|
Основными материалами, из которых изготовляют зубчатые колеса, являются, стали, подвергнутые термообработке. По сравнению с другими материалами они в наибольшей степени обеспечивают уста¬лостную контактную и изгибную прочность зубьев. Реже зубчатые колеса изготовляют из чугуна, сплавов цветных материалов или пластмасс.
В зависимости от твердости рабочих поверхностей стальных зубьев различают:
- колеса с твердостью по Бринеллю ≤ НВ 350 (нормализованные, улучшенные);
- колеса с твердостью по Бринеллю больше НВ 350 (закаленные, цементированные, нитроцементированные, азотированные, цианированные).
Зубчатые колеса с твердостью по Бринеллю ≤ НВ 350 нарезают (чистовое нарезание) после окончательной термообработки. При этом получают высокую точность изготовления зубьев без применения дорогих отделочных операций. Стальные зубья с указанной твердостью хорошо прирабатываются, не подвергаются хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Такие колеса применяются в передачах с малой и средней степенью нагруженности, а также в передачах с большими размерами колес, термообработка которых затруднена.
Зубчатые колеса с твердостью по Бринеллю НВ больше 350 нарезают (чистовое нарезание) до окончательной термообработки. Так как термообработка вызывает коробление зубьев, что снижает точность зубьев, то для их исправления используют отделочные операции термообработанных до высокой твердости зубьев (шлифование, притирка, обкатка). Исправление таких зубьев требует специального дорогостоящего оборудования, что значительно повышает стоимость колес. Снижение точности зубьев в процессе термообработки часто компенсируют ужесточением на одну (две) степени норм точности на предшествующих операциях или же применением сталей устойчивых против коробления.
Применение зубчатых колес с твердостью по Бринеллю больше НВ 350 значительно повышает усталостную контактную прочность зубьев и, соответственно, нагрузочную способность передачи, что приводит к снижению габаритов передачи, возрастает износостойкость колес в сопротивление заеданию зубьев. Однако зубья с большой твердостью рабочих поверхностей плохо прирабатываются, что требует высокой точности их изготовления.
Чугуны применяют для изготовления преимущественно крупногабаритных тихоходных (υ<1 м/с) зуб¬чатых колес и, в особенности, колес открытых передач. Такие передачи могут работать при недостаточ-ной смазке, они хорошо сопротивляются заеданию. Колеса из чугуна значительно дешевле колес из стального литья, поэтому высокопрочные чугуны широко применяют вместо стального литья для изготовле¬ния закрытых передач. Основной недостаток чугунов - их пониженная изгибная прочность, особенно при ударных нагрузках.
Зубчатые колеса из древеснослоистых пластиков (ДСП), текстолита, полиамидов используют при небольших передаваемых нагрузках. Они способны амортизировать ударные нагрузки, гасить колебания и тем самым обеспечивать бесшумность работы передачи.
Выбор материалов для зубчатых колес и вида их термической обработки зависит, в первую очередь, от желаемого технического уровня изделия, масштаба производства (единичное или серийное), условий эксплуатации и технологических возможностей пред¬приятия-изготовителя.
На практике применяют следующие варианты термообработки зубьев зубчатых колес:
1. Передачи зубчатые открытые - передачи малой степени нагруженности, с окружной скоростью ко¬лес υ<1,0 м/с, допускающие приработку зубьев вследствие несоосности валов передачи, производство индивидуальное.
Рекомендуемые матерапы - Ст5, Стб (ГОСТ 380-94); 35, 40, 45 (ГОСТ 1050-88); 35Л, 40Л (ГОСТ 977-88). Термообработка (ТО) - нормализация, НВ 170...270.
2. Передачи зубчатые закрытые.
2.1. Передачи малой и средней степени нагружснности в индивидуальном производстве
ТО шестерни - улучшение, твердость НВ 260...300. ТО колеса - улучшение, твердость НЕ 230...260. Возможно, использование для шестерни и колеса, одинаковых марок сталей.
2.2. Передачи с малой и средней степенью нагруженности в мелкосерийном производстве.
Рекомендуемые материалы - 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ, 35ХГС, 38ХС, 45ХНМ (ГОСТ 4543-71).ТО шестер¬ни - улучшение и объемная закалка (закалка ТВЧ, пламенная закалка), твердость 45...53HRC. ТО ко¬леса-улучшение, НВ 270...300. Возможно, использование для шестерни и колеса, одинаковых марок сталей. При закалке ТВЧ и пламенной закалке глубина закаленного слоя не менее 1,5 мм.
Особенности сталей - повышенная чувствительность к концентраторам напряжений, склонность к образованию трещин.
2.3. Передачи малой и средней степени нагруженности в серийном производстве.
Рекомендуемые материалы - 45, 45, 50, 50Г, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, 38ХС. Марки сталей одинаковые для шестерни и колеса. ТО шестерни и колеса одинаковая - улучшение и закалка ТВЧ (объемная закалка, пламенная закалка), твердость 45...53 HRC. При за¬калке ТВЧ и пламенной закалке глубина закаленного слоя не менее 1,5 мм.
Особенности сталей - повышенная чувствительность к концентраторам напряжений, небольшие дефор¬мации при ТО.
2.4. Передачи малой и средней степени нагруженности, работающие без перегрузок.
Рекомендуемые материалы - 38ХЮМФА, 38Х2МЮА, 40ХН2МА, 40Х2ИЮА, 38Х2Ю. ТО - азотирование. Твердость поверхностей 550...800 HV (55...70 HRC).
Особенности сталей - высокая поверхностная твердость, небольшие деформации при ТО.
2.5. Передачи средней степени нагруженности с нешлифованными зубьями в серийном и массовом производствах.
Рекомендуемые материалы колеса, ТО и их твердость - по п. 2.3. Рекомендуемые материалы шестерни - 20, 20Х, 25ХГТ, 25ХГМ, 20ХН2М, 12ХНЗА, 18ХГТ, 20ХГТ, 20ХГНР, 20ХГР. ТО - улучшение, нитроцементация и закалка. Твердость 56...62 HRC. Снижение точности зубьев в процессе ТО компен¬сируется ужесточением на одну или две степени норм точности на предшествующих операциях.
Особенности сталей - высокая износостойкость и поверхностная твердость зубьев, небольшие деформации при ТО, хрупкость рабочих поверхностей.
2.6. Передачи средней и высокой степени нагруженности с нешлифованными зубьями в массовом производстве.
Рекомендуемые материалы - АЦ45, АЦ50Х, АЦ5Х, АЦ25ХГТ. ТО - объемная закалка, твердость 45...53 HRC. Снижение точности зубьев в процессе ТО компенсируется ужесточением на одну или две степени норм точности на предшествующих операциях.
Особенности сталей – улучшенная обрабатываемость.
2.7. Передачи высокой степени нагруженности с нешлифованными зубьями в массовом производстве.
Рекомендуемые материалы, одинаковые для шестерни и колеса, - 15Х_. 20Х, 12ХНЗА, 15ХФ, 12ХН2, 20ХН, 20ХЮА;25ХГМ,18ХГТ,20ХГТ, 20ХГР, ЗОХГР, 20ХГНР, 18ХНВА, 20ХГСА. ТО - улучшение, цементация и закалка. Твердость 56...62 HRC. Глубина цементированного слоя не менее 0,15m с округлением до десятых долей мм, но не более 2,1 мм. Снижение точности зубьев в процессе ТО компенсируется ужесточением на одну или две степени норм точности на предшествующих операциях.
Особенности сталей - высокая несущая способность зубьев, средние деформации при ТО.
2.8. Передачи ответственные высокой степени нагруженности со шлифованными зубьями в массовом производстве.
Рекомендуемые материалы, одинаковые для шестерни и колеса, - 12Х2Н4А, 1SX2H4MA, 1ШН4ВА.20Х2Н4А, 14ХГСН2МА. ТО - улучшение, цементация и закалка. Твердость поверхностей 57...62HRC. Глубина цементированного слоя не менее 0,15m с округлени¬ем до десятых долей мм, но не более 2,0 мм.
Особенности сталей - наибольшая несущая способность зубьев, склонность к образованию трещин.
2.9. Передачи высокой степени нагруженности с нешлифованными зубьями в массовом производстве.
Рекомендуемые материалы, одинаковые для шестерни и колеса, - 25ХНТЦ, 25ХГСНТ, 18ХНМФА, 25ХГМФА, 15ХГНТРА, 25ХНГМЮА, 25Х ГНМТ, 14ХГСН2МА. ТО - улучшение, цементация и закачка. Твердость по¬верхностей 56...62 HRC. Глубина цементированного слоя не менее 0,15m с округлением до десятых долей мм, но не более 2,1 мм. Снижение точности зубьев в процессе ТО компенсируется ужесточением на одну или две степени норм точности на предшествующих операциях.
Особенности сталей - экономнолегированные стали с высокой контактной прочностью и более низкой стоимостью. Взамен сталей по п. 2.8.
Представленные варианты термообработки зубьев зубчатых колес согласуются с представленными группами материалов и видами их термообработки.
Применение зубчатых колес с высокой твердостью позволяет увеличить передаваемый момент в несколько раз при одинаковых габаритах с улучшенными колесами.
|
