Толщина упрочненного слоя, мм

Вид термообработки	Марка стали	Твердость HRCЭ	Мо-дуль колеса m, мм	Толщина упрочненного слоя, мм	σF lim b, МПа	S^’F при вероятнос-ти нераз-рушения
поверхно-сти зубьев	сердце-вины зубьев у основа-ния
0,99	> 0,99
Нормали-зация, улучшение	40Х АЦ40Х	217...280 НВ	1...10	-	1,8 НВ	1,75	2,2
Объемная закалка	50ХНМ		4...6	-
	40Х	48...52	1...4	-		1,85	2,3
	АЦ40Х
Закалка с нагревом ТВЧ: сквозная до переходной поверхности		48...52 у основания зуба 217...280 НВ	1...6	-		1,75	2,2
сквозная с охватом дна впадины по контуру	40Х; АЦ40Х	48...52 48...52 25...28	3,5...12	1,5...3; под поверхностью впадин (0,2...0,3) m
Азотирование	30ХЗМФ 40ХФА	700...800HV 530...600HV	24...30	1...6	(0,1...0,13) m		1,75	2,2
Цементация с автома-тическим регулированием, процесса, закалка с повторного нагрева	12ХНЗА 20ХНЗА 20ХН2М	58...62	30...40 32...43	1,5...6 6...10	(0,2...0,25) m		1,55	1,95
Цементация, закалка с повторного нагрева	12ХНЗА 20ХНЗА 20ХН2М 20Х	56...60	27...32	1,5...6 4...10 1,5...4			1,65 1,65	2,05 2,2
Цементация, закалка с непосредственного нагрева	18ХГТ	56...60-	30...43	1,5...6	(0,2...0,25) m		1,65	2,2

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

Материалы для изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к размерам и массе передачи, а также в зависимости от мощности, окружной скорости и требуемой точности изготовления колес.

В качестве материалов для зубчатых колес применяют стали, чугуны и пластмассы.

Стали. Основными материалами для зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости стальные зубчатые колеса делятся на две группы.

Первая группа — колеса с твердостью НВ ≤ 350. Применяются в мало- и средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35, 40, 45, 50, легированные стали 40Х, 45Х, 40ХН и др. Термическая обработка—улучшение — производится до нарезания зубьев, что исключает необходимость шлифования. Колеса с твердостью НВ ≤ 350 хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. При выборе материалов следует иметь в виду, что число нагружений в единицу времени зубьев малого колеса передачи (шестерни) в и раз больше числа нагружений большого колеса.

Соотношение твердости активных (рабочих) поверхностей зубьев шестерни и колеса не может быть выбрано произвольно. Если твердость активных поверхностей зубьев колеса НВ ≤ 350, то в целях выравнивания долговечности зубьев шестерни и колеса, ускорения их приработки и повышения сопротивляемости заеданию твердость поверхностей зубьев шестерни всегда назначается больше твердости зубьев колеса.

Для прямозубых колес разность средней твердости шестерни и колеса должна составлять не менее 20 единиц Бринелля, т. е. HB_1ср ≥ HB_2ср + 20.

Вторая группа — колеса с твердостью НВ > 350. Их применяют в тяжело нагруженных передачах, а также передачах, к которым предъявляют повышенные требования по массе и размерам. Высокая твердость (HRC до 50...60) активных поверхностей зубьев достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием. Эти виды термической обработки позволяют увеличить допустимые напряжения приблизительно в 2 раза, а нагрузочную способность передачи — до 4 раз по сравнению с нормализованными и улучшенными сталями. Возрастает также износостойкость и стойкость против заедания. Применение высокотвердых материалов является большим резервом повышения нагрузочной способности зубчатых передач: Для неприрабатывающихся зубчатых передач с твердостью активных поверхностей обоих колес HRC ≥ 45 обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса не требуется.

Для повышения стойкости зубьев против заедания шестерни и колеса следует изготовлять из разных материалов. Возможно также применение стали одной и той же марки, но с разной термообработкой. Для цилиндрических и конических передач стойкость зубьев против заедания необязательна. При выборе материала и вида термообработки этих колес основное внимание уделяют повышению нагрузочной способности передачи. Поэтому в настоящее время колесам с твердостью HRC ≥ 45 задают одинаковые режимы термической обработки и получают колеса с одинаковой твердостью.

Рассмотрим основные виды термообработки зубчатых колес.

Поверхностную закалку токами высокой частоты (ТВЧ) применяют для шестерен с модулем m≥2 мм, работающих с улучшенными колесами, из-за хорошей приработки зубьев. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, становится хрупким и легко коробится. Для закалки ТВЧ используют стали марок 45, 40Х, 40ХН. Твердость их поверхностного слоя — HRC 48...54.

Цементацию применяют для колес, размеры и масса которых должны быть минимальными. Для цементации используют стали 20Х, 12ХНЗА и др. Глубина цементации 0,1...0,15 от толщины зуба, но не более 1,5...2 мм. Твердость цементованного слоя HRC 58...63. После цементации требуются отделочные операции.

Азотирование обеспечивает особо высокую твердость поверхностных слоев зубьев. Для передач, в которых отсутствует абразивное изнашивание зубьев, можно применять «мягкое» азотирование (НВ < 350). Оно сопровождается весьма малым короблением и позволяет получать зубья 7-й степени точности без отделочных операций. Для повышения прочности сердцевины зуба заготовку колеса подвергают улучшению. Для «мягкого» азотирования применяют сталь 40ХН2МА, для «жесткого» азотирования (HRС > 45) — стали 38Х2МЮА, 38X2Ю.

Степень точности выбирают в зависимости от назначения и условий работы передачи. Наибольшее распространение имеют передачи 6, 7, 8 и 9-й степеней точности (табл. 4.2).

4.2. Рекомендации по выбору степени точности

Передачи	Степень точности, не ниже	Окружная скорость, м/с, не более	Примечание
Высоко-точные		15/30	Высокоскоростные передачи, механизмы точной кинематической связи
Точные		10/15	Передачи при повышенных скоростях и умеренных нагрузках или наоборот
Средней точности		6/10	Передачи общего машиностроения
Понижен-ной точности		3/6	Тихоходные передачи с пониженными требованиями к точности
Примечание. В числителе – для прямозубых передач, в знаменателе –для косозубых

Дата добавления: 2015-08-28