Сталь для изготовления шестерен редукторов

Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условия ее работы, а также габаритных размеров. При этом необходимо обеспечить контактную и изгибную прочность зубьев колес, сопротивление заеданию и изнашиванию.

Чаще всего для изготовления зубчатых колес применяют стали, реже – чугуны и пластмассы. Еще реже для изготовления зубчатых колес используют другие материалы — цветные металлы, и даже камень и дерево.

Зубчатые колеса из стали

Основными материалами для изготовления зубчатых колес силовых передач служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно условно разделить на две группы.

Первая группа – зубчатые колеса с твердостью поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали марок 40, 45, 50Г, легированные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН и др.
Термообработку – улучшение, нормализацию – производят до нарезания зубьев. Твердость сердцевины зуба и его рабочей поверхности для улучшенных колес одинакова. Колеса при твердости поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению.
Применяют зубчатые колеса первой группы в слабо- и средненагруженных передачах. В настоящее время область применения улучшенных зубчатых передач сокращается.

Твердость шестерни прямозубой передачи рекомендуется принимать на 25…30 НВ больше твердости колеса. Это способствует прирабатываемости, сближению долговечности шестерни и колеса, повышению сопротивления заеданию зубчатых колес.

Для косозубых передач твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни желательна по возможности большая, поскольку с ее ростом увеличивается несущая способность передачи по критерию контактной прочности.

Если в прямозубой передаче в процессе зацепления пары зубьев контактная линия зацепления движется параллельно основанию зуба, то в косозубой передаче контактная линия зацепления наклонена к основанию зуба и проходит одновременно по поверхностям головки и ножки зубьев.
Ножки зубьев обладают меньшей стойкостью против выкрашивания, чем головки, так как у них неблагоприятное сочетание направления скольжения и перекатывания зубьев. Следовательно, ножка зуба колеса, работающая с головкой зуба шестерни, начнет выкрашиваться в первую очередь. При этом вследствие наклона контактной линии нагрузка (полностью или частично) передается на головку зуба колеса, работающую с ножкой зуба шестерни. Слабая ножка зуба колеса разгружается, и выкрашивание уменьшается.
Дополнительная нагрузка ножки зуба шестерни не опасна, поскольку она изготовлена из более стойкого материала. Применение высокотвердой шестерни позволяет дополнительно повысить нагрузочную способность косозубых передач до 30%.

Повышение твердости достигают применением различных методов поверхностного упрочнения.

Вторая группа – колеса с твердостью рабочих поверхностей Н > 45 HRC (Н > 350 НВ). При Н > 350 НВ твердость материала измеряется по шкале HRC (1 HRC = 10 НВ). Высокая твердость поверхностных слоев материала при сохранении вязкой сердцевины достигается применением поверхностного термического или химико-термического упрочнения: поверхностной закалки, цементации и нитроцементации с закалкой, азотирования.

Поверхностная закалка зубьев с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) в течение 20…50 с целесообразна для зубчатых колес с модулем более 2 мм. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, что приводит к его короблению и делает зуб хрупким.
Для закалки ТВЧ применяют стали марок 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. Твердость на поверхностях зубьев Н = 45…53 HRC.

Цементация – длительное поверхностное насыщение углеродом на глубину 0,3 m (модуля зацепления) с последующей закалкой. Наряду с большой твердостью (Н = 56…63 HRC) поверхностных слоев цементация обеспечивает и высокую прочность зубьев на изгиб.
Для цементации применяют стали марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ.

Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает особо высокую твердость (Н = 58…65 HRC) поверхностных слоев зубьев. Оно сопровождается малым короблением и позволяет получить зубья высокой точности без доводочных операций.
Азотированные колеса не применяют при ударных нагрузках (из-за опасности растрескивания тонкого упрочненного слоя толщиной 0,2…0,3 мм) и при работе в загрязненной абразивом среде (из-за опасности истирания).
Для азотируемых колес применяют стали марок 38Х2МЮА, 40ХНМА.

Нитроцементация – насыщение поверхностных слоев зубьев углеродом и азотом с последующей закалкой – обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеданию. Процесс нитроцементации протекает с достаточно высокой скоростью. В связи с тем, что толщина насыщенного слоя и деформации малы, последующее шлифование зубьев не применяют.

Зубья колес с твердостью Н > 45 HRC нарезают до термообработки. Отделку зубьев производят после термообработки.
Передачи с твердыми (Н > 45 HRC) рабочими поверхностями зубьев плохо прирабатываются, и обеспечивать в таких передачах разность твердости зубьев шестерни и колеса не требуется.

Выбор марок сталей для зубчатых колес

Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, поэтому применение легированных сталей без термообработки нерационально ввиду их более высокой стоимости.
Прокаливаемость сталей различна: высоколегированных – наибольшая, углеродистых – наименьшая. Стали с плохой прокаливаемостью при больших сечениях заготовок нельзя термически обработать до высокой твердости. Поэтому марку стали для зубчатых колес выбирают с учетом размеров их заготовок (поковок). Окончательно решить вопрос о пригодности заготовки можно после проведения прочностных расчетов и определения геометрических размеров зубчатой передачи.

Читайте также: Задний редуктор мазда 6 мпс

На рис. 1, а – в показаны эскизы заготовок червяка, вала-шестерни и колеса с выемками.

Характеристики механических свойств сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, после термообработки приводятся в справочных таблицах.

При поверхностной термической или химико-термической обработке зубьев механические характеристики сердцевины зуба определяет предшествующая термическая обработка (улучшение).

Характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но и от предельных размеров заготовок.

Расчетные размеры заготовки D_заг и S_заг (рис. 1) не должны превышать предельных значений D и S , приводимых в справочных таблицах для данного вида стали.

Применяют следующие стали и виды термической обработки (ТО):

I – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ. ТО шестерни – улучшение, твердость 269…302 НВ.

II – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ, ТО шестерни – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

III – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

IV – марки сталей различны для колеса и шестерни. Для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение и последующая закалка ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC (зависит от марки стали). Марки сталей для шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО шестерни – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

V – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев.

Наибольшие контактные напряжения σ_H возникают в тонком поверхностном слое материала зубьев. Поэтому для повышения его контактной прочности достаточно упрочнить только поверхностный слой зубьев. Для зубчатых передач толщина этого слоя составляет (0,2…0,3) m – модуля зацепления.
На практике это достигается поверхностными термическими или химико-термическими упрочнениями, которые в несколько раз повышают нагрузочную способность передач по сравнению с улучшенными сталями.
Однако при назначении твердости рабочих поверхностей зубьев следует иметь в виду, что большей твердости соответствуют более сложная технология изготовления зубчатых колес и небольшие размеры передачи.

Стальное литье

Стальное литье применяют при изготовлении крупных зубчатых колес ( d₀ > 500 мм). Марки сталей – 35Л…55Л. Литые колеса подвергают нормализации.

Чугуны

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес тихоходных открытых передач. Марки серых чугунов – СЧ20…СЧ35, а также высокопрочных чугунов – ВЧ35…ВЧ50 (с шаровидным графитом и добавкой магния).
Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, могут работать в условиях ограниченного смазывании.
Существенный недостаток — пониженная прочность на изгиб, поэтому габариты чугунных колес значительно больше, чем стальных.

Пластмассы

Пластмассы в качестве материала зубчатых колес применяют в быстроходных слабонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами.
Зубчатые колеса из пластмасс отличаются бесшумностью работы, плавностью хода, неприхотливостью к смазыванию.
Наиболее широко в качестве материала зубчатых колес используется текстолит (марок ПТ и ПТК), капролон , полиформ-альдегид , фенилон .

Видео:Как делают шестерни и зубчатые колёсаСкачать

§ 8.16. Выбор марок сталей для зубчатых колес

Колеса с твердостью Η >350 Η В нарезают до термообра­ботки. Отделку зубьев производят после термообработки.

Выбор марок сталей для зубчатых колес. Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, по­этому применение легированных сталей без термообработки не­допустимо.

Прокаливаемость сталей различна: высоколегированных — наибольшая, углеродистых — наименьшая. Стали с плохой прокаливаемостью при больших сечениях заготовок нельзя термиче­ски обработать на высокую твердость. Поэтому марку стали для зубчатых колес выбирают с учетом размеров их заготовок.

На рис. 8.26, а — в показаны эскизы заготовок вала-шестер­ни, червяка и колеса с выемками.

Механические характеристики и виды термообработки неко­торых сталей для зубчатых колес, а также других деталей (червя­ков, валов, осей, звездочек и т. п.) приведены в табл. 8.4.

Читайте также: Hino масло в редуктор

Как следует из этой таблицы, характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но также и от предельных размеров заготовок: диаметра заготовки шестер­ни ИЛИ Червяка /)пред и наибольшей толщины сечения заготовки колеса 5_Пред.

Расчетные размеры заготовки колес D _{3 a г} и S _{3 a г} (см. рис. 8.26) не должны превышать предельных значений, приводимых в таб­лице.

Рекомендуются следующие стали и варианты термической обработки (т.о.):

I — марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Т. о. колеса — улучшение, твердость 235. 262 НВ. Т. о. шестерни — улучшение, твердость 269. 302 НВ;

II — марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Т. о. колеса — улучшение, твердость 269. 302 НВ. Т. о. шестерни — улучшение и закалка т.в.ч.; твердость 45. 50 HRC ₃ , 48. 53 HRC ₃ и др. (зависит от марки стали);

III — марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Т. о. колеса и шестерни одинаковы — улучше­ние и закалка т.в.ч.; твердость 45. 50 HRC ₃ , 48. 53 HRC ₃ и др. (зависит от марки стали);

IV — марки сталей для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Т. о. ко­леса — улучшение и закалка т.в.ч.; твердость 45. 50 HRC ₃ , 48. 53 HRC ₃ и др. (зависит от марки стали).

Марки сталей для шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ и др. Т. о. шестерни — улучшение, цементация и закалка; твер­дость 56. 63 HRC ₃ ;

V — марки стали одинаковы для колеса и шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ и др. Т. о. колеса и шестерни одинаковы — улуч­шение, цементация и закалка; твердость 56. 63 HRC ₃ .

Видео:Изготовление шестерниСкачать

Выбор марок сталей для зубчатых колес

В термически необработанном состоянии механические свойства всех сталей близки. Поэтому применение легированных сталей без термо­обработки недопустимо.

Прокаливаемость сталей различна: углеродистых — наи­меньшая, высоколегированных — наибольшая. Стали с плохой прокаливаемостыо при больших сечениях нельзя термически обработать на высокую твердость. Поэтому марку стали для упрочняемых зубчатых колес выбирают с учетом их размеров, а именно диаметра вала-шестерни или червяка и наибольшей толщины сечения колеса с припуском на механическую обра­ботку после нормализации или улучшения.

Механические свойства наиболее употребительных сталей с учетом размеров зубчатых колес приведены в приложении 1.

Характеристики сталей определяют по формулам σ_В ≈ 3,5 НВ; σ_В ≈ 3,2 НВ, где первая формула — для высоколегированных цементуемых сталей, вто­рая — для всех других сталей.

При отсутствии данных усталостные характеристики сталей можно определить по формулам:

Для унификации марок сталей в производстве и для упро­щения изготовления запасных частей марки стали рекомен­дуется выбирать из следующего сортамента:

1) нормализация — 35, 45, 35Л;

2) улучшение — 45, 40Х, 35ХМ, 40ХН, 45Л, 40ГЛ;

3) закалка при нагреве ТВЧ — 35ХМ, 40ХН, 50ХН, 58; применение углеродистых сталей типа 45 недопустимо;

4) пламенная закалка — 35ХМ, 40ХН;

5) объемная закалка — 45, 40Х, 35ХМ, 40ХН:

6) цементация — 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА;

7) газовая нитроцементация — 25ХГМ;

8) азотирование (мягкое) — 40ХН2МА.

Выбираем для зубчатых колес редуктора сталь 40Х с термообработкой — цементация

Зубчатые колеса передач и редукторов в боль­шинстве случаев изготовляют из сталей, подвергнутых терми­ческому или химико-термическому упрочнению. Чугуны при­меняют для малонагруженных или редко работающих передач, в которых габариты и масса не имеют определяющего зна­чения.

Способы упрочнения выбирают в зависимости от требуемой несущей способности зубчатых колес, марки стали, оборудования и трудоемкости изготовления. Чем выше требуемая несущая способность, тем более качественные и дорогие стали и сложное оборудование приходится применять, вкладывать больше труда в каждый килограмм массы передачи; если же стоимость передачи отнести к нагрузочной способности, то это оказывается эко­номически оправданным. Поэтому следует применять наиболее эффективные способы упрочнения, доступные имеющимся производственным возможностям.

Выбираем для зубчатых колес редуктора сталь 40Х с термообработкой — цементация

Основные способы упрочнения:

1. нормализация. Позволяет получить лишь низкую нагру­зочную способность. Используют для поковок и отливок из среднеуглеродистых сталей; сохраняет точность, полученную при механической обработке; передачи хорошо и быстро при­рабатываются.

Область применения: редукторы больших размеров, инди­видуальное производство, малонагруженные передачи.

2. улучшение. Обеспечивает свойства, аналогичные полу­чаемым при нормализации, но нарезание зубьев труднее из-за большей их твердости. Заготовки — средние по размерам по­ковки и отливки из среднеуглеродистых сталей.

Читайте также: Что такое ремкомплект газового редуктора

Область применения: редукторы средних размеров и пере­дачи с небольшими нагрузками.

3. закалка. При нагреве ТВЧ дает среднюю нагрузочную способность при достаточно простой технологии. Из-за повы­шенной твердости зубьев передачи плохо прирабатываются; недостаток такой термообработки — потери одной-двух степе­ней точности вследствие коробления, величина которого зави­сит от применяемого оборудования и культуры производства.

Размеры зубчатых колес практически не ограничены. Необ­ходимо учитывать, что при модулях, меньших 3 — 5 мм, зуб прокаливается насквозь.

Область применения — тихоходные передачи низкой точ­ности. Сочетание шестерни, закаленной при нагреве ТВЧ, и улучшенного колеса вследствие проявления головочного эффек­та дает большую нагрузочную способность, чем улучшенная пара с той же твердостью колеса. Такая пара хорошо прира­батывается; ее применение предпочтительно, если нельзя обес­печить высокую твердость зубьев колеса, при скоростях v =12,5 м/с.

4. пламенная закалка. Обеспечивает такую же нагрузочную способность, как и закалка с нагревом ТВЧ, но коробление меньше — теряется одна степень точности. При этом способе требуется специальное оборудование, он отличается низкой производительностью.

Область применения: тяжелое машиностроение, передачи с большими модулями, низкие точности, индивидуальное про­изводство.

5. объемная закалка. Повышает нагрузочную способность до средней. Технология проста, коробление умеренное — теря­ется одна степень точности. Как и все твердые передачи, прирабатывается плохо.

Область применения: мелкие тихоходные зубчатые колеса низкой точности (например, ручные тали).

6. цементация. Обеспечивает высокую нагрузочную способ­ность и стабильность свойств; поверхности зуба насыщают углеродом до 0,8-1,1% на глубину 0,20 мм. Для цементации требуется специальное оборудование. Недостатки способа — большое коробление, потеря двух степеней точности.

Область применения — высоконагруженные передачи малых и средних размеров разных степеней точности.

7. газовая нитроцементация. Обеспечивает весьма высокую несущую способность и стабильность свойств. По сравнению с обычной цементацией приводит к меньшему короблению — теряется одна степень точности. Толщина слоя насыщения в 1,5 раза меньше, чем при цементации, и не более 1 мм при т_п = 8 мм. Требуется дорогое уникальное оборудование, изготовляемое только для крупносерийного производства.

Область применения — небольшие зубчатые колеса крупно­серийного и массового производства.

8. азотирование. Обеспечивает высокую нагрузочную спо­собность практически без коробления; необходимо специаль­ное оборудование; процесс длительный (20-50 ч); тонкий азотированный слой чувствителен к перекосам и ударам. Толщина слоя 0,2 — 0,5 мм.

Область применения — быстроходные точные передачи, ра­ботающие без ударов.

9. механическое упрочнение и электрополирование. Изломная прочность зубьев значительно повышается накаткой впа­дин, чеканкой, дробеструйной обработкой. Упрочнение дости­гает 40%. Электрополирование уничтожает тонкий дефектный слой, уменьшает шероховатость поверхности и дает неболь­шие завалы у концов зубьев, имитирующие бочкообразность.

Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения при расчете на выносли­вость получают делением значений пределов длительной вы­носливости σ О _Нlim и σ О _Flim на коэффициенты безопасности S_H и S_F (табл. 4.1).

Обеспечить контактную равнопрочность зубчатых колес в паре удается очень редко. Поэтому необходимо найти лими­тирующее зубчатое колесо пары, для которого допускаемое контактное напряжение меньше.

Если коэффициент долговечности К_На = 1, то лимитирует колесо, и допускаемое контактное напряжение

Если НВ₁ — НВ₂ ≥ 100 («высокий перепад твердостей»), то для прямозубых передач [σ_Н] определяют по формуле (4.1), а для косозубых

При высоком перепаде твердостей рекомендуется принимать HRC₁ =45 ÷ 50; НВ₂ = 269 ÷ 302. Если коэффициент долговечности K_Нд НВ₂ 9 √и лимитирует колесо; если НВ₁≤ НВ₂ 9 √и , то лимитирует шестерня. При одинаковых твердостях шестерни и колеса допускаемое напряжение для прямозубых и косозубых передач определяют по формуле (4.1).

При высоком перепаде твердостей [σ_Н] для прямозубых передач определяют по формуле (4.2), а для косозубых – по формуле

Если лимитирует шестерня, то при определении [σ_Н] в фор­мулу (4.1) подставляют σ О _{Н lim 1}.

При определении модуля с надежностью, достаточной для практических расчетов, можно принимать, что лимитирует колесо, если его твердость меньше твердости шестерни, и лимитирует шестерня, если твердости равны.

Допускаемое напряжение изгиба при работе только одной стороной зуба

Предел длительной выносливости σ O _{F lim} лимитирующего зубчатого колеса и запас прочности определяют по таблице.

При реверсивной работе обеими сторонами допускаемое напряжение, полученное по формуле 4.2, умножают на 0,8.

Если в графике нагрузки имеются кратковременные пиковые моменты, не менее чем вдвое превышающие наибольший момент нормально протекающего технологического процесса T _max , то допускаемые напряжения для проверки статической прочности определяют по таблице (приложение 3).

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/stal-dlya-izgotovleniya-shesteren-reduktorov

  🎦 Видео

  изготовление вал шестерен редукторов от производителяСкачать

  

  Редуктор. Устройство. Конструкция. Виды и типы редукторовСкачать

  

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ 4 ШЕСТЕРЕН, ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС, ШЕСТЕРНИ РЕДУКТОРОВСкачать

  

  Термообработка шестерён из стали 35Х для изготовления самодельного понижающего реверс-редуктораСкачать

  

  Изготовление шестерни. Придумал интересный способ.Скачать

  

  Модуль шестерни и параметры зубчатого колесаСкачать

  

  Что такое МОДУЛЬ шестерни? Ты ТОЧНО поймешь!Скачать

  

  Шестеренки. Расчет и изготовление в домашней мастерской.Скачать

  

  Изготовление шестерни с круговым зубомСкачать

  

  Изготовление шестеренСкачать

  

  ЭВОЛЮЦИЯ МЕХАНИЗМОВ - DIY ШЕСТЕРНИСкачать

  

  изготовление шестеренСкачать

  

  Тонкости изготовления коронной шестерни колесного редуктораСкачать

  

  Изготовление шестерен.Скачать

  

  Разбираем чертеж шестерни двухступенчатого редуктораСкачать

  

  Как сделать любую шестерёнку для бытовой техники самому, в домашних условияхСкачать

  

  Как сделать партию шестерен разными способами - homemade gearСкачать

  

  Изготовление цилиндрических шестеренСкачать