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: Ламинатор а3 с внутренним нагревом валов
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:9.1 Расчет валов приводаСкачать
§ 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: При включении кондиционера включается вентилятор а компрессор нет
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:Что такое МОДУЛЬ шестерни? Ты ТОЧНО поймешь!Скачать
Числа твердости HRC Э и НВ для некоторых деталей и инструментов
Для цементованных деталей, работающих на истирание, требующих высокой прочности сердцевины
Для вставок, матриц, пуансонов пресс-форм
Для цементованных загрузочных камер пресс-форм
Для пуансонов, матриц пресс-форм сложного профиля
Для цементованных деталей, работающих на истирание и не требующих высокой прочности сердцевины
Для вытяжных матриц и пуансонов, режущего инструмента (сверл, метчиков, фрез, плашек, накатных роликов, высадочного инструмента, работающего с ударными нагрузками)
Для цементованных деталей станочных приспособлений, работающих на износ (осей, валов, зубчатых колес, колонок, оправок, копиров, эксцентриков, кондукторных втулок, кулачков зажимных патронов, храповиков, звездочек цепных передач, специальных гаек и др.)
Для хвостовой части инструмента
Для цементованных деталей станочных приспособлений: постоянных, промежуточных и быстросменных кондукторных втулок диаметром больше 21 мм, деталей штампов и др.
Для матриц и пуансонов сложного профиля с тонкими выступами и пазами, для съемных литниковых плит
Для деталей, испытывающих небольшое напряжение
Для сверл, фрез, разверток, зенкеров, протяжек, метчиков, плашек и другого режущего инструмента
Для деталей, минимальный размер сечения которых не более 20 мм, крепежных деталей, тяг, серы, втулок, пальцев, шпилек и других деталей невысокой прочности
Для хвостовой части инструмента
Для деталей, требующих повышения прочности
Для фрез, сверл, разверток, зенкеров, протяжек и другого режущего инструмента
Для цементованных деталей, работающих на истирание и не требующих высокой прочности сердцевины
Для пружин упоров пресс-форм и др.
Для деталей типа валов, осей, шестерен, применяемых в термически улучшаемом состоянии
Для тарельчатых пружин и других пружинящих деталей
Для деталей типа валов, соединительных муфт, силовых болтов и шпилек, оформляющих элементов пресс-форм простого и сложного профилей
Для пружин и других упругих элементов, от которых требуется высокие упругие свойства и наименьшая величина остаточной деформации
Для деталей типа втулок, колец, работающих без ударных нагрузок
Для пружин и пружинящих деталей
Для деталей станочных приспособлений с повышенной износостойкостью рабочих участков: валов, осей, рычагов, зубчатых колес
Для хвостовой части инструмента, деталей станочных приспособлений
Для валов, осей, крупных зубчатых колес, работающих без значительных ударных нагрузок
Для пружин и пружинящих деталей
Для специальных крепежных деталей
Для матриц и пуансонов пресс-форм простого профиля, обрабатываемых шлифованием; гладких и резьбовых знаков; выталкивателей; колонок; литниковых плит и др.
Для деталей типа силовых болтов, шпилек, требующих после термообработки повышенной прочности и хорошей вязкости
Для ловителей, фиксаторов упоров к шаговым ножам штампов и холодновысадочного инструмента, деталей типа штифтов, втулок, рабочих поверхностей калибров, пробок, скоб, шаблонов и др.
Для цементованных загрузочных камер пресс-форм
Для зажимных и подающих цанг, установочных пальцев, постоянных опор, рабочей части ножниц, сверл и фрез для работы по дереву, пуансонов, ножей. Для загрузочных камер, заключенных в обойму; поршней к загрузочным камерам
Читайте также: Стопорение вала от прокручивания
Для высоконагруженных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности, вязкой сердцевины
Для деталей, работающих на истирание без ударных нагрузок
Для деталей штампов и пресс-форм: съемных плит стационарных пресс-форм, пуансонодержателей, резьбовых втулок, пальцев разъемных соединений, опор, обойм пресс-форм с горизонтальным разъемом, резьбовых шпилек
Для инструмента повышенной твердости и вязкости, подвергающегося ударам (матрицы простой формы, цанги, клепальный инструмент). Для кондукторных втулок диаметром меньше 25 мм, круглых тонкостенных и круглых усиленных матриц с заплечиками для режущих секций, пуансонов, сверл и фрез для работы по дереву
Для тонких деталей сложной конфигурации и для деталей станочных приспособлений: переходных резьбовых втулок; винтов; валиков и шестерен к реечным фиксаторам; корпусов мелких приспособлений, оправок диаметром до 50 мм, длиной до 200 мм, гаек и др.
Для деталей средних размеров несложной конфигурации, к которым предъявляют требования повышенного сопротивления износу, работающих без ударов и толчков; осей шарниров; валиков; цапф; винтов; собачек; хвостовой части сварных режущих инструментов; шаблонов на сферу и угол и др.
Для инструмента, не подвергающегося сильным ударам (сверл, метчиков, плашек), кондукторных втулок, направляющих втулок диаметром от 10 до 21 мм и др.
Для зубчатых колес, призматических, сегментированных, установочных шпонок, эксцентриковых и Г-образных прихватов, сферических и конических шайб, копиров, копирных роликов, кулачков для автоматов, деталей штампов и пресс-форм, крупных скоб, инструмента для контроля больших размеров
Для протяжек, длинных метчиков, разверток, ножей, калибров, лекал и др.
Для деталей станочных приспособлений: валов, шпинделей
Для упругих чувствительных элементов и деталей, требующих в процессе эксплуатации высокого сопротивления малым пластическим деформациям при нормальной и повышенной температурах, а также высоких механических свойств, коррозионной стойкости и немагнитности
Для цементованных деталей, работающих на истирание и требующих повышенной прочности сердцевины
Для пружин ответственного назначения и других упругих элементов приборов
Для деталей повышенной прочности, имеющих максимальные размеры не более 100 мм
Для пружин, мембран, сильфонов и других элементов приборов, подвергаемых в процессе изготовления закалке и отпуску
Для деталей грузоподъемных устройств
Для пружин, мембран, сильфонов и других элементов приборов, подвергаемых в процессе изготовления только отпуску
Для пружин и упругих чувствительных элементов приборов
Для мелких деталей станочных приспособлений сложной конфигурации с предъявляемыми требованиями высокой прочности и ударной вязкости при малых деформациях
Для упругих чувствительных элементов
Для деталей сечением не более 15 мм, подвергаемых изотермической закалке
Для деталей с требованиями твердости, износостойкости, работающих при температуре до 500 о С.
Для деталей типа валов, осей фланцев, работающих при значительных нагрузках
Для специальных крепежных деталей
Для матриц и пуансонов пресс-форм сложного профиля, роликов к холодновысадочным автоматам
Для деталей ответственного назначения
Для деталей с высокой твердостью и износостойкостью при небольших деформациях: измерительный инструмент, штоки и т.д.
Для изготовления пружин и пружинящих деталей ответственного назначения, в частности, для изготовления плоских пружин, мембран, деталей часовых механизмов и т.д. Для облагороженного состояния — после деформации на (30-40) %
Для деталей станочных приспособлений, промежуточных и быстросменных кондукторных втулок диаметром меньше 10 мм; для деталей, работающих на износ и требующих минимальных деформаций при закалке, например: точных ходовых винтов, копиров, роликов, матриц и пуансонов сложного профиля, вырубных и дыропробивных штампов и др.
Для высоконагруженных деталей в термически обработанном состоянии (закалка и старение), за исключением штамповок и поковок
Для ответственных деталей, работающих при температуре до 500 о С
Для заготовок деталей сложной формы, средней нагруженности, изготовляемых ковкой и горячей штамповкой в термически обработанном состоянии (закалка и искусственное старение)
Для сварных конструкций, которые по габаритам или конструктивным особенностям не могут после сварки подвергаться термической обработке. Для деталей, работающих при температуре до 500 о С
Для деталей, работающих при температуре до 500 о С, применяют как коррозионностойкую сталь
Для высоконагруженных деталей ответственного назначения в термически обработанном состоянии (закалка и искусственное старение
Для деталей, работающих при температуре до 200 °С
Для деталей с повышенными требованиями к пластичности
Для деталей повышенной пластичности, подвергающихся ударным нагрузкам и работающих при температуре до 450 о С
Для мундштуков литьевых пресс-форм и др.
Для деталей с повышенными требованиями к коррозионной стойкости и прочности
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
- 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
Чертеж вал шестерни. Процесс изготовления валов с зубчатым венцомСкачать
Твердость. Как её правильно назначатьСкачать
Проверка на твердость шестерен МЗШ, ТАРА, JUBANA и Дорожная Карта. Испытания шестерни МТЗ 50-1701045Скачать
Валы и механические передачи 2D. Построение вала-шестерниСкачать
Прочность и жесткость валов. (Зубчатый редуктор). Часть 3: Расчетные схемы валов.Скачать
Твердость шестерни ЮМЗ. Проверка в лаборатории. Сравнение Беларусь и УкраинаСкачать
Как читать чертежи вал шестерни прикидываем техпроцесс изготовленияСкачать
Изготовление шестерни. Придумал интересный способ.Скачать
способ закалки любой марки сталиСкачать
закалка валов сталь 45Скачать
Изготовление Вал шестерниСкачать
Восстановление шестерниСкачать
Любая шестеренка за 10 секунд! Отличная идея своими руками!Скачать
Редуктор в Компас 3D. Вал шестерняСкачать
Твёрдость валов на вальцовочном станке SBX-V610x4Скачать
Подогрев, закалка, отпуск и проверка твердости.Скачать
Прочность и жесткость валов. Часть 6: Эпюры моментов выходного вала (цилиндрическая передача).Скачать
Напечатали ШЕСТЕРНИ ГРМ на 3D принтере - СРАБОТАЕТ?Скачать
