5.5. Выбор материалов зубчатых колес и червяков и определение допускаемых напряжений.

Прочность зубчатых колес существенным образом зависит от их материала. Выбор материала определяется нагрузочными характеристиками зубчатой передачи, зависит от величины окружной скорости, заданного срока службы, условий эксплуатации (перепад температур, влажность иди агрессивность среды) а также от характера смазки (постоянная смазка, периодическая или разовая),

Ниже помещены основные марки материалов, применяемых при изготовлении зубчатых колес и червяков, рекомендации но их применению и термообработке.

Конструкционные стали 35, 40, 45, 50 (ГОСТ 1050-74) могут применяться как в сыром виде, так и термоулучшенном (HRC 28...32). Для колес рекомендуется термообработка в виде улучшения или нормализации для трибов и червяков лучше применять закалку. Требуют применения антикоррозионных покрытий.

Основная область применения - отсчетные или малонагруженные мелкомодульные передачи с цилиндрическими и коническими прямозубыми колесами работающими с небольшим» окружными скоростями до 3 м/с.

Нержавеющие стали 2X13, 3X13, 4X13 применяется для колес зубчатых трибов. Хорошо сопротивляются коррозии, не требуется антикоррозийных покрытий, если чистота обработки не ниже 7-го класса. Требуют подкалки в заготовке до твердости HRC 28...32 (ГОСТ 5632-72), после этого они могут обрабатываться на зубофрезерых станках.

Легированные стали 40Х, 45Х, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 37ХНЗА, 38XBA, 1X17H2 (ГОСТ 4543-71; ГОСТ 5632-72), применяют при повышенных окружных скоростям и при повышенных требованиях коррозийной стойкости. После обработки зубчатые колеса закаливают.

Колеса, к которым предъявляют осо­бенно высокие требования в отношении антикоррозионной устойчивости, изготовляют из нержавеющей стали марок ЭИ474. Эта сталь характерна тем, что после термического улучшения до твердости HRC 28..32 дает возможность получить при зубофрезерной обработке шероховатость боковых поверхностей зубьев до 8-го класса чистоты.

В случае повышенных требований к износоустойчивости рабочих поверхностей зубьев в приборостроении применяют азотируемую сталь марки 38ХМЮА. Для деталей механизмов в маломагнитном исполнении применяют сталь Х18Н9Т.

Инструментальные стали У8А, У10А (ГОСТ 1435-74) подвергают закалке до твердости в интервале HRC 40...64. Применяют для нагруженных червяков и трибов. Требуют антикоррозионного покрытия.

Бронзы Бр. ОФ10-1, Бр. АЖ9-4, Бр. АМц9-2, Бр. КМц4-1, Ер КМцЗ-1, Бр.ОЦ4-3 (ГОСТ 493-54.) применяют в передачах, работа которых сопровождается большим относительным скольжением рабочих поверхностей. При этом рекомендуется ведущую деталь выполнять из стали, а ведомую - из бронзы.

В червячной передаче червяк обычно изготовляют из стали, а червячное колесо - из бронзы. Детали могут применяться без антикоррозионных покрытий.

Латуни ЛС59-1, Л62, ЛМц58-2, ЛЖМц59-1-1 (ГОСТ 1019-47) применяют для зубчатых колес при легких условиях эксплуатации и отсутствии регулярной смазки.

Алюминиевые сплавы Д16Т и В95Т1 (ГОСТ 4784-74) применяют в малонагруженных передачах при требованиях ограничения массы и момента инерции колес. Зубчатые колеса, изготовленные из сплава алюминия В95Т1 и подвергнутые твердостному анодированию, являются достаточно износостойкими. Толщина анодированного слоя на боковых поверх­ностях зубьев составляет примерно 15 мкм, что необходимо учитывать при назначении технологии обработки при изготовлении колес. Зубчатый венец колес из сплава В95Т1 должен быть пропитан масляным коллоидно-графитовым препаратом марки МС.

Пластмассовые материалы - текстолит ПТК, ПТ, полиамидные смолы П-68 и АК-7, полиформальдегид, фторопласт-3 - применяют для изготовления колес в особых случаях при повышенных требова­ниях к бесшумности, коррозионной стойкости, износостойкости, сни­жению массы и инерционности. Допускают значительно меньшие наг­рузки чем стальные. Хорошо работают в паре с металлическим колесом.

В точном приборостроении наибольшее применение для зубчатых колес получили смола П-68, отличающаяся наименьшим коэффициен­том водопоглощения, а также полиформальдегид, обладающий хорошими усталостными свой­ствами и высокой прочностью.

Определение допускаемых напряжений при длительном режиме работы с постоянной или мало изменяющейся нагрузкой при расчете на выносливость производят следующим образом.

Допускаемые изгибные напряжения. При рас­чете для симметричного (а) или пульсационного (б) циклов:

а) [ ] = /n; или

б) [ _и] = 1,5 /n,

где — предел выносливости материала колеса при симметричном цикле нагрузки; n — запас прочности (n = 1,3...2).

Предел выносливости материалов можно определять следующим образом:

= 0,43 - для углеродистых сталей,

=85·10⁵ H/мм² - для латуней и бронз,

= (0,2...0,4) · _В — для деформируемых алюминиевых сплавов,

где _в — предел прочности выбранного материала, Н/мм².

Действительные напряжения изгиба определятся по формуле

. (3.27)