia lokalnie w miejscach styku zębów pewnej określonej temperatury krytycznej, charakterystycznej dla danego skojarzenia gatunku oleju i materiału zębów. Przy czym, jak twierdzi Blok, ta krytyczna temperatura dla olejów mineralnych nie zależy zupełnie ani od prędkości poślizgu, ani od obciążenia, ani od temperatury całego uzębienia, czy też temperatury oleju w wannie olejowej. Tę krytyczną temperaturę dla poszczególnego skojarzenia gatunku oleju oraz materiałów ślimaka i ślimacznicy trzeba oczywiście wyznaczyć doświadczalnie.

Bardzo skomplikowanie przedstawia się sprawa określenia rzeczywistej, chwilowej temperatury, która w miejscu styku panuje w chwili tego styku. Temperatury tej nie można bowiem zmierzyć. Można ją tylko starać się obliczyć, zakładając pewien określony rozkład pola temperatur w miejscu styku zębów. Cytowany już wyżej Blok proponuje, aby w obliczeniach stosować eliptyczny rozkład pola temperatur jako analogiczny do rozkładu naprężeń, wynikających z prawa Hertza. Poważną jednak trudnością obliczenia tej temperatury, nawet przy założonym rozkładzie pola temperatur, jest konieczność uprzedniego określenia największych, rzeczywistych wartości jednostkowego nacisku międzyzębnego oraz rzeczywistych wartości współczynnika tarcia. O zatarciu bowiem decydują nie jakieś wartości średnie, jakimi posługujemy się w obliczeniach wytrzymałościowych, czy w obliczeniach sprawności przekładni, ale wartości rzeczywiście największe. Jest bowiem zupełnie oczywiste, że zatarcie rozpocznie się w tych miejscach, w których panuje największy nacisk jednostkowy i występuje największy współczynnik tarcia. Średnie wartości jednostkowego nacisku międzyzębnego, czy średnie wartości współczynnika tarcia, mogłyby dać tylko pojęcie o jakiejś umownej, ale nie rzeczywistej temperaturze chwilowej. Chcąc się taką temperaturą posługiwać, trzeba byłoby znać jej stosunek do temperatury krytycznej. Określenie rzeczywistych największych wartości nacisku jednostkowego i współczynnika tarcia napotyka również na trudności. Materiał doświadczalny, jakim dysponujemy w tym zakresie, jest jak na razie przynajmniej bardzo skąpy. I temu właśnie należy przypisać fakt, że wzory, wyprowadzone przez Bloka nie znalazły jeszcze większego zastosowania praktycznego w obliczeniach przekładni ślimakowych.