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: Ремкомплект рулевого редуктора 2123 с гур артикул
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 Dзаг и Sзаг (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 σH 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:Термообработка шестерён из стали 35Х для изготовления самодельного понижающего реверс-редуктораСкачать
§ 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: Bauer мотор редуктор запчасти
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 5Пред.
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:Модуль шестерни и параметры зубчатого колесаСкачать
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 σВ ≈ 3,5 НВ; σВ ≈ 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: Редуктор вку 610м чертеж
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 тп = 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 SH и SF (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 КНа = 1, то лимитирует колесо, и допускаемое контактное напряжение
Если НВ1 — НВ2 ≥ 100 («высокий перепад твердостей»), то для прямозубых передач [σН] определяют по формуле (4.1), а для косозубых
При высоком перепаде твердостей рекомендуется принимать HRC1 =45 ÷ 50; НВ2 = 269 ÷ 302. Если коэффициент долговечности KНд 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 [σН] для прямозубых передач определяют по формуле (4.2), а для косозубых – по формуле
Если лимитирует шестерня, то при определении [σН] 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
📸 Видео
Как делают шестерни и зубчатые колёсаСкачать
способ закалки любой марки сталиСкачать
Закалка шестерни. Твч, улучшение, цементация и объемная закалка сталиСкачать
САМОДЕЛЬНАЯ ШЕСТЕРНЯ БЕЗ ТОКАРНОГО ! РЕМОНТ РЕДУКТОРА БЛЕНДЕРА .DIYСкачать
Изготовление шестеренСкачать
Восстанавливаю зуб шестерни ! Проверено Работает!Скачать
МОТОРКОЛЕСО-ПОЛЕТЕЛИ ШЕСТЕРНИ-ЗАМЕНА ИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ-ТАБОТАЕТ ОТЛИЧНОСкачать
4) Чем смазать редуктор мясорубки?Скачать
Изготовление шестерни. Придумал интересный способ.Скачать
Изготовление шестерни с круговым зубомСкачать
Изготовление шестерниСкачать
💦Смазки для редуктора мотора ⚡ электровелосипеда. Консистентные cмазки - немного теорииСкачать
Гаражная технология изготовления червячного колесаСкачать
Что такое МОДУЛЬ шестерни? Ты ТОЧНО поймешь!Скачать
Что будет если смазывать пластиковые шестерни ЛИТОЛОМ и подобными ему смазкамиСкачать
БРОНЗОВЫЙ РЕДУКТОР #металлокоп #КОПМЕТАЛЛАЛОМА #ГДЕКОПАТЬМЕТАЛЛАЛОМ #КОПСкачать
Передаточное число шестерен. Паразитные шестерниСкачать
Модифицированный редуктор 1E40QMB, шестерни редуктора, шайба в редуктор / Modified gearbox 1E40QMBСкачать
