4. Зубчатые цилиндрические передачи

Зубчатая передача состоит из двух колес, имеющих чередующиеся зубья и впадины.

Меньше из колес называют шестерней, а большее- колесом, параметры шестерни будем обозначать индексом 1, а колеса-2.

Зубчатые передачи предназначены для изменения угловых скоростей, моментов и их направлений.

Зубчатые передачи классифицируются:

- по окружной скорости: тихоходные при υ < 0,5м/с, среднеходные при υ = 0,5…3м/с; быстроходные при υ >15 м/с.

-по типу зубьев: прямые, косые, шевронные;

-по расположению осей валов: с параллельными осями валов у цилиндрических, с пересекающимися осями у червячных;

-по твердости рабочих поверхностей зубьев, НВ≤350 ; HB>350;

-по степени защищенности: закрытые передачи, открытые передачи.

Достоинство зубчатых передач: постоянство передаточного числа U, отсутствие проскальзывания, долговечность, ресурс зубчатых передач 36000 ч., передача энергии между валами, высокий КПД, простота обслуживания и ухода.

Недостатки: высокие требования к точности изготовления колес и сборки передач, повышенная жесткость их корпусов, опор, валов, шум.

Различают:

-колеса внутреннего зацепления, при котором направления вращения колес совпадают.

Такое зубчатое зацепление может быть использовано для преобразования вращательного движения шестерен в поступательное движение рейки и наоборот.

Рис. 6 а) Внутреннее зубчатое зацепление

Рис 6 б) зацепление зубчатого колеса с рейкой

-- колёса внешнего зацепления, при котором сопряжённые колёса вращаются в противоположном направлении.

Рис. 7 Виды зубчатых передач с колёсами внешнего зацепления.

4.1 Материалы, термообработка и допускаемые напряжения.

Зубчатые колёса изготавливают из углеродистой или легированной стали, а при больших размерах (d>500 мм) применяют стальное литьё.

Основным материалом для изготовления зубчатых колёс служат легированные и углеродистые стали.

Стальные зубчатые колёса в зависимости от твёрдости рабочих поверхногстных слоёв условно принято делить на две группы:

- с твёрдостью HB<350.

Для получения такой твёрдости колёса подвергают нормализации или улучшению, зубья нарезают после окончательной термообработки.

- с твердостью HB>350, т.е. HRC 45.

Для получения такой твердости колеса, необходимо зубья этих колес нарезать до термообработки и только после их нарезки, выполнить термообработку типа закаливания, цементирования, нитроцементирования, азотирования и др.

Зубчатые колеса с твердостью HB>350 применяют в средне и высоконагруженных передачах в целях уменьшения их габаритов.

При выборе материалов следует обеспечить для шестерни более высокие механические характеристики, чем для зубчатого колеса.

Возможно так же изготовление шестерни и колеса из стали одной и той же марки, но с разной термообработкой. Это необходимо для лучшей приработке зубьев.

При HB>350 рекомендуют иметь твердость шестерни больше твердости колеса не менее чем на (20…30) единиц.

Допускаемое контактное напряжение определяют по формуле

,

где σ нlimb – предельное напряжение материала (МПа)

[Sн] = (1…1,3) – нормативный коэффициент безопасности при поверхностном упрочнении зубьев.

= 1 – коэффициент долговечности.

Таблица 6.

Механические свойства сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес.

марка стали	термообработка	твердость на поверхности зубьев	σ Hlimb (мПа)	σ Flimb (мПа)
40, 45, 50, 40X, 40XH, 50XH	нормализация, улучшение	НВ 180…350	2НВ+70	1,8*НВ
40X, 40XH, 40XФA	объемная закалка	HRC 45…55	16,5*HRC+135	500…550
40Х,40ХН2МА, 50ХН,40ХН, 35ХМ,45ХЦ	улучшение и закалка при нагреве ТВЧ	HRC 48…58	17*HRC+200	650…700
20Х,20ХН, 20ХН2М, 12ХН2,12ХН3А, 25ХГТ,18ХГТ	улучшение, цементация и закалка	HRC 56…63	23HRC	950
12ХГТ	нитроцементация	HRC 56…63	23HRC	750
38ХМЮА,40Х, 40ХН2МА,40ХФА	улучшение и азотирование	HRC 50…60	1050	300+HRC