1.8.1. Материалы, термическая и химико-термическая обработка зубчатых колес

Зубчатые колеса редукторов изготавливают из сталей с твердостью H  350 HB или H > 350 HB. В первом случае заготовки для колес подвергают нормализации или улучшению, во втором – после нарезания зубьев различным видам термической и химико-термической обработки: объемной закалке, поверхностной закалке ТВЧ, цементации, азотированию, нитроцементации и т.д., обеспечивающим высокую твердость поверхности зуба. Относительно низкая твердость H< <350 HB допускает возможность зубонарезания с достаточной точностью (степень точности 8 и 7 по ГОСТ 1643-81) без дополнительных операций, что используется как средство для снижения затрат. Применение других видов термообработки вызывает заметное искажение размеров и формы зубьев (коробление). При высоких требованиях к точности такие колеса подвергают отделочным операциям – зубошлифованию, притирке на специальных станках, обкатке и т.п., что повышает стоимость колес в десятки раз.

Зубчатые колеса с низкой твердостью хорошо прирабатываются, особенно, если зубья шестерни имеют твердость больше, чем у колес на (10…15) HB [2]. У косозубых колес перепад твердости выше. Хорошие результаты обеспечивает закалка ТВЧ зубьев шестерен с HRC 45…55 и термоулучшение колес до 280…350 HB.

При выборе материалов необходимо руководствоваться информацией, указанной в табл. 1.11, и стремиться к получению допускаемых напряжений возможно близких к ним величин [_H]_Б и [_H]_Т.

1.8.2. Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые контактные напряжения для передачи определяют по формуле

[_H] = 0,5([_H]₁ + [_H]₂)  1,25 [_H]_min , МПа,

где [_H]_min – меньшее из двух (обычно [_H]₂).

Допускаемые контактные напряжения для шестерни [_H]₁ или колеса [_H]₂ (индекс 2 указан в скобках)

, МПа,

Таблица 1.11

Термообработка или хим.терм.обработка	Марки стали ГОСТ 4543-81	H0, МПа	F0, МПа	SH	SF
Нормализация, улучшение, 180…220 HB; 260…320 HB	40Х, 40ХН, 35ХМ, 45ХЦ, Сталь 45	2HB + 70	1,8HB	1,1	1,75
Закалка ТВЧ, поверхность 45…55 HRC, сердцевина 240…300 HB	40Х, 40ХН, 35ХМ, 35ХГСА	17HRC+200	900	1,2	1,75
Цементация, нитроцементация поверхность 60…63 HRC, сердцевина 300…400 HB	20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 12ХН3А	23HRC	750…1000	1,2	1,5

где S_H – коэффициент безопасности (табл. 1.11); _H0 – предел контактной выносливости. Для наиболее применяемых материалов и термообработки показан в табл. 1.11; Z_N – коэффициент, учитывающий срок службы (ресурс) и режим работы, определяемый из условия для шестерни или колеса (индекс опущен):

, (1  Z_N  2,4),

где N_H0 – базовое число циклов перемены напряжений, определяемое по графику (рис. П2.3) или по формуле

N_H0 = 30HB^2,4  1210⁷;

N_HE – эквивалентное число циклов, соответствующее

N_HE = N_H  _H = 60  n_w  n  L_h  _H ,

где n_w – число зацеплений, в которое входит шестерня или колесо за один оборот, в нашем случае n_w = 1; n – соответствующая частота вращения, мин^-1; L_h – ресурс привода, час; _H – коэффициент режима, определяемый по табл. 1.3 в зависимости от категории режима.