Naprężenia stykowe przy współpracy kół zębatych pokrytych powłoką

W artykule przedstawiono analizę możliwości zastosowania teorii Hertza do przypadku styku skoncentrowanego elementów pokrytych powłoką. Przedmiotem analizy był rozkład naprężeń w miejscu styku zębów kół zębatych o zębach prostych, których powierzchnie robocze zostały umocnione przez obróbkę powierzchniową. Gradient twardości i modułu sprężystości materiału w głąb warstwy wierzchniej został przyjęty na podstawie dostępnych danych oraz wyników badań indentacyjnych. Metodę wyznaczenia pola naprężeń kontaktowych oparto na analizie teorii Hertza oraz symulacji modelu numerycznego. Przyjęty model numeryczny umożliwia wyznaczenie rozkładu naprężeń w warstwie wierzchniej i głębiej w podłożu oraz określenie miejsca maksymalnej koncentracji tych naprężeń w styku pary zębów. Na potrzeby analizy założono, że: powłoka idealnie przylega do podłoża, własności materiału powłoki w miejscach równo oddalonych od powierzchni są jednakowe, grubość powłoki na obydwu stykających się zębach jest jednakowa, styk zębów odbywa się bez poślizgu. Uzyskane wyniki analizy dowodzą, że teorię Hertza można adaptować do przypadku styku skoncentrowanego elementów pokrytych powłoką, poprzez jej integrację z modelem numerycznym. Informacje zdobyte podczas modelowania numerycznego służą także poprawie dokładności opisu oddziaływań w styku walcowych kół zębatych o zębach prostych.

Due to the increased interest amongst tooth gear manufacturers for an adequate method of stress field controlling, this paper presents an analysis of the applicability of Hertz theory to the case of contact of the elements with coated material. The proposed method to determine the contact stress field in this case of contact was developed based on the classic Hertz theory and a specific numerical model. Gradient of hardness and elastic modulus in the material of the surface layer was measured by indentation and partly taken from databases. The adopted numerical model allows the determination of the stress distribution in the surface layer, in the core material below this layer, and allows the determination of the maximum stress concentration. The following assumptions were made: (1) The graded surface layer adheres perfectly to the substrate. (2) The properties of surface layer material at the same distance from the surface are the same. (3 ) The thickness of surface layer of both surfaces in contact is the same, and the contact is without sliding. The results of analysis indicate that Hertz theory can be adapted to the case of the contact of elements made with coated material through its integration with a numerical model. An example for analysis was the stress distribution in the contact of gears with straight teeth, whose working surfaces have been hardened by glow discharge. Information gained using this method can provide a contribution to improve the accuracy of the description of the interaction in the contact of surfaces with coated material.