Выбор материала зубчатых колес

В зависимости от вида, назначения, условий эксплуатации и требований к габаритным размерам передачи, следует выбирать материал зубчатых колес с необходимой твердостью рабочих поверхностей зубьев и с соответствующим вариантом термической обработки [2, c.12, таб.2.1], [3, c.170−171, таб.8.7], [4, c.88, таб.4.5].

Основным материалом для большинства зубчатых колес, применяемых в машиностроении, являются стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно условно разделить на две группы:

1) прирабатываемые зубчатые колеса с твердостью рабочих поверхностей зубьев менее НВ350 – термообработка нормализация и улучшение;

2) слабо прирабатываемые зубчатые колеса с твердостью рабочих поверхностей зубьев более НВ350 – термообработка закалка, цементация, азотирование и т.д.

На практике основное применение имеют следующие варианты термической обработки:

I – термическая обработка колеса – улучшение до твердости 235¸262НВ и термическая обработка шестерни – улучшение до твердости 269¸302НВ. Марки сталей одинаковы для колеса и шестерни (например, стали 40, 45, 50 ГОСТ 1050-88, 40Х, 40ХН, 35ХМ ГОСТ 4543-71 и т.д.). Зубья колес из улучшаемых сталей хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению, но имеют ограниченную нагрузочную способность.

II – термическая обработка колеса – улучшение до твердости 269¸302НВ и термическая обработка шестерни – улучшение и закалка ТВЧ, твердость поверхности в зависимости от марки стали 45¸50HRC_Э и 48¸53HRC_Э. Твердость сердцевины зуба соответствует термической обработке – улучшение. Марки сталей одинаковы для колеса и шестерни.

III – термическая обработка колеса и шестерни одинаковая – улучшение и закалка ТВЧ, твердость поверхности в зависимости от марки стали 45¸50HRC_Э и 48¸53HRC_Э. Марки сталей одинаковы для колеса и шестерни.

IV – термическая обработка колеса – улучшение и закалка ТВЧ, твердость поверхности в зависимости от марки стали 45¸50HRC_Э и 48¸53HRC_Э; термическая обработка шестерни – улучшение, цементация и закалка, твердость поверхности 56¸63 HRC_Э. Материал шестерни – стали марок 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГМ ГОСТ 4543-71 и др.

V – термическая обработка колеса и шестерни – улучшение, цементация и закалка, твердость поверхности 56¸63HRC_Э. Цементация (поверхностное насыщение углеродом) с последующей закалкой наряду с большой твердостью поверхностных слоев обеспечивает и высокую прочность зубьев на изгиб. Марки сталей одинаковы для колеса и для шестерни: 20Х, 20ХН2М, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГМ ГОСТ 4543-71 и др.

Кроме цементации применяют также нитроцементацию (твердость поверхности 56¸63HRC_Э, стали марок 25ХГМ, 30ХГТ) и азотирование (твердость поверхности 58¸67HRC_Э, стали марок 38Х2МЮА, 40ХНМА).

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

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев. Поэтому целесообразно применение поверхностного термического или химико-термического упрочнения. Эти виды упрочнения позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с улучшаемыми сталями. Однако, при назначении твердости рабочих поверхностей зубьев следует иметь в виду, что большей твердости соответствует более сложная технология изготовления зубчатых колес и малые размеры передачи, что может привести к трудностям при конструктивной разработке узла.

Для передач редукторов общего назначения, к габаритным размерам которых не предъявляют особых требований, следует применять материалы первой группы, зубчатые колеса из данных сталей дешевы в изготовлении и хорошо прирабатываются в процессе эксплуатации. Материалы второй группы применяют, как правило, только в ответственных механизмах с особыми требованиями к габаритам и массе. В открытых цилиндрических передачах применяются материалы только первой группы. Механические характеристики сталей, применяемых для зубчатых колес, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Механические характеристики сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес

Марка стали	Размеры, мм	Твердость	σВ , МПа	σT, МПа	Термическая обработка
Диаметр D, мм	Толщина S, мм	HB	HRСЭ
	Любой	Любая	162¸192	-			Нормализация
	Любой	Любая	179¸207 235¸262 269¸302	- - -			То же Улучшение То же
40X 40X 40X			235¸262 269¸302 269¸302	- - 45¸50			То же То же Улучшение, закалка ТВЧ
35ХМ 35ХМ 35ХМ			235¸262 269¸302 269¸302	- - 48¸53			Улучшение То же Улучшение, закалка ТВЧ
40XH 40XH 40XH			235¸262 262¸302 262¸302	- - 48¸53			Улучшение То же Улучшение, закалка ТВЧ
20ХН2М     18ХГТ 12ХНЗА 12ХГНА 20Х 25ХГМ			300¸400     300¸400 300¸400 300¸400 300¸400 300¸400	56¸63     56¸63 56¸63 56¸63 56¸63 56¸63			Улучшение +цементация +закалка То же То же То же То же То же
40ХНМА   38Х2МЮА			269¸302   269¸302	56¸63   56¸63			Улучшение +азотирование То же
35Л 45Л 50ГЛ	Любой	Любая	163¸257 207¸235 235¸262	- - -			Нормализация Улучшение То же

Дата добавления: 2015-07-13