1. Выбор материала зубчатых колес
Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи, условий ее работы, а также характера и технологических возможностей производства. В ряде случаев могут иметь место ограничения по дефицитности материала. Основными материалами для зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твёрдости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колёса можно условно разделить на две группы:
1) с твёрдостью Н £ 350 НВ - нормализованные или улучшенные стали;
2) с твёрдостью Н >350 НВ - объёмно - и поверхностно-закаленные, цементированные, нитроцементированные, цианированные, азотированные стали.
Первая группа с твердостью Н 350 НВ применяется в слабо- и средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35, 40, 45, 50, 50Г, легированные стали 40Х, 45Х, 40ХН и др., которые подвергаются термической обработке – нормализации или улучшению. Чистовое нарезание зубьев производят после термообработки, колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому излому. При этом можно получить высокую точность без применения дорогих отделочных операций. Эти технологические преимущества обеспечивают отмеченным материалам широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.
Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни прямозубой передачи должна быть на (25...50)НВ выше твердости колеса. У косозубых передач твердость зубьев шестерни желательно возможно большая. Чем она больше, тем больше несущая способность передачи по критерию контактной прочности.
Вторая группа – зубчатые колеса с твердостью Н 350НВ, достигаемой за счет таких видов термообработки, как объемная и поверхностная закалка, цементация, азотирование, применяется в средне- и высоконагруженных передачах. Эти виды термообработки позволяют значительно повысить нагрузочную способность и уменьшить габариты передачи по сравнению с улучшенными сталями.
Зубья колес с твердостью поверхностей Н 350НВ плохо прирабатываются, поэтому они требуют повышенной точности изготовления. Кроме этого, термообработка, производимая после нарезания зубьев, часто сопровождается их короблением, что приводит к необходимости выполнения дополнительных операций исправления формы зубьев: шлифовки, притирки, обкатки и т.п. Эти сложности проще преодолеваются в условиях крупносерийного и массового производства.
При выборе материала зубчатых колес следует помнить, что предпочтительным является применение сталей одной и той же марки для шестерни и колеса. Что касается твердости и термообработки, то практически в этом случае возможны три варианта их сочетаний (табл.1.1). Твердость материала при Н 350НВ измеряется по шкале Роквелла (10НВ 1HRC). Если и колесо и шестерня имеют характеристику Н 350НВ, то обеспечивать разность их твердостей, как для материалов первой группы, не требуется.
Возможности программ расчета цилиндрических и конических передач позволяют определить их параметры одновременно для всех сочетаний указанных табл.1.1.
В табл.1.2 приведены значения механических характеристик и виды термообработки некоторых распространённых марок конструкционных сталей, используемых для изготовления зубчатых колёс, а также других деталей машин (валов, осей, звёздочек цепных передач, червяков, деталей муфт и т.п.). Как следует из этой таблицы, механические характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но и от размеров характерного сечения заготовок D или S.
Таблица 1.1
Рекомендуемые сочетания твердостей и термообработки
Зубчатый элемент |
Твердость и термообработка |
||
Шестерня |
Н 350 НВ улучшение |
Н 350 НВ улучшение и закалка ТВЧ, улучшение и цементация, улучшение и азотирование |
Н 350 НВ улучшение и закалка ТВЧ, улучшение и цементация, улучшение и азотирование |
Колесо |
Н 350 НВ нормализация |
Н 350 НВ улучшение |
Н 350 НВ улучшение и закалка ТВЧ, улучшение и цементация, улучшение и азотирование |
Размеры сечений
заготовок D
и S
приведены ниже (табл.1.2).
Таблица 1.2