Выбор материалов зубчатых передач и вида термообработки
РАСЧЕТЫ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
При выборе материала зубчатых колес следует учитывать назначение проектируемой передачи, условия эксплуатации, требования к габаритным размерам и возможную технологию изготовления колёс. Основным материалом для изготовления зубчатых колёс является сталь. Необходимую твердость в сочетании с другими механическими характеристиками (а следовательно, желаемые габариты и массу передачи) можно получить за счет назначения соответствующей термической или химико-термической обработки стали.
В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими габаритами колес (когда термическая обработка их затруднена) обычно применяют стали с твердостью не более 350 НВ, которая обеспечивается нормализацией или термоулучшением материала. При этом возможно чистовое нарезание зубьев непосредственно после термообработки с высокой точностью изготовления, а при работе передачи обеспечивается хорошая прирабатываемость зубьев без хрупкого разрушения их при динамических нагрузках.
Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твёрдость шестерни НВ1 рекомендуют назначать больше твёрдости НВ2 колеса не менее чем на (10...15) НВ.
В условиях крупносерийного и массового производства целесообразно применять зубчатые колеса с высокотвердыми зубьями. При твердости более 350 НВ её обычно выражают в единицах Роквелла - НRC (1 HRC 10 НВ).
Такая твердость обеспечивается после проведения упрочняющих видов термической и химикотермической обработки: закалки (обьемной или поверхностной), цементации с последующей закалкой, азотирования и др.
Применение высокотвердых материалов является резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач, уменьшения их габаритов и массы. Однако с высокой твердостью материала связаны дополнительные трудности: плохая прирабатываемость зубьев, прогрессирующее усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев, необходимость проведения термообработки после зубонарезания. Большинство видов упрочняющей термообработки сопровождается значительным короблением зубьев. Для исправления формы зубьев, восстановления требуемой степени точности требуются дополнительные дорогостоящие зубоотделочные операции (шлифование, полирование, притирка и т.п.), что удлиняет технологический процесс изготовления зубчатых колес и значительно повышает стоимость передачи.
Рекомендуемые для изготовления зубчатых колес марки конструкционных сталей, виды их термообработки и соответствующие основные механические характеристики приведены в табл. 2.1. При этом важно, чтобы размеры заготовок колес (диаметр Dзаг и толщина обода или диска Sзаг) не превышали предельных значений Dпред и Sпред .
Таблица 2.1
Механические характеристики сталей
| Марка | Dпред , | Sпред , | Термооб | Твёрдость заготовки | в | т | -1 | |||||
| стали | мм | мм | работка | поверх-ности | сердце-вины | Н/мм2 | ||||||
| - | - | Н | 163...192 НВ | |||||||||
| У | 192...228 НВ | |||||||||||
| - | - | Н | 179...207 НВ | |||||||||
| У | 235...262 НВ | |||||||||||
| У | 269...302 НВ | |||||||||||
| 40Х | У | 235...262 НВ | ||||||||||
| 40Х | У | 269...302 НВ | ||||||||||
| 40Х | У+ТВЧ | 45...50 НRCэ | 269...302 НВ | |||||||||
| 40ХН | У | 235...262 НВ | ||||||||||
| 40ХН | У | 269...302 НВ | ||||||||||
| 40ХН | У+ТВЧ | 48...53 НRCэ | 269...302 НВ | |||||||||
| 35ХМ | У | 235...262 НВ | ||||||||||
| 35ХМ | У | 269...302 НВ | ||||||||||
| 35ХМ | У+ТВЧ | 48...53 НRCэ | 269...302 НВ | |||||||||
| 35Л | - | - | Н | 163...207 НВ | ||||||||
| 40Л | - | - | Н | 147 НВ | ||||||||
| 45Л | У | 207...235 НВ | ||||||||||
| 40ГЛ | У | 235...262 НВ | ||||||||||
| 20Х 18ХГТ 12ХН3А | У+ЦК | 56...63 НRCэ | 300...400 НВ | |||||||||
| 38ХМЮА | - | - | А | 57...67 НRCэ | 30...35 НRC | |||||||
| 35ХМ 40ХН | - | З | 45...53 НRC | |||||||||
Примечания:
1. В графе "Термообработка" приняты следующие обозначения:
Н - нормализация, У - улучшение, ТВЧ - закалка токами высокой частоты, З – объемная закалка, ЦК – цементация,
А - азотирование.
2. Для цилиндрических и конических колёс с выточками принять меньшее из значений Dзаг, Sзаг.