книги / Расчет зубчатых и червячных передач. Цилиндрические зубчатые передачи
.pdfГОСТ 977—65 и других пли выполняют колеса из чугуна с кованым стальным бандажом.
При поверхностной твердости зубьев НВ^З&О рекомендуется назначать такие сочетания марок сталей и такую термическую
и термохимическую обработку, чтобы поверхностная твердость зубьев шестерни превышала поверхностную твердость зубьев ко леса на 25—70 НВ. В этом случае обеспечивается хорошая при работка зубьев шестерни и колеса н почти одинаковая стойкость рабочих поверхностей зубьев. При НВ>350 зубчатые колеса либо выполняют с менее значительным перепадом твердости (порядка 25—30 НВ), либо поверхностную твердость зубьев шестерни и ко леса принимают одинаковой.
В спязи с особенностями технологии изготовления стальные зубчатые колеса можно разделить на две группы:
]) зубчатые колеса, нарезаемые после окончательной термооб работки;
2) зубчатые колеса, нарезаемые до окончательной термообра ботки.
Поверхности ал твердость зубьев колес первой группы НВ^ЗЬО. Зубья при такой твердости материала нарезаются обычными спо собами. Поэтому окончательная термическая обработка колес, осу ществи лсмая до дорезания зубьев, не вносит искажения в размеры зацепления. Но такие предельные значения твердости, как ИВ = 320...350, назначаются только для малогабаритных зубчатых колес с г/^300 мм, г. е.. как правило, для шестерен, поскольку на резание крупных колес из материала с такой твердостью связано со значительной затратой времени и 'возникновением больших погрешностей л зацеплении из-за затупления инструмента в про цессе нарезания. Часто встречающиеся и практике значения твер дости зубчатых колес рассматриваемой группы IIВ-200—280. Указанные значения твердости достигаются с помощью улучшения (закалки с пысохнм отпуском) или нормализации (нагревания с охлаждением на воздухе) при использовании сталей с содержа нием углерода 0,3—0,5% (например, качественные углеродистые стали марок 40, 45,50, 55. 50Г поГОСТ 1060—74 и легированные — марок 35Х, 40Х, 45,4, 40ХН, 35ХМА, ЗОХНЗМ н лр.)
Поверхностная твердость зубьев колес второй группы НВ>350. Нарезание зубьев из материала с такой твердостью обычными спо собами невозможно, и поэтому окончательная термическая обра ботка зубьсБ производится после чистового нарезаиня. Искажение формы зубьев, которое возникает в результате термической обра ботки, исправляется шлифованием пли обкаткой с применением
специальных паст.
Объемная закалка — наиболее простой способ получения вы сокой твердости зубьев. При этом зуб становится твердим по все му объему. Для объемной закалки попользуют углеродистые и легированные стали со средним содержанием углерода 0,35—0,5% (стали 45, 40Х, 40ХН и т.д.). Твердость на поверхности зуба 45— 55 ИКС.
31
Недостатками объемной закалки являются коробление зубьев н необходимость последующих отделочных операций; понижение изгибкой прочности при ударных нагрузках. В настоящее время объемную заколку во многих случаях заменяют поверхностными термическими и термохимическими видами обработки, которые обеспечивают высокую поверхностную твердость (высокую кон тактную прочность) при сохранении вязкой сердцевины зуба (вы сокой пзгибной прочности прн ударных нагрузках).
Цементация (насыщение углеродом поверхностного слоя с последующей закалкой) является длительным и дорогим процессом. Однако она обеспечиваег очень высокую твердость (58—63 НЕ$С), При закалке после цементации форма зуба искажается, л поэтому требуются отделочные операции. Для цементации применяют низхоуглероднетые стали простые (например, сталь 15 и 20) и леги рованные (например, 20Х, 12ХНЗА и др.). Легированные стали обеспечивают повышенную прочность сердцевины зубьев и этим предохраняют продавлиламне хрупкого поверхностного слоя при перегрузках. Глубина цементации около 0,1—0,15 от толщины зуба, но не более 1,5—2 мм-
При цементации хорошо сочетаются весьма высокие контактная и нэгибнвя прочности. Ее применяют в зубчатых колесах, где их масса н габариты оказывают решающее влияние на технико-эко- нонпческне и эксплуатационные показатели машины- (авиация, наземный транспорт н т.д.).
Поверхностная закалка токами высокой частоты {т. в. ч.) или пламенем ацетиленовом горелки обеспечивает поверхностную твердость 48—54 НЕС и применима для сравнительно крупных зубьев (м > 5 мм). В мелкомодулыгых колесах возникает опас ность сквозного прокаливания зубьев, что вызывает повышенную хрупкость зубьев и их коробление. Однако при относительно тон ком поверхностном закаливании искажение формы зубьев от ко* -роблення незначительно.
Между тем без дополнительных отделочных операций трудно обеспечить степень точности выше 8-П. Закалка т. в. ч. требует при менения специального оборудования и строгого соблюдения ре жимов термообработки. Стоимость обработки т. в. ч. значительно возрастает с увеличением размеров колес. Поэтому большие ко леса чаще закаливают с нагревом ацетиленовым пламенем. Для поверхностной закалки используют стали 40Х, 40ХН, 45 и др.
Азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом) обес печивает не меньшую твврдость, чем при цементации, малая тол щина твердого слоя (около ОД—0,6 мм) делает зубья чувстви тельными к перегрузкам и непригодными в условиях повышенного абразивного износаКоробление при азотировании сравнительно невелико. Поэтому такой вид термообработки целесообразно при менять в тех условиях, когда возникают трудности при шлнфова-
ннн зубьев (например, колеса с внутренним зацеплением). Для азотируемых колес применяют молибденовую сталь, например, 38ХВФЮА, 38ХЮА и др. Заготовку зубчатого колеса, предназна-
32
чей кого для азотирования, подвергают улучшению в целях повы шения прочности сердцевины. Наряду с азотированием в качестве поверхностной термохимической обработки широко применяют также иигроцементащио и цианирование.
Как уже было отмечено, высокая твердость зубьев значительно повышает их контактную прочность. Е этих условиях решающей может оказаться нс контактная, а иэгибная прочность. Для повы шения изгнбиоА прочности высокотвердых зубьев рекомендуют проводить упрочнение галтелей путем дробеструйного иаклепа, накатки и других механических методов упрочнения.
Мз всех рассмотренных видов термической к термохимической обработки для крупногабаритных литых колес обычно применяется только нормализация с высоким отпуском для снятия температур ных напряжений.
Вследствие неравномерной скорости охлаждении в различных сечениях обода (вблизи спиц н между спицами) и о связи с этим «следствие неравномерной закалки, коробления н высоких темпе ратурных напряжений другие виды термической и термохимиче ской обработки для крупногабаритных литых колес, как правило, нс применяются.
Для повышения несущей способности крупногабаритных ли тых колес путем применения высокопрочных марок стали и со ответствующих ппдоп термохимической и термомехаиичсской об работки литые колеса снабжаются коваными бандажами [4]
Чугунные зубчатые колеса изготовляются из серого чугуна ма рок СЧ 28-48, СЧ 35 -58 ГОСТ И 12—70, МСЧ 32—52. МСЧ 3 5 -5 6 (ГОСТ 2611—70) и др.
Из неметаллических материалов длк изготовления зубчатых ко лее находит применение главным образом текстолит, лигкофоль и др. В последнее время из неметаллических материалов для зубча тых колес получают распространение особо прочные виды пласт масс, нейлон и др. В силовых передачах 'из неметаллических ма териалов изготовляются обычно только шестерни, работающие в каре с чугунными или стальными колесами с твердостью рабочих поверхностей зубьев ИВ = 250—350.
Для удобства выборп материалов, применяемых при нзгогонле* ипп зубчатых передач, приводится табл. 3.1. в которой указаны ре комендуемые сочетания материалов н их термическая обработка для шестерен и колес. В табл. 3.2 приводятся механические свойства этих материалов: поверхностная твердость НВ, НЦС НУ пределы прочности и текучести сердцевины зубьев от и о*.
• Тог или иной способ определения твердости по Брпнелю НЕ, Роквслу НТСС. или Виккерсу НУ, указанный в табл. 3.2, связан с величиной определяемой твердости и толщиной ловерхпостиого глоп. Приближенные соотношения между твердостями, выраженны
ми |
в единицах НЕ, НДС и |
НУ определяют из условия, что |
] |
10 (НЕ, 1 НУ ^ 0 ,8 7 . |
В табл. 3.2 механические свойства |
для некоторых марок стали указаны в зависимости от размеров сечений заготовки 5 зубчатого колеса. Изменение механических
зз
Т аблица В.!
Примеры сочетания материалов, применяемых для изготовления шестерен и колес зубчатых передач
Шестерня
Наимеиопздио
групп стали и Марка Других материалов
45
Рекомендуемый |
Наименование |
способ термической |
груша стели и |
обработки н твер |
Других мате |
дость НВ, кге/им3 |
риалов |
50
Углеродистая
55
Улучшение или нормализация: Углеродистая
НВ<350
Колесо |
|
|
|
|
|
|
|
Рекомепдусмый |
спосоО |
Область применения |
|||
Марка |
термической обработки |
|
|
|||
и твердость НВ, |
|
|
||||
|
ХГС/ММ* |
|
|
|
||
35 |
Кованые |
|
стало |
Оскопкыс комбинации |
||
35Л |
|
|||||
Ст. 5 и Ст. б без |
для передач большимсг- |
|||||
Ст. 5 |
термической |
обра |
оа |
металлургических |
||
ботки; для |
других |
подъемно - транспортных |
||||
35 |
||||||
кованых |
сталей — |
машин |
и машин непре |
|||
|
улучшение или нор |
рывного транспорта |
||||
45Л |
мализация; |
|
для |
|
|
|
Ст. С |
стального |
литья — |
|
|
||
нормализации; НБ< |
|
|
||||
45 |
<350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
55Л |
|
|
|
|
|
|
Ст. 6 |
|
|
|
|
|
50Г |
45 |
|
|
55Л |
|
35Х |
50 |
|
55 |
||
Хромистая |
||
401“Л |
||
|
||
40Х |
50 |
|
5Г” |
40ГЛ
Шестерня
Наименование групп стали и Млрко
других материалов
Хромопикелевая 40ХН
ХромокремнеЗОХГС маргаицовая
Углеродистая |
45; 50 |
Хромистая 35Х
45; 50
Углеродистая
65; 55Г
Хромистая |
35Х; 40Х |
Хромоннкедоая 40ХН
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 (продолжение) |
||
|
|
|
|
Колесо |
|
|
|
|
|
|
Рекомендуемый |
Наймемопанкс |
|
|
Рекомендуемый |
Область прпысполня |
|||||
способ термической |
групп стали и |
|
Марка |
способ термической |
|
|
|
|||
Обработки и твер |
других мате |
|
обработки и твердость |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||
дость НВ, КГС/мм9 |
риалов |
|
|
НВ, хгс/мм* |
|
|
|
|||
|
|
Хромлетдл |
|
35Х |
Для кованых сто* |
Основные коыбппашм |
||||
|
|
|
40Х |
|||||||
|
|
|
|
лей улучшите иля |
для передач большинства |
|||||
Улучшение пли |
Углеродистая |
|
40ГЛ |
нормализация; |
для |
металлургических |
и |
|||
|
СТОЛЬНОГО |
литья — |
подъемно - транспортных |
|||||||
нормализация; |
|
|
ЗЭХ |
нормализация; НВ< |
машин п |
машин непре |
||||
НВ<350 |
Хромистая |
|
<350 |
|
|
рывного транспорта |
|
|||
|
40Х |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углеродистая |
|
40ГЛ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Углеродистая |
| |
40ГЛ |
Для копаной |
ста |
То же, |
ио с более вы- |
||
|
|
Хромнето- |
|
|
сокиин требованиями |
к |
||||
|
|
|
40ХН |
ли — покрхиостиая |
снижению габаритов |
и |
||||
|
|
никелевая |
|
заколка; |
НВ<350; |
веса передач__________ |
||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
Углеродистая |
| |
4ОГЛ |
для литой — норма |
|
|
|
||
Закалка |
поверх |
лизация; Н В < » 0 |
Основные комбинации |
|||||||
Хромоницелевая| |
ЛОХИ. |
|
|
|
быстроходных станочных |
|||||
ностная |
т. в. 'I. |
|
|
|
передач, |
передач транс |
||||
иди ацетилено- |
|
|
35 |
Закалка подерх- |
портных |
машин и др.. |
||||
кислородным пла |
|
|
45 |
при высокихтребованиях |
||||||
менем; |
объемная |
Углеродистая |
|
ностная т. к. ч. или |
х снижению габаритов |
|||||
закалка НВ>350 |
|
50 |
ацетилено-кислород- |
и веса |
|
|
||||
|
|
|
|
иым |
пламенем; |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
объемная |
закалка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НВ>350 |
|
|
|
|
|
35Х
Хрампетая
40Х
Шестерня
Наименование
групп стали и Марко Других материалов
Хромистая |
15Х; 20Х |
Рекомендуемый Наимеиооопие способ термической групп стали и
обработки и твер |
других мате |
дость НВ, хгс/мм» |
риалов |
|
Хромистая |
Колесо
Рекомендуемый
способ термической Марка Обработки н твер
дость НВ, кге/мм-
15Х; 20Х
|
Цементация и За |
|
Цементация и за |
|
калка; НВ>350 |
|
калка; НВ>350 |
Хромолшшлсаая |
12ХНЗА; |
Хромошиклсвая |
12ХНЗЛ; |
лромоиаргол- |
20ХНЗА; |
лромомаргои- |
20ХНЗЛ: |
цеоо-титаковпя |
13ХГТ |
цститлнооая |
18ХГТ |
Углеродистая |
40; 50Г кдр. |
Улучшение или |
|
|
нормализация; |
|
|
НВ<350 |
Чугун |
СЧ 36—5С |
- |
Текстолит, древсс- |
ПТК; ПТ; |
— |
ио-слоистые пла |
д с п |
|
стики Н Др. |
|
|
СЧ 3 5 -5 6
СЧ 32—52
Чугун
СЧ 32—52
Углеродистая •10; 50Г и др.
СЧ 35—56 Чугун СЧ 32—52
и др.
Таблица 3.1 (окончзппе)
Область применения
Основные комбинации быстроходных станочных передач, передач транс портных машин и др. При Высоких требованиях
кснижению габаритов
ивеса
Особо ответственные быстроходные передачи
при весьма высоких тре бованиях к снижению габаритов и веса
Неответственные тихо ходные передачи стаци онарных МИШИН при отсутстиии высоких требозапнП к снижению габа ритов н веса
Передачи, к работе которых предъявляются высокие требования и отношении бесшумности
П р и м е ч а н и е . В обозначении марок сталей первые цифры указыпают содержание углерода п сотых долях процента*, леги рующие эЛСМСПТЫ Г — марганец, М — молибден, Н — никель, С — кремний, Т — титан, X — хром, 10 — алюминий; цифры после <5ухпы__процент содержании Оттого элемента. если оно превышает 1%. Обозначение виш1№хачсспсииых легированных сталей
дополняется буквой А; стального литья — буксой Л в конце.
Табл к и а 3.2
Механические свойства некоторых млтсриллда, применяемых для изготовления зубчатых колес
Марка |
г о с т |
|
материала |
||
|
Сг. 5
380-71
Ст. б 30 '
45
1050-74
50
55
50Г ЗаХ 4543—71
40Х
45Х 4543-71
40ХН
35ХМ
Заготовка, ССЧС-Ш1С Г, мм
Поковкл, 100—750
Покосим, СО—250 Поковка, <30
Покоокл. 100—500
Покоти, 80—300 Поковка, 60—200 Поковке 60—600 Поковка 120—250 Покодка <00 Поковка 100—500 Поковка 100—300 Поковка, <40 Покодка, 50—100
Термическая или
термохимическая
обработка
-
-
—
Нормализация
Улучшение
Закалка
Нормализация
Нормализация
Улучшение [ Азотирование
Улучшение
Закалка | Улучшение |
Твердость. кге/ыыНВ. НЯС, НУ |
|
Предел |
|
Предел |
|
из поверхности |
а сердцевине |
|
прочности |
текучести |
|
|
(Т^, кге/мм- |
от, кге/мм1 |
|||
зуба |
зуба |
|
|
|
|
— |
- |
I |
62 -50 |
|
28-26 |
— |
— |
| |
72—60 |
|
31—30 |
— |
— |
| |
СО—50 |
|1 |
30 |
НВ 2ТГ— 1С7 |
|
70 -60 |
| |
35—30 |
|
НВ 236-180 |
I |
85—05 |
| |
45-35 |
|
НВ 570—$00 |
|
100 |
| |
80 |
|
НВ 229—180 |
|
С2—58 |
| |
32—29 |
|
НВ 229-185 |
|
06—02 |
1 |
33-31 |
|
НВ 229—190 |
|
|
36-32 |
||
|
|
|
|||
НВ 220-190 |
|
95 -70 |
| |
75-45 |
|
НВ 230—200 |
|
100-70 |
| |
80—45 |
|
НВ 2Й5—215 |
1 |
100-75 |
| |
70-60 |
|
НУ 550—500 |
| НКС 26—30 |
| |
100 |
| |
80 |
НВ 269— 163 |
| |
75—70 |
| |
50—45 |
|
НВ'- 241 |
| |
80 |
| |
58 |
|
НКС 5-1-48 |
| |
160 |
| |
140 |
|
НВ 269—241 |
| |
90 |
| |
80 |
Марка иатервяда ГОСТ
35ХМ
40ХНМА
35ХГСА
4543—71
20Х
12ХНЗА
25ХГТ
Э8ХМЮАГ
35Л
40Л
45Л 977—05
ЗОЛ
55Л
Заготовка, сечение а, им
Покоока, <40
Псковка, 80—30
Поковка, 40—150 Поковка, < 30
Поковка <00
Поковка <90
Отливка
Термическая ялн термохимическая
обработка
Заколка
Улучшение
Заколка
Цементация
Азотирование
Нормллизаци
Таблица 3,2 (продолжена*)
Твердость, кге/мм1 НВ, НДС. НУ |
Предел |
Предел |
||
|
в сердцевине |
Прочности |
текучести |
|
на поверхности |
<т„. кге/им1 |
О*, |
КГС/ИК* |
|
зуба |
зуба |
|
|
|
НКС 53-45 |
150 |
|
140 |
|
НВ>217 |
110-70 |
90 -50 |
||
НВ 310—235 |
110-76 |
96 -50 |
||
ИКС 5 3 -40 |
195—170 |
160-135 |
||
|
|
55 |
|
40 |
ИДС 63 -5 0 |
нас 40—25 |
92 |
|
70 |
н ас СЗ—58 |
115 |
|
95 |
|
|
|
|||
НУ 900—350 |
|
105 |
|
90 |
|
|
|
|
|
НВ |
142 |
50 |
|
28 |
|
|
|
||
НВ 151 |
53 |
|
30 |
|
|
|
|
||
НВ 157 |
55 |
|
32 |
|
|
|
|||
НВ |
105 |
58 |
|
34 |
|
|
|||
|
|
|
||
ИВ |
171 |
со |
| |
* |
Марка
материала
40ГЛ
ЗОХНМЛ
40ХЛ
35ХМЛ
СЧ 32—52
СЧ 36—56
ПТ
п т к
г о с т |
Заготовка, |
|
ссчеппе 5, мм |
||
|
977—65 Отливка
1412—70 Отлиты
-
-
Термическая или термохимическая обработка
Нормолизацн
-
-
-
-
|
|
Т аб ли ца 3.2 (о ко н ча н и е ) |
|
Твердость, кге/мм* НВ, ИКС, ИУ |
Предел |
Предел |
|
|
|
||
па поверхности |
в сердцевине |
прочности |
текучести |
ав, кге/мм3 |
ат, кге/мм* |
||
зуба |
зуОо |
|
|
НВ |
135 |
05 |
30 |
НВ 199
НВ 185
НВ ню
НВ 255-187
НВ 269—197
НВ 34
70 55
65 50
7055
<- 5 2
-
< - 3 2
а«-5С а«;-ЗС -
<^-14 -
и ; - 16 | —