Термообработка валов для редуктора (5 видео)

Для большинства валов современных быстроходных машин решающее значение имеет сопротивление усталости. Для тихоходных валов из нормализованных, улучшенных и закаленных с высоким отпуском сталей ограничивающим критерием работоспособности может быть также несущая способность при пиковых нагрузках (отсутствие недопустимых остаточных деформаций). Для валов из хрупких и малопластичных материалов при ударных нагрузках и низких температурах решающим критерием работоспособности является сопротивление хрупкому разрушению. Совместная работа валов с деталями передач и подшипниками требует расчета валов по критерию жесткости, а для валов быстроходных машин – по критерию виброустойчивости.

Выбор материала и термической обработки валов и осей определяется перечисленными выше критериями их работоспособности. Для большинства валов применяют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легированные стали 40ХН, 40ХН2МА, 30ХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке и низким отпуском (шлицевые валы).

Для быстроходных валов, вращающихся в подшипниках скольжения, требуется высокая твердость цапф. Данные валы изготавливают из цементируемых сталей 20Х, 12ХН3А, 18ХГТ или азотируемых сталей типа 38Х2МЮА. Высокую износостойкость имеют хромированные стали. Хромирование шеек коленчатых валов увеличивает ресурс до перешлифовки до 3…5 раз.

Расчетные схемы валов и осей

Валы и вращающиеся оси обычно рассчитывают как балки на шарнирных опорах. Для валов, вращающихся в подшипниках качения, установленных по одному в опоре (рис. 12.1, а, б, в), данная схема обеспечивает получение достаточно точных результатов. У валов, вращающихся в подшипниках качения, установленных по два в опоре (рис. 12.1, г), основные реакции воспринимаются подшипниками, расположенными со стороны нагруженного пролета. Внешние подшипники нагружены значительно меньше. При этом если они расположены не в плотную к внутренним подшипникам, то в них могут возникать реакции, направленные в противоположную сторону по отношению к реакциям, возникающим во внутренних подшипниках. Поэтому условные шарнирные опоры валов точнее совмещать с внутренними подшипниками или располагать на одной трети расстояния между подшипниками одной опоры ближе к внутреннему подшипнику. Точный расчет особо ответственных валов следует производить с учетом совместной работы с подшипниками, как многоопорных балок на упругих опорах.

Рис. 12.1. Расчетные схемы валов

У валов, вращающихся в подшипниках скольжения (рис. 12.1, д), давление по длине подшипника вследствие деформации валов распределяется не симметрично. Поэтому условные шарнирные опоры следует располагать на расстоянии (0,25…0,30)l от торца подшипника со стороны нагруженного пролета, но не более половины диаметра вала.

Читайте также: Редуктор торсен что это такое

Видео:закалка валов сталь 45Скачать

Силы на валы передаются через насаженные на них детали: зубчатые колеса, шкивы, звездочки и т.д. При упрощенных расчетах принимают, что насаженные на вал детали передают сосредоточенные силы и моменты валу на середине ступицы. Эти сечения, как правило, принимают за расчетные. В действительности силы распределены по всей длине ступицы. Поэтому точнее за расчетные принимать сечения, в которых располагаются внешние нагрузки, на расстоянии (0,20…0,25)l от торцов ступицы.

Расчеты валов на прочность

Валы работают в основном на изгиб и кручение, а оси только на изгиб. Постоянные по величине и направлению радиальные силы вызывают в неподвижных осях постоянные напряжения, а во вращающихся валах и осях – переменные напряжения.

Предварительный расчет валов

Предварительный расчет проводится для определения ориентировочных значений диаметров, необходимых для выполнения эскиза вала и последующего основного расчета. Расчет проводится из условия прочности на кручение, а деформация изгиба учитывается занижением допускаемых касательных напряжений. Диаметр вала, мм, определяется исходя из следующего условия:

где – крутящий момент на валу, Н·мм; – допускаемое касательное напряжение при кручении, МПа.

Допускаемое касательное напряжение выбирается по следующим рекомендациям:

– при определении диаметров входных и выходных концов валов МПа;

Видео:ТВЧ закалка валаСкачать

– при определении диаметра промежуточного вала (для двухступенчатых редукторов) и первого промежуточного вала (для трехступенчатых редукторов) МПа;

– при определении диаметра второго промежуточного вала (для трехступенчатых редукторов) МПа.

При соединении вала двигателя и быстроходного вала редуктора с помощью приводной муфты диаметр вала редуктора должен находиться в интервале значений:

где – диаметр вала двигателя.

Проектный расчет валов

Применение теорий прочности позволяет рассчитывать валы на совместное действие изгиба и кручения. Валы изготавливают, как правило, из среднеуглеродистых конструкционных или легированных сталей, одинаково сопротивляющихся деформациям растяжения и сжатия. Поэтому расчет выполняется на основе третьей (критерий наибольших касательных напряжений) или четвертой (критерий удельной потенциальной энергии формоизменения) теорий прочности, в соответствии с которыми эквивалентные напряжения определяются по формулам:

где , – напряжения в точках контура вала, соответственно, от деформаций изгиба и кручения; – допускаемое напряжение, МПа.

Напряжения в точках контура вала, МПа, определяются по формулам:

Читайте также: Двухскоростной редуктор с реверсом

Видео:74 Закалка и отпуск для всех и каждогоСкачать

где , – соответственно, результирующий изгибающий и крутящий моменты в опасном сечении вала, Н·мм; , – соответственно, осевой и полярный моменты сопротивления сечений вала, мм 4 .

Для вала круглого поперечного сечения моменты сопротивления определяются по формулам:

где – диаметр опасного сечения вала, мм.

Подставляя (12.2) и (12.3) в условия прочности (12.1), получим формулу для проектного расчета вала:

где – эквивалентный момент, Н·мм.

Эквивалентный момент определяется по следующим выражениям:

Для тихоходных валов допускаемое напряжение определяется по формуле:

где – предел текучести материала вала, МПа; – требуемый коэффициент запаса прочности.

Для быстроходных валов допускаемое напряжение точнее определять по формуле:

Видео:Термообработка металла. Основные виды термической обработки сталейСкачать

где – предел выносливости материала при симметричном цикле изменения напряжений, МПа; – результирующий коэффициент, учитывающий влияние различных факторов на предел выносливости материала; – эффективный коэффициент концентрации напряжений; – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности; – коэффициент, учитывающий абсолютные размеры; – коэффициент долговечности.

Коэффициент долговечности определяется по формуле:

где – показатель степени кривой усталости; или ; для валов с прессовыми посадками ; – базовое число циклов перемен напряжений; при диаметре вала мм ; при диаметре вала > 50 мм ; – эквивалентное число циклов перемен напряжений (см. подразд. 4.7.1).

Влияние термической и химико-термической обработки на структуру и свойства детали «вал-шестерня редуктора привода лебедки» из стали 18ХГТ

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 22.12.2020 2020-12-22

Статья просмотрена: 21 раз

Библиографическое описание:

Видео:Закалка звезды на ТВЧСкачать

Ильина, Ю. С. Влияние термической и химико-термической обработки на структуру и свойства детали «вал-шестерня редуктора привода лебедки» из стали 18ХГТ / Ю. С. Ильина, Б. Р. Ахмадиева, Е. В. Репина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 51 (341). — С. 36-38. — URL: https://moluch.ru/archive/341/76914/ (дата обращения: 29.08.2021).

На производственных предприятиях по типу машиностроительных заводов часто необходимо назначение той или иной термической или химико-термической обработки для получения необходимых эксплуатационных характеристик детали. В данной работе представлена разработка технологического процесса термической обработки для детали “Вал-шестерня редуктора привода лебедки” изготовленной из стали 18ХГТ с получением необходимых механических свойств: твердость зубьев не менее 55 HRC, на глубину h = 0,8 -1,2 мм; твердость сердцевины не менее 270 HB; предел прочности (σ _в ) не менее 800 МПа; ударная вязкость (KCU) не менее 60 Дж/см 2 .

Ключевые слова: термическая обработка, цементация, отпуск, вал-шестерня.

Для того, чтобы деталь имела длительный срок службы, необходимо правильно назначить режимы термической и/или химико-термической обработки, с целью получения необходимых эксплуатационных свойств. К примеру, деталь “Вал-шестерня редуктора привода лебедки” должна обладать твердостью зубьев не менее 55 HRC, на глубину h = 0,8 -1,2 мм; твердостью сердцевины не менее 270 HB; пределом прочности (σ _в ) не менее 800 МПа и ударной вязкостью (KCU) не менее 60 Дж/см 2 . Чтобы назначить режимы термической и/или химико-термической обработки верно, необходимо знать некоторую терминологию материаловедения. Заготовка детали “Вал-шестерня” после механической обработки поступает в термический цех, где происходит термическая обработка. Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлический сплавов, с целью получения необходимых свойств в ходе изменения внутренней структуры и строения [1]. Цементацией или науглероживанием называется операция химико-термической обработки, которая заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя детали углеродом при нагреве (900–950 ℃) в углеродосодержащей среде (так называемом — карбюризаторе) [2]. Отпуском называется операция термической обработки, которая заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже линии А ₁ , для получения равновесной структуры и заданных механических свойств [1].

Читайте также: Фольксваген туарег редуктор переднего моста

После завершения операций термической и химико-термической обработки необходимо провести контроль твердости сердцевины и зубьев, ударной вязкости и предела прочности.

Так как для детали используется массовое производство, для получения заданного комплекса механических свойств, решено провести газовую цементацию. Существует два вида газовой цементации: одноступенчатый и двухступенчатый процессы. Двухступенчатый процесс в отличие от одноступенчатого значительно сокращает время цементации, увеличивая толщину насыщения поверхности заготовки углеродом в 1,65–1,8 раза, а также обеспечивает лучшее распределение углерода по всей толщине слоя [2]. Следовательно, рациональнее использовать газовую двухступенчатую цементацию. Чтобы при цементации не происходил рост зерна в структуре стали, температура должна быть не более 950–960 ℃ [2]. В качестве атмосферы в печи принято использовать эндотермическую атмосферу, так как она позволяет автоматически регулировать степень насыщения поверхностного слоя углеродом. Время нагрева и выдержки заготовок в печи рассчитано по соответствующим формулам. Режимы химико-термической обработки детали “Вал-шестерня” из стали 18ХГТ представлены в таблице 1.

Режимы цементации детали «Вал-шестерня редуктора привода лебедки”, изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Видео:Как это устроено. ТермообработкаСкачать