2.1.2. Требования к точности зубчатых колес

Точность зубчатых колес существенно влияет на уровень шума в передаче, плавность и долговечность ее работы. Основными показателями точности зубчатых колес являются:

Кинематическая точность - характеризуется погрешностью угла поворота колеса за один оборот шестерни и связана с накопленной ошибкой шага. Важна для механизмов, где требуется точность передаточного отношения.

Плавность работы – характеризуется колебаниями скорости вращения колеса при равномерном вращении шестерни в пределах одного оборота. Погрешности в плавности работы определяются ошибками шага и профиля зубьев. Влияет на динамические нагрузки и шум при работе передачи.

Пятно контакта зубьев – размер пятна влияет на величину контактных напряжений на боковой поверхности зубьев. Оказывает влияние на долговечность работы передачи.

Боковой зазор между нерабочими поверхностями зубьев при их контакте по рабочим поверхностям характеризуется свободным вращением колес без заклинивания зубьев. Этот зазор важен для реверсивных передач, а также для передач, работающих при высокой температуре.

По ГОСТ 1643 - 81 установлено 12 степеней точности зубчатых колес (в порядке убывания точности): от 1 до 12. Для степеней точности 1 и 2 допуски в стандарте не указаны. Эти степени оставлены для дальнейшего развития, чтобы не вводить как в других стандартах обозначения с нулем (0 или 01). Наиболее широко в машиностроении применяются колеса 6 – 8 степени точности. В приборостроении и станкостроении используются колеса 5 степени точности. В открытых передачах используются колеса 9 степенью точности.

Степенью точности зубчатых колес определяются кинематическая точность, плавность работы и пятно контакта. Независимо от степени точности стандартом установлены нормы точности на боковой зазор в зубчатом зацеплении, который обозначен в порядке увеличения: Н, Е, Д, С, В, А. Зазор в сопряжении Н минимален и равен нулю. Обычно рекомендуется сопряжение В.

Точность зубчатых колес в силовых передачах выбирается в зависимости от скорости вращения, а точность зубчатых колес в кинематических передачах выбирается в зависимости от назначения этих передач. Для точных зубчатых колес нормируется также торцевое и радиальное биение. Посадочное отверстие выполняется по 7 квалитету, а для прецизионных колес по 5 – 6 квалитету.

2.1.3. Материал и термическая обработка зубчатых колес

Основными материалами для зубчатых колес являются углеродистые и легированные стали, которые термически упрочняются до высокой твердости, марок 45, 20Х, 40Х, 40ХН, 35ХМ и пр.

Термическая обработка применяется для повышения твердости зубьев. С повышением твердости растет несущая способность передач по контактной прочности. Поэтому закалку используют для повышения твердости зубьев в силовых передачах. В кинематических передачах, предназначенных для точной передачи вращательного движения между валами при небольших значениях крутящего момента, зубчатые колеса закалке не подвергаются. Основными видами упрочняющей термической обработки зубчатых колес являются:

Объемная закалка является наиболее простым способом термообработки колес. К ее недостаткам следует отнести высокую прокаливаемость материала, что уменьшает сопротивление усталости материала при изгибе зубьев.

Поверхностной закалкой обеспечивается высокая твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Нагрев колес при поверхностной закалке производится в индукторах токами высокой частоты (ТВЧ).

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в насыщении поверхности металла за счет диффузии при высокой температуре различными химическими элементами. В настоящее время применяются следующие виды ХТО:

Цементация – насыщение стали углеродом при температуре 900⁰ с последующей закалкой обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Для цементации применяются легированные стали с низким содержанием углерода: 20Х, 12ХН3А, 20ХНМ, 15ХФ и пр.

Азотирование – насыщение стали азотом в среде аммиака при температуре 500⁰. Азотирование обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев. До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. Сталями для азотирования являются 38Х2МЮА, 40ХФА, 40ХНА и пр. Зубья после азотирования не шлифуют. В этой связи азотирование применяют для упрочнения колес зубчатых передач с внутренним зацеплением. Недостатком азотирования является длительность процесса (до 60 час.) и малая толщина упрочняемого слоя до 0,5 мм.

Нитроцементация – процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при температуре 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. После нитроцементации изделия подвергают закалке. Сталями для данного вида ХТО являются 40Х, 18ХГТ и пр.

Стальное литье применяют для колес большого диаметра. Литейными марками сталей являются: 35 – 55Л, 40ХЛ, 30ХГСЛ и пр. Литые колеса подвергают нормализации. Эти стали отличаются повышенной жидкотекучестью за счет повышенного содержания марганца и кремния.

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес открытых тихоходных передач. Чугуны проявляют хорошую стойкость к заеданию. Поэтому чугунные зубчатые колеса могут работать без смазки. Для изготовления чугунных колес используют серые чугуны марок СЧ25 - СЧ45, а также высокопрочные чугуны с шаровидным графитом.