Головка зуба изнашивается быстрее чем ножка

Опубликовано: 30.04.2024

Поверхность - ножка

Для зубчатых передач, работающих в условиях абразивного износа ( открытые, зубчатые передачи, закрытые передачи с недостаточно изолированной от внешней среды масляной ванной), установлено, что ножки зубьев изнашиваются быстрее, чем головки, причем в особенно неблагоприятных условиях находятся ножки зубьев шестерен, зацепляющихся в г раз чаще ножек зубьев колес. Отсюда следует, что для зубчатых колес открытой передачи желательно выбирать такие смещения инструмента, при которых поверхность ножек шестерни тем меньше, чем больше i и чем меньше разность твердости материалов шестерни и колеса. [31]

Косозубые передачи имеют дополнительный ресурс повышения несущей способности по контактной прочности путем увеличения твердости шестерни ( см. стр. Это связано с тем, что в косо-зубой передаче контактная линия, будучи наклоненной к полюсной линии, проходит как по поверхности ножки , так и по поверхности головки зуба. При работе передачи в результате местного выкрашивания ножки зуба колеса происходит перераспределение давления по контактной линии и большая нагрузка передается на головку зуба, которая обладает значительно более высокой стойкостью против выкрашивания. [32]

У твердых рабочих поверхностей выкрашивание, как правило, не бывает ограниченным, так как достаточно появиться на рабочей поверхности зуба мельчайшей оспинке, как стенки этой оспинки вследствие хрупкости материала станут обкалываться, и она в конце концов разрастается до очень крупной язвины. Обычно на цементованных или твердо закаленных поверхностях в начале выкрашивания появляются, также на ножках зубьев, очень мелкие поры, иногда еле заметные на-глаз, которые затем, постепенно увеличиваясь в размере и в числе, покрывают поверхность ножек зубьев , до тех пор пока не произойдет обминания или задира зубьев. [34]

Это объясняется контактно-гидродинамической теорией смазки. Существует также гипотеза расклинивающего действия масла в микротрещинах. На поверхностях ножек возникающие микротрещины направлены так, что при зацеплении зубьев выход масла из них сначала закрывается, а потом в масле создается гидростатическое давление, способствующее выкалыванию элементов материала. [35]

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев ( рис. 11.12, а) является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства хорошо смазываемых и защищенных от загрязнений зубчатых колес. Выкрашивание начинается на ножках зубьев вблизи полюсной линии. Затем оно распространяется на всю поверхность ножек . Со временем зоны выкрашивания сливаются и начинается прогрессивное выкрашивание. [36]

Для уменьшения деформации головок зубьев колеса в процессе обработки и стабилизации профиля зуба при колебании припуска на его толщину 0 08 - 0 17 мм диаметр начальной окружности колеса в станочном зацеплении принимают dw - 0 98 ( da - т), чем достигается симметричность профиля после зубокалибрования. При этом колебания погрешности профиля зубьев колеса, связанные с колебаниями величины припуска, существенно уменьшаются. Интерференцию кромок головок зубьев накатника и поверхности ножек зубьев колеса устраняют использованием для зубофрезерования фрез с увеличенными протуберанцами и увеличением радиуса р закругления кромок головок зубьев накатника с 0 2 - 0 3 до 0 4 - 0 5 мм. Для предотвращения биения торцов зубчатых колес их базирование осуществляют только по центральному отверстию с натягом 0 005 мм. [38]

В косозубых передачах с высоким перепадом твердостей при наибольших допустимых нагрузках на рабочих поверхностях ножек зубьев колеса происходит значительное выкрашивание, но, как показывает опыт, оно остается ограниченным и не приводит к полному разрушению поверхностей ножек. Напряжения на поверхностях головок в этом случае несколько возрастут, но окажутся меньше тех, которые были бы при этих же нагрузках в случае полного разрушения поверхностей ножек . [39]

Для открытых прямозубых передач выбор коррекции зацепления определяется следующими соображениями. При бедной смазке и при работе зубчатых колес с малой окружной скоростью трудно избежать износа зубьев, причем ножки зубьев изнашиваются значительно быстрее сопряженных с ними головок. Если же учесть, что зубья шестерни по сравнению с зубьями колеса зацепляются в i раз чаще, то рациональной следует признать коррекцию, приводящую к тем большему уменьшению поверхности ножек зубьев шестерни , чем больше i. Этим требованиям удовлетворяют системы коррекции, предложенные Мер-ритом и Бакингемом ( стр. [40]

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев является наиболее серьезным и распространенным видом повреждений зубьев для большинства закрытых, обильно смазываемых и хорошо защищенных от загрязнений зубчатых колес. Выкрашивание заключается в появлении на рабочих поверхностях небольших углублений, напоминающих оспинки, и носит усталостный характер: контактные напряжения в каждой точке рабочей поверхности зубьев изменяются по нулевому циклу, а напряжения в поверхностных слоях - по знакопеременному, хотя и несимметричному, циклу. Выкрашивание начинается вблизи полюсной линии на ножках зубьев, где в связи с малыми скоростями скольжения возникают большие силы трения. Затем оно распространяется на всю поверхность ножек , приводя к повышению давления на невыкрашенных участках поверхности, выжиманию смазки в ямки и, наконец, пластическому деформированию или заеданию. [41]

Примером, иллюстрирующим первое положение, может служить выбор технологических баз на первой операции обработки станины токарного станка. Следовательно, для сохранения износостойкости направляющих с них необходимо снять равномерный и небольшой слой металла. Для этого на первой операции в качестве двух технологических баз выбирают поверхности направляющих. При обработке погрешности литой заготовки удаляются в виде неравномерного слоя металла, снимаемого с поверхностей ножек , как это схематично показано на фиг. На следующей операции обработанные поверхности ножек используются в качестве технологических баз; это позволяет снять с направляющих равномерный слой металла, как это видно на фиг. [42]

Снижение амплитуды резонансов может предупредить нежелательное и иногда существенное усиление шума, но зачастую еще более важно снизить эффективность излучения. Отсюда вытекают два следствия. Во-первых, на краях поверхности можно ожидать деструктивной интерференции ( см. рис. 31); во-вторых, вдвое большая поверхность, колеблющаяся с той же амплитудой, что и меньшая, будет излучать вдвое большую энергию, то есть создаст уровень шума на 3 дБ выше. Ударив по камертону и держа его в руке, мы получим едва слышный звук, что обусловлено как интерференцией звуков, создаваемых его двумя ножками, так и малой поверхностью ножек . Прижав рукоятку камертона к столу, мы обнаружим возрастание уровня звука. [43]

При использовании ионизационных датчиков трудной проблемой является вклад ионизации молекул остаточного газа в общий ионный ток. Одним из решений этой проблемы является модуляция входящего в датчик потока пара с помощью дискового или вибрирующего прерывателей. При этом возникающий переменный ток может быть выделен из постоянного тока, связанного с остаточными газами. Другим решением является использование второго, идентичного датчика, который экранирован от потока пара, но экспонирован для остаточного газа. Выходной сигнал этого датчика может быть использован для компенсации тока от остаточных газов. В датчике Дюфуа и Зега [282] для целей компенсации используется двойная структура сетки и коллектора вместе с методом модуляции потока. Так, при испарении диэлектриков необходимо исключить осаждение вещества на сетку и коллектор. В конструкции Перкинса оба эти элемента изготовлены из проволоки и для предотвращения конденсации нагреваются током. В датчиках с постоянным током в качестве материала ножки, на которой монтируется датчик, необходимо выбирать диэлектрик с высоким сопротивлением ( 1012 Ом) для обеспечения пренебрежимо малого тока утечки между коллектором и сеткой по сравнению с ионным током. Однако токовый нагрев всех трех нитей повышает температуру и, следовательно, понижает сопротивление изоляции ножки из окиси алюминия. Для исключения этого эффекта используется водяное охлаждение держателя ножки. Кроме того, общим требованием для всех типов датчиков является экранирование элементов датчика от нежелательного осаждения каких-либо веществ, в частности, от осаждения пленки металла на поверхность ножки . И наконец, для уменьшения нежелательных эффектов, связанных с обезгаживанием и фоном остаточных газов, желательно проводить обезгаживание датчика при температурах порядка 300 С. Поскольку выходные токи датчика являются очень малыми ( обычно несколько десятых микроампер или менее), то для целей записи или запуска систем контроля их необходимо усиливать. Для знакомства с конкретными электронными схемами используемых устройств читатель может обратиться к оригинальным публикациям. Следует отметить, что для непосредственного отсчета толщины осажденной пленки в конструкциях Шварца [280] и Брунелла с сотрудниками [286] используется электронный интегратор. [44]

CC BY

Текст научной работы на тему «Влияние износа на изгибную прочность зубьев зубчатых колес»

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА ____

ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА НА ИЗГИБНУЮ ПРОЧНОСТЬ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

В. П. СТЕШЕНКО (Представлено научным семинаром кафедры прикладной механики)

В ряде случаев возникает необходимость в расчете на изгибную1, прочность изношенных зубьев зубчатых колес.

Существующие же методики расчета изношенных зубьев [2], [5] базируются на следующих положениях:

1) действующее на зуб нормальное давление считается постоянным по величине и направлению, 2) профили изношенных зубьев геометрически подобны профилям неизношенных зубьев, 3) опасное сечение не меняет своего положения по высоте зуба и остается в месте выкружки у корня зуба. На основании этих положений при расчете изношенных зубьев в расчетные формулы для новых зубьев вводятся поправочные1 коэффициенты [1], [7], которыми и учитывается понижение прочности зубьев при износе.

Таким образом, уменьшение изгибной прочности изношенных зубьев до сих пор обосновывалось только уменьшением поперечного сечения зубьев.

В действительности же при износе зубьев рабочий профиль теряет свою первоначальную эвольвентную форму [1], [3], [4], [8], в результате чего величина и направление силы нормального давления, а также положение опасного сечения зуба, изменяются по мере увеличения износа. Поэтому исходные предпосылки в отмеченных выше методах учета влияния износа зуба на его изгибную ¡прочность не имеют достаточных оснований.

Цель настоящей статьи — показать влияние износа на изгибную прочность зуба с учетом изменения профиля зуба.

Исследования, проведенные в Томском политехническом институте [6], позволили выявить некоторые основные закономерности изменения формы профиля изношенных зубьев.

На замкнутой установке изнашивались эвольвентные зубчатые, колеса редукторов горного электросверла ЭР-5. Колеса из стали 40Х с твердостью рабочих поверхностей от /?с = 30 до =40 имели 28 зубьев. Шестерни из стали 20Х с твердостью рабочих поверхностей от до 7? с = 60 имели 17 зубьев. Модуль зацепления т = 2.

Было установлено, что при различных нагрузках и разных сочетаниях твердостей и первоначальной чистоты поверхностей зубьев основные закономерности изменения геометрической формы изношенных зубьев-

остаются примерно одинаковыми. Профили изношенных зубьев экспериментальных зубчатых колес не являются эвольвентными и износ зубьев происходит неравномерно в разных точках профиля по высоте зуба. Параметры, характеризующие эвольвентное зацепление (угол зацепления, линия зацепления, коэффициент перекрытия), становятся переменными и изменяются по мере возрастания износа. Линия зацепления из прямой для эвольвентного зацепления для изношенной пары превращается в кривую, угол зацепления для зацепления изношенных зубьев является величиной переменной и может быть на отдельных участках зацепления большим или меньшим угла зацепления для эвольвентных зубьев. Уменьшается дуга зацепления, и коэффициент перекрытия быстро приближается к единице. С изменением параметров зацепления изношенных зубьев изменяется величина и положение силы нормального давления, действующей на сопряженный зуб. На основании этих опытов нами найдена закономерность изменения угла давления в зависимости от износа зубьев, причем, износ зубьев выражался в процентах от толщины неизношенного зуба по дуге начальной окружности, рис. 1, а.

где Д5И — величина износа зуба по дуге начальной окружности, в %; Б — толщина неизношенного зуба по дуге начальной окружности, в ям.

5И — толщина изношенного зуба по дуге начальной окружно-

Из рис. 1, б видно, что эта зависимость является почти прямолинейной на участке при износе до 35%. Для практических расчетов наиболее важным является расчет зубьев, имеющих износ до 30—35%, так как уже при износе зубьев сопряженных колес на 30% коэффициент перекрытия становится близким к единице. Согласно рис. 1, б зависимость изменения угла давления от износа зубьев при износе .последних до 35% имеет следующий вид:

где ои — угол давления изношенного зуба в градусах (угол между направлением силы нормального' давления, приложенной к вершине зуба, и нормально к оси симметрии зуба); оэ — угол давления для нового эвольвентного зуба в градусах;

А5И — износ зуба по дуге начальной окружности в процентах. По мере увеличения износа профилей сопряженных зубьев увеличивается угол давления. Поскольку окружная составляющая силы нормального давления, направленная перпендикулярно оси симметрии зуба, при передаче постоянного крутящего момента изношенной парой зубчатых колес остается постоянной, то, следовательно, с увеличением угла давления и нормальной силы увеличивается радиальная составляющая, сжимающая изношенный зуб. В сечениях изношенного зуба происходит перераспределение суммарных напряжений от изгиба и сжатия. В растянутой зоне суммарные напряжения уменьшаются за счет увеличения сжимающей силы.

Расчеты, проведенные по формулам сопротивления материалов для ллоских сечений, показали, что по мере износа зуба опасное сечение перемещается от ножки зуба к его головке, и зуб остается равнопрочным неизношенному для растянутой зоны при износе до 20% от первоначальной толщины, измеренной по дуге начальной окружности. На рис. \,а приведены эпюры распределения максимальных напряжений по высоте зуба, изношенного на 30% (для растянутой зоны).

Как видно из рис. 1 ,а максимальные суммарные напряжения в опасном сечении не на много отличаются от максимальных суммарных напряжений в опасном сечении неизношенного зуба, и они остаются близкими между собой как ниже, так и выше околополюсной зоны.

Рис. 1. Распределение напряжений по высоте изношенного зуба и график изменения угла давления при износе.

При износе более 35% расчетное опасное сечение перемещается-к самой вершине головки зуба, так как резко уменьшается поперечное сечение головки зуба.

Для подтверждения полученных выводов о расчетных напряжениях в опасных сечениях изношенных зубьев нами был применен поляриза-ционно-оптический метод исследования суммарного напряжения на

прозрачных моделях из изотропного материала. Модели зубьев изготовлялись из оптически чувствительного материала ЭД-6 толщиной 5 и 7 мм. После отжига и окончательной обработки модели зубьев из эпоксидной смолы нагружались с помощью специального приспособления постоянной нормальной силой. Приспособление имело специальное устройство, с помощью которого изменялся угол давления в соответствии с графиком, приведенном на рис. 1,6. Сила нормального давления определялась расчетом и замерялась при опытах динамометром часового типа. Модели нагруженных зубьев просвечивались на поляризационной установке и картины нагруженных состояний моделей фотографировались. Для получения черно-белого изображения картин напряженных состояний применялся специальный жидкостный светофильтр.

Для сравнения картин распределения напряжений нами были использованы как модели изношенных зубьев, так и модели неизношенных эвольвеитных Vбьев.

Рис. 2. Нагруженный новый зуб колеса из оптически активного материала в поляризованном свете.

На рис. 2 показан нагруженный зуб, изготовленный из оптически активного материала и имеющий эвольвентный профиль. Темные поло-сы-изохромы представляют собой геометрические места точек, в которых разность главных напряжений постоянная по величине. По числу полос, прошедших через точки наружного контура зуба при постепенном его нагружении, можно определить суммарные напряжения в любой точке контура. Как можно видеть из рис. 2, у основания зуба в месте переходной кривой через точки профиля прошло наибольшее число изо-хром и они расположены наиболее густо. Это указывает на расположение опасного сечения в начале переходной кривой зуба и наличии концентрации напряжений в месте переходной кривой зуба. Максимальные суммарные напряжения в сжатой зоне на 40% больше, чем в ра-

стянутой зоне. Место расположения опасного сечения на картинах напряженного состояния зуба точно совпадает с расчетным положением опасного сечения.

На рис. 3. показаны нагруженные зубья с разной степенью износа. Картины напряженного состояния изношенных зубьев отличаются от картины неизношенного зуба тем больше, чем больше износ зубьев.

Рис. 3. Нагруженные изношенные зубья колес из оптически активного материала в поляризованном свете.

Из рис. 3 видно, что при износе до 10% напряженное состояние изношенного зуба почти не отличается от напряженного состояния не-лзношенного зуба. Максимальные суммарные напряжения как в растянутой зоне, так и в сжатой зоне остались неизменными, и концентрация напряжений имеет место в начале переходной кривой зуба.

Опасное сечение зуба не изменило своего положения и точно соответствует положению, выявленному расчетом.

При износе зуба на 20% максимальные суммарные напряжения в растянутой зоне увеличиваются всего на 6—8% и имеют место уже на двух участках растянутого контура. Напряжения по контуру распределяются более равномерно, а концентрация напряжений в месте переходной кривой имеет большую величину, чем на изношенных участках

профиля. Максимальные суммарные напряжения в сжатой зоне увеличились на 15%. Положения опасных сечений довольно точно совпадают с расчетными данными.

У зубьев, имеющих износ от 20 до 30%, максимальные суммарные напряжения увеличились не более, чем в 1,5 раза. Картины напряженных состояний зубьев, имеющих износ от 20% и выше, сильно отличаются от полученных расчетных данных. Согласно расчету опасное сечение зуба с увеличением износа постепенно перемещается к вершине зуба. Из картин напряженных состояний изношенных зубьев видно, что' при износе зуба более чем на 20% на растянутом контуре появляются две ярко выраженные зоны концентрации напряжений. Максимальные суммарные напряжения на растянутом контуре имеют место в выкружке изношенной части ножки зуба.

При износе зуба, превышающем 30% и вплоть до износа, при котором возникает заострение головки зуба, местом наибольшей концентрации напряжений остается выкружка на изношенной части ножки зуба. Однако максимальные суммарные напряжения в сечениях всей головки зуба мало отличаются от максимальных суммарных напряжений в сечении, расположенном в месте выкружки изношенной части зуба. Отсюда следует вывод о том, что при значительных износах зубья могут ломаться не только в месте выкружки изношенной части ножки зуба, но и значительно выше выкружки. Такие поломки зубьев встречаются при эксплуатации зубчатых колес.

Интересно заметить, что у изношенных зубчатых колес, имеющих интенсивное выкрашивание, имеют место поломки зубьев не только в месте выкружки изношенной части ножки зуба, но и в местах пнтен-

Рис. 4. Характер излома моделей изношенных зубьев.

сивного выкрашивания. По-видимому, выкрашивание не только ослабляет поперечное сечение зуба, но и создает еще дополнительные очаги концентратов напряжений, которые являются причиной повышения максимальных суммарных напряжений в этих сечениях изношенного зуба.

Для определения места изломов изношенных зубьев нами было испытано ряд моделей зубьев при статической нагрузке. Модели зубьев

с модулем, равным 40 мм, отливались из алюминия и затем обрабатывались с торцовых поверхностей, чтобы получить зубья постоянной толщины. В качестве материала был выбран алюминий из следующих соображений: 1) значительно упрощается изготовление и обработка моделей зубьев; 2) можно получить зубья как пластичные, так и хрупкие, добавляя в сплав различное количество меди.

Алюминиевые модели зубьев устанавливались на специальное приспособление и нагружались на гидравлическом прессе до разрушения статической силой, приложенной к вершине зуба под углом давления. На рис. 4 показаны характерные изломы зубьев, имеющие разный износ. Неизношенные зубья ломаются в начале переходной кривой зуба. Сечение излома не является плоским, а имеет криволинейную форму.

Зубья, изношенные более чем на 20%, ломаются по наклонному плоскому сечению от места выкружки изношенной части ножки к месту переходной кривой на сжатой зоне зуба.

Полученный характер излома изношенных зубьев подтверждает картины напряженных состояний зубьев и показывает, что излом изношенного зуба происходит по наклонному плоскому сечению, проходящему через точки максимальных суммарных напряжений растянутой и сжатой зон.

1. По мере износа зубьев изменяются их профили, что приводит к изменению суммарных напряжений в опасном сечении изношенных зубьев.

2. При износе более 20% изменяется положение опасного сечения зуба. Опасное сечение от начала переходной кривой перемещается постепенно к головке зуба.

3. Излом изношенных зубьев (A SH>20%), не имеющих зон интенсивного выкрашивания, происходит по наклонному плоскому сечению, проходящему через точки, максимальных суммарных напряжений в растянутой и сжатой зонах. В случае интенсивного выкрашивания возможна поломка изношенного зуба по сечению, расположенному в зоне выкрашивания. Таким образом, выкрашивание может быть косвенной причиной поломки зубьев.

4. Изгибная прочность зубьев зубчатых колес не снижается при износе примерно до 20%.

1. Добровольский В. А. и др. Детали машин. Машгиз, 1960.

2. Заславский В. И. Расчет зубчатых зацеплений на прочность и изнашивание по новому методу. Вестник инженеров и техников, № 3, 1936.

3. Кудрявцев В. Н. Зубчатые передачи. Машгиз, 1957.

4. Кожевников С. Н. Теория механизмов и машин. Машгиз, 1954.

5. С у л и м о в А. К. К вопросу о расчете предельно допустимого износа и срока службы зубчатых передач. Научные записки Воронежского лесотехнического института, т. 16, 1959.

6. Семенов Ю. С. Результаты экспериментального исследования износа зубчатых колес редукторов горных электросверл. Известия Томского политехнического института, т. 108.

7. Часовников Л. Д. Передачи зацеплением. Машгиз, 1961.

8. Maschmever А. Н. Wear Life of Aluminum Gears. Product Engineering, № 9, 3956.

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

Типичные повреждения рабочих поверхностей зубчатых передач определяются конструкцией и особенностями эксплуатации. Силы, действующие на зубья, вызывают изгиб, сжатие и тангенциальные деформации за счёт трения в зоне контакта. Циклическое изменение этих сил, а также изгибающие и контактные напряжения, вызванные этими силами, являются причиной поломки зубьев и усталостного выкрашивания их рабочей поверхности. Трение, возникающее в зоне контакта зубьев, вызывает износ и заедание.

Виды повреждений зубчатых передач: изменение геометрии рабочих поверхностей в результате механического, абразивного, усталостного изнашивания и схватывания сопряжённых поверхностей, вследствие чего развиваются повреждения – абразивное изнашивание, усталостное выкрашивание, заедание, задиры, сколы, трещины (рисунок 3.24).

Рисунок 3.24 – Износ зубчатых передач:
а) скол зуба; б) зона осмотра зубьев

Поломка зубьев – наиболее опасный вид разрушения. Она происходит из-за возникающих в зубьях переменных напряжений при деформации изгиба. Поломка зубьев может происходить в результате больших перегрузок ударного и статического характера, а также усталостного разрушения от действия переменных напряжений в течение длительного времени. Трещины усталости возникают у основания зуба из-за неучтённых расчётом перегрузок. Перенапряжение зубьев может вызывать концентрацию нагрузки по длине зуба вследствие неправильного монтажа (непараллельности валов), а также из-за грубой обработки поверхности впадин зубьев, заклинивания зубьев при нагреве передачи и недостаточных боковых зазорах. Чаще всего наблюдаются отколы углов зубьев, связанные с концентрацией нагрузки.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев – наиболее распространённый эксплуатационный вид повреждения закрытых передач. Возникает в результате действия переменных контактных напряжений в поверхностных слоях материала. В зубчатых передачах, работающих при высоких контактных напряжениях, главным образом, на ножках и у полюсной линии, появляются веерообразные микротрещины, которые, развиваясь вглубь по кругу, замыкаются, что и приводит к явлению выкрашивания. Стимулирует выкрашивание смазка, попадающая в трещины. Вследствие клиновидности трещины давление смазки возрастает по глубине и достигает максимального значения у вершины трещины. Прогрессирующий износ вызывает искажение профиля и приводит к снижению ресурса.

Абразивный износ зубьев – основной вид разрушения отрытых передач. Вид поверхности – ряд мелких параллельных полос, перпендикулярных оси колеса. Износ поверхностного слоя, имеющего наибольшую твёрдость, приводит к увеличению скорости изнашивания. В процессе износа уменьшается размер зуба по толщине, увеличиваются зазоры в зацеплении, нарушается эвольвентность рабочего участка профиля зуба.

Износ схватыванием I и II рода в зубчатых передачах проявляется в виде пластических сдвигов и задиров зубьев.

Пластические сдвиги наблюдаются у тяжелонагруженных зубчатых колёс, выполненных из мягкой стали. На поверхности таких зубьев при перегрузке появляются пластические деформации с последующим сдвигом.

Задир зубьев возникает при нарушении сплошности масляной плёнки, в случае появления металлического контакта между рабочими поверхностями зубьев, сопровождается нагревом металла вплоть до сваривания микрообъёмов металла. Это приводит к появлению борозд, расположенных на рабочей поверхности зубьев, перпендикулярно оси колеса. При загрязнённой смазке твёрдые частицы, попадая в зону контакта сопряжённых поверхностей, под давлением внедряются в тело зубьев и вызывают дополнительное истирание поверхности.

В начальный период из-за неточностей изготовления, монтажа нагрузка на их отдельных участках распределяется неравномерно. Это приводит к местному разрушению масляной плёнки, смятию и истиранию неровностей на наиболее нагруженных участках, на поверхности зубьев появляются натиры с металлическим блеском.

Наибольший износ рабочих поверхностей наблюдается на ножках зубьев, где имеет место максимальное скольжение. Самый быстроразвивающийся вид повреждения – разрушение, начинается с образования трещины и заканчивается сколом или поломкой зубьев. Трещины начинают появляться в основании зубьев на стороне растянутых волокон и располагаются перпендикулярно рабочим поверхностям зубьев. Возникновение трещин приводит с течением времени к разрушению зубьев и часто к повреждению других деталей механизма из-за попадания в них кусков зубьев.

Малые зазоры в зубчатых передачах приводят к повышению вибрации и шума. В этом случае происходит подрезание ножки зуба ведущего колеса и на головках зубьев появляются острые кромки.

Уменьшение шероховатости рабочих поверхностей зубьев значительно снижает мгновенную температуру в зоне контакта, повышает долговечность и улучшает условия работы зубчатой передачи.

В червячных передачах витки червяка изнашиваются значительно больше, чем зубья червячного колеса. В цилиндрических передачах наблюдается более интенсивный износ зубьев шестерен, чем зубьев колес.

В открытых и закрытых зубчатых передачах проверяют износ рабочих поверхностей, наличие трещин, сколов, поломок, нарушения правильности зацепления, зазоры, торцевые биения, смещения валов, наличие смазочного материала на поверхностях трения.

При диагностировании червячной передачи определяют “мёртвый ход” червяка – перемещение при неподвижном колесе. Для однозаходного червяка ход составляет 8…10°, для двухзаходного – 4…6°.

Бракуют колёса по наличию трещин у основания зуба и по площади усталостного выкрашивания, если она превышает 30% рабочей поверхности зуба, а глубина их превышает 10% толщины зуба.

Контроль состояния зубчатых передач осуществляется по следующим параметрам:

оценка неравномерности вращения тихоходного вала;
оценка значения “мёртвого” хода редуктора;
по пятну контакта прилегания рабочих поверхностей контактирующих зубьев.

Мёртвый ход редуктора характеризует суммарный износ зубчатых передач, шлицевых и шпоночных соединений, подшипников качения.

Проверка прилегания рабочих поверхностей зубчатых колёс осуществляется по металлическому блеску и пробой на краску. По металлическому блеску – обкатывание шестерен с одной или двух сторон зуба. Проба на краску – проворачивание шестерен с краской на ведущем колесе.

Определение отношения размеров пятна краски на зубьях цилиндрических колёс к размерам зуба в процентах приведено на рисунке 3.25. Удовлетворительным является расположение пятен при выполнении следующих соотношений (обозначения на рисунке 3.25):

(h / H) × 100% = 25…60%;
[(a-c) / b] × 100% = 30…80%.

Рисунок 3.25 – Определение размеров пятна краски на зубьях цилиндрических колёс

Возможные варианты расположения пятна контакта при проверке прямозубого зубчатого зацепления приведены на рисунке 3.26. Стрелками показано направление смещения осей для исправления неправильного зацепления. На зубе проводят чертилкой линию на расстоянии m (модуль) от вершины зуба, зубья колеса меньшего диаметра покрывают тонким слоем краски (берлинская лазурь или голландская сажа), передачу прокручивают на один оборот. Краска должна отпечататься на втором колесе на боковой поверхности зубьев на высоте не менее 60% высоты зуба. Пятна должны располагаться ближе к вершине зуба, не доходить до края зуба на 1,5…3,0 мм, а до верхней части – на 0,4…1,0 мм.

Рисунок 3.26 – Проверка прямозубого зубчатого зацепления с помощью краски: а) правильное зацепление; б) увеличенное расстояние между осями зубчатых колес; в) уменьшенное расстояние между осями зубчатых колес; г) непараллельное расположение осей зацепления в плоскости Р с правильным расстоянием между осями зубчатых колес; д) непараллельное расположение осей зацепления в плоскости Р при уменьшенном расстоянии между осями зубчатых колес; е) непараллельное расположение осей зацепления в плоскости Р при увеличенном расстоянии между осями зубчатых колес; ж) непараллельное расположение осей зацепления в плоскости Р и излом в плоскости Q при правильном межосевом расстоянии; з) излом осей зацепления в плоскости Р при правильном межосевом расстоянии и параллельном расположение в плоскости Р

Пятна контакта позволяют оценить и качество сборки цилиндрических зубчатых передач (рисунок 3.27).

Рисунок 3.27 – Соответствие пятен контакта и качества сборки цилиндрических зубчатых передач: а) хорошее качество сборки; б) брак, перекос колёс; в) брак, увеличенный боковой зазор приводит к радиальным биениям и вибрации; г) брак, излом осей колёс; д) удовлетворительное качество сборки, увеличено межцентровое расстояние; е) брак, увеличенный радиальный зазор; ж) брак, радиальное и торцевое биения приводят к вибрации механизма

Случается, что, потеряв зуб, человек задумывается о протезировании только спустя несколько лет. Выбирает надежную современную технологию — дентальную имплантацию. И обнаруживает, что за прошедшее время костная ткань «расслабилась» — ее объем и плотность стали недостаточны для полноценной установки имплантата. О том, почему возникает разрежение костной ткани челюсти и возможна ли имплантация без наращивания костной ткани — читайте в нашем обзоре.

Что такое атрофия костной ткани челюсти

Костная ткань — сложная, живая, постоянно изменяющаяся структура. Как и в любой живой ткани, в ней есть вода — около 10% [1] . В среднем 25% состава кости — органическая, «живая» составляющая. Это белки, в основном коллаген, и клетки, регулирующие состав и структуру ткани. Оставшаяся доля — неорганические вещества (в основном гидроксиапатиты). Это именно те вещества, которые придают костной ткани прочность и жесткость. Процентное соотношение может меняться в зависимости от того, идет ли речь о губчатой или компактной костной ткани:

Губчатая кость — пористая и легкая, в ней между костными структурами (трабекулами) много свободного пространства, где проходят кровеносные сосуды. В структуре преобладают органические компоненты.
Компактная (кортикальная) кость — плотно скомпонованная и очень прочная. В ней преобладают неорганические субстанции.

Живая ткань кости формируется костными клетками: остеоцитами и остеокластами.

Остеоциты — это клетки костной ткани, которые ее формируют и регулируют процесс кальцификации. Они синтезируют белковые структуры кости, регулируют минерализацию — концентрацию солей кальция и фосфора, таким образом поддерживая баланс между органической и неорганической составляющей.

Остеокласты уничтожают «отслужившие свое» или поврежденные костные структуры.

В нормальном состоянии живого организма непрерывно поддерживается баланс между разрушением и созиданием — для того чтобы создать что-то новое нужно «расчистить площадку». Но когда по каким-то причинам процесс резорбции (рассасывания) костной ткани начинает преобладать, наступает атрофия костной ткани.

Чаще всего убыль костной ткани развивается после удаления зуба. Любой орган для того, чтобы сохранить нормальное состояние, должен работать, а нерабочие структуры атрофируются — у организма нет возможности тратить питательные вещества и энергию на подержание в работоспособном состоянии нефункционирующего органа. Костная ткань челюсти поддерживается в «рабочем» состоянии нагрузкой, которая передается при жевании через корни зубов. Как только зуб удаляется, нагрузка исчезает. Постепенно перестают функционировать сосуды, которые питали удаленный зуб, а значит, перестает поступать питание и в ткань челюсти. Ткань челюсти в области удаленного зуба начинает рассасываться — атрофироваться. Как показало исследование немецких ученых, после потери зубов такие изменения возникают в 95% случаев [2] . В течение 1 года после потери зуба объем костной ткани уменьшается на 25% [3] . Именно поэтому врачи-стоматологи рекомендуют как можно быстрее после потери зуба поставить на его место имплантат.

В клинической практике выделяют 4 степени атрофии [4] :

незначительная;
умеренная;
выраженная;
грубая.

При незначительном снижении плотности костной ткани возможна имплантация зубов с помощью дентальных имплантатов оптимального размера. При грубой атрофии имплантация возможна только после реконструкции челюсти.

Причины потери плотности и убыли костной ткани челюсти

Потеря зуба — не единственная причина изменения костной структуры. Такими причинами могут стать:

воспаление десен и периодонта — структур, окружающих зубы и обеспечивающих их стабильность;
кисты и воспаления в области корней зубов или верхнечелюстных пазух;
травмы челюсти;
остеопороз;
врожденные анатомические особенности.

Тем не менее основные причины развития атрофии костной ткани челюсти — несвоевременное протезирование после удаления зуба.

Последствия «расслабления» костной ткани

Атрофия альвеолярных отростков — проблема не только «местного» масштаба. Постепенно усиливаясь, процесс вызывает необратимые изменения:

Меняется выражение лица. В зависимости от того, где расположен дефект, «укорачивается» верхняя или нижняя челюсть, западают губы, вокруг них формируются морщины. Лицо приобретает характерный «старческий» вид.
Зубы начинают смещаться в сторону «пустого» пространства. Увеличивается вероятность потери и соседних зубов. Из-за того, что расположение зубов меняется, между ними задерживаются остатки пищи: ускоряется развитие кариеса. Да и само жевание становится менее эффективным, как результат — проблемы с ЖКТ.

И основная проблема, с которой сталкиваются пациенты стоматологических клиник, — невозможность имплантации зубов. По данным отечественных врачей, у 35% пациентов она невозможна без проведения реконструкции костной ткани челюсти [5] .

Как предотвратить процесс атрофии?

Поскольку атрофия костной ткани чаще всего развивается из-за удаления зуба (или нескольких зубов), очевидно, что для ее предотвращения следует как можно скорее восстановить зубы. Традиционно используются несколько методик:

установка мостовидной конструкции;
установка съемного протеза;
имплантация.

Первые два метода относительно недороги. Но, к сожалению, они не восстанавливают нагрузку на кость в месте удаленных зубов. Нагрузка ложится на здоровые зубы, фиксирующие протез, в случае съемного моста — на десны. В результате атрофия продолжает развиваться. Часто она сводит на нет результаты протезирования — десна «проседает» вслед за костной тканью, под протезом появляется щель. Это не только неэстетично, но и опасно — в образовавшемся пространстве скапливаются остатки пищи, на которых активно размножаются микроорганизмы, провоцирующие воспаление.

Имплантация зубов, в отличие от других методик протезирования, позволяет сформировать нагрузку непосредственно на костную ткань в районе удаленного зуба. Таким образом, костная ткань продолжает работать в нормальном режиме, а значит, в ней сохраняются все необходимые обменные процессы. Это предупреждает истончение костной ткани челюсти.

Варианты восстановления зубного ряда при значительной атрофии

Но что же делать, если время упущено и степень атрофии костной ткани не позволяет имплантировать зубы? На сегодня есть две основные методики, позволяющие справиться с этой проблемой.

Восстановление костной ткани челюсти с последующей имплантацией с отложенной нагрузкой.

Это классическая методика, проверенная временем. Сначала проводится операция по увеличению объема костной ткани. Существуют разные методики: синус-лифтинг, расщепление альвеолярного отростка, подсадка костного трансплантата или искусственной ткани. Какая из них будет оптимальна в данном конкретном случае, может решить только лечащий врач. После операции потребуется от нескольких месяцев до полугода на восстановление костных структур, после чего в челюсть вживляются имплантаты, пока без коронок — и снова требуется около полугода для их приживления. Только после этого на титановое основание имплантатов устанавливаются коронки и челюсть, наконец, получает нагрузку.

Имплантация с немедленной нагрузкой

Это относительно новая методика стала возможной благодаря специальным имплантатам, которые фиксируются не в альвеолярной части челюсти, а глубже, в базальной ее части, которая состоит в основном из компактного вещества. Имплантаты подбирают исходя из индивидуальных особенностей челюсти пациента. Они требуют минимального времени для заживления — протез устанавливают уже на 3–5-й день после фиксации самого имплантата. Благодаря тому, что кость сразу же получает нагрузку, в ней сохраняется кровообращение, нормальный обмен веществ, что ускоряет регенерацию.

Для того чтобы орган сохранял свою структуру и функции, он должен работать. Это касается и костной ткани челюсти. Потеря зубов приводит к атрофии кости челюсти. Чтобы предупредить этот процесс, необходимо как можно быстрее после удаления зуба заменить его протезом. Имплантация зубов — самый приближенный к естественному способ их восстановления, позволяющий сохранить объем и плотность костной ткани.

Как выбрать стоматологическую клинику?

О том, на что обращать внимание, планируя имплантацию зубов, рассказывает Олег Владимирович Филимонов, врач-имплантолог центра дентальной имплантации SMILE-AT-ONCE:

«Как минимум поинтересуйтесь оборудованием, на котором работает клиника, материалы каких производителей она использует. Например, стоматология SMILE-AT-ONCE — официальный партнер известных производителей имплантатов: Nobel Biocare, Oneway Biomed, Straumann. На нашем сайте есть подробная информация об инструментах, оборудовании, программном обеспечении и технологиях, которые мы используем. Там же вы можете ознакомиться с нашими лицензиями, сертификатами и наградами.

Для успеха лечения важно, как долго клиника существует, каков опыт работы врачей, проходят ли они курсы повышения квалификации. Специалисты нашей клиники имеют более чем десятилетний стаж работы и регулярно участвуют в научно-практических конференциях, обучающих программах, других образовательных мероприятиях. Так, все имплантологи SMILE-AT-ONCE имеют действующие сертификаты Международного фонда имплантации (International Implant Foundation), что подтверждает их право работать в этой области. Клиника входит в международное сообщество имплантологов (International Team for Implantology. ITI), которое существует уже 30 лет. Мы осуществляем весь комплекс услуг по протезированию зубов с использованием имплантатов за семь дней и даем пожизненную гарантию на имплантаты, а также предлагаем удобную схему лечения как пациентам из Москвы, так и иногородним».

Лицензия № ЛО-77-01-013995 от 14 марта 2017г. выдана Департаментом здравоохранения города Москвы

Предотвратить атрофию костной ткани можно, прибегнув к протезированию зубов с использованием имплантатов.

Протезирование зубов с использованием имплантатов часто рекомендуется, если значительно сократился объем костной ткани и если нельзя осуществить костную пластику.

Протезирование зубов с использованием имплантатов позволяет:

остановить атрофию костной ткани;
восстановить костную ткань;
частично разгладить морщины вокруг рта за счет исправления формы челюсти.

Преимущества протезирования.

Протезирование зубов с использованием имплантатов возможно даже на последних стадиях развития пародонтита, а также при полной адентии и при значительном сокращении костной ткани.

Ношение съемных протезов может вызывать дискомфорт и приводить к атрофии костной ткани и к проседанию десны.

Протезирование зубов с использованием имплантатов не занимает много времени: обрести новую улыбку можно менее чем за одну неделю.

Протезирование зубов с использованием имплантатов может быть актуально для восстановления не только части жевательных зубов, но и всего зубного ряда верхней челюсти.

1 Биохимия соединительной ткани
2 Lars Schropp, A. Wenzel, L. Kostopoulos, et al. Bone Healing and Soft Tissue Contour Changes Following Single-Tooth Extraction:
A Clinical and Radiographic 12-Month Prospective Study.
3 Соков, Л.П. Руководство по нейроортопедии. Л.П. Соков, Е.Л. Соков, С.Л. Соков. — М.: РУДН, 2002. — С. 74-75
4 Никольский В. Ю., Вельдяксова Л. В., Максютов А. Е. Оценка степени атрофии костной ткани челюстей после удаления зубов
в связи с дентальной имплантацией. Саратовский научно-медицинский журнал 2011.
5 Клинические результаты использования различных костно- пластических материалов при синус-лифтинге /
С.Ю. Иванов, Э.А. Базикян, М.В. Ломакин [и др.] // Новое в стоматологии. — 1999. — № 5. — C. 75

Каадзе Анастасия Геннадьевна Ответственный редактор

Если вы решились на установку имплантатов или другой вид дентального протезирования, предварительно посетите пародонтолога. При выявлении патологий потребуется их устранение. Кроме того, необходима гигиеническая чистка зубодесневых карманов и зубов для устранения налета и зубного камня.

Шейка зуба или место, где коронка зуба соединяется с десной, - одно из самых уязвимых мест для образования различных дефектов. Оголение шейки зуба и лечение этого дефекта в стоматологии – довольно распространенное явление. Однако о причинах, вызвавших это заболевание, нужно поговорить отдельно.

В стоматологии оголенная шейка зуба и лечение этого дефекта называется лечением клиновидного дефекта – V-образного поражения эмали зуба.

Как определить оголение шейки зуба, требующее лечения? Ведь визуально пациент не всегда может заметить начало этого заболевания на раннем этапе? Обычно оголение шейки зуба сопровождается возникновением кратковременных болей при приеме холодной, сладкой или кислой пищи. Также могут возникать неприятные ощущения при чистке зубов от прикосновения щетины щетки к проблемному месту. Однако подобные симптомы могут наблюдать лишь люди в молодом возрасте. У более пожилых людей обнажение шейки зуба, как правило, не вызывает никаких побочных эффектов.

Почему оголенная шейка зуба требует лечения? Помимо эстетического дискомфорта и болезненных ощущений пациента с таким заболеванием до поры до времени больше ничего не беспокоит. Однако при отсутствии необходимого и своевременного лечения обнаженная шейка зуба может стать причиной быстротечного разрушения этого самого зуба.

Самое интересное в современной стоматологии Москвы то, что для оголенной шейки зуба лечения, полностью устраняющего причины появления этого дефекта, так и не придумано. А все дело в том, что стоматологи до сих пор не установили точных причин образования клиновидного дефекта. Причем в настоящий момент для сокрытия такого эстетического дефекта зубов стоматологи предлагают закрыть его пломбой, винирами и даже коронками. Но все дело в том, что поставленные на клиновидный дефект пломбы, виниры и коронки прослужат гораздо меньше, чем такие же конструкции, поставленные по какой-либо другой причине.

Видео. Терапевтическая стоматология - Клиновидный дефект

Долгое время в стоматологии бытовало распространенное мнение о том, что оголение шейки зуба и лечение этого дефекта требуется в результате механического истирания зуба твердыми, жидкими и газообразными инородными телами. Другими словами, стоматологи советовали во избежание лечения оголенной шейки зуба не пить газированную воду, соки и не есть цитрусовые, а также не пользоваться слишком жесткой зубной щеткой.

Однако в настоящее время эти теории не являются основными, хотя и способствуют прогрессированию клиновидного эффекта, и отягчают течение этого заболевания. Но при этом данные причины не могут вызывать развитие оголения шейки зуба. Хотя в нашем организме ничто не вечно и даже самая твердая ткань нашего организма – зубная эмаль поддается истиранию. Причем это истирание образуется преимущественно с наружной стороны. В результате такого длительного воздействия образуется клиновидный дефект.

Именно он может стать причиной того, что после лечения болит зуб. Но не только механическое истирание, но и естественное изгибание зуба при сильной жевательной нагрузке способствует растрескиванию эмали в области шейки зуба.

Еще одной причиной возникновения клиновидного эффекта стоматологи считают неправильное смыкание зубных рядов. Так как при неправильном прикусе и негармоничном смыкании зубных рядов нагрузка между ними распределяется неравномерно.

Оголение шейки зуба и лечение этого дефекта в стоматологии выделяет традиционные методы и грамотные. Из традиционных методов можно назвать аппликационные повязки различных препаратов. Например, мазей, лаков, реминерализирующих растворов и т. д. В любом случае при оголенной шейке зуба такое лечение не навредит, но и достаточной пользы может не предоставить. Длительного эффекта такое лечение, конечно же, не дает, но на некоторое время может избавить от боли.

Из методов длительного и самостоятельного лечения можно выделить использование снижающих чувствительность зубов зубных паст. Этот метод лечения оголенной шейки недорог и доступен. Эффект от него примерно такой же, как и при аппликациях различных препаратов: окончательно вылечиться с помощью данного метода невозможно, но болезненные ощущения устранить удастся.

Традиционное лечение обнаженной шейки зуба в стоматологии сводится к пломбированию, установке виниров, а также изготовлению искусственных коронок. Здесь пациент выбирает, исходя из того, сколько стоит лечение зубов, рекомендаций специалистов и ожидаемого эффекта.

Читайте также: