12.4.Материалы зубчатых колес

Материал зубчатых колес должен обладать определенными технологическими и физическими свойствами. Например, он должен хорошо обрабатываться в холодном и горячем состоянии, иметь хорошую склонность к термообработке, обеспечить достаточную прочность при изгибе, высокую прочность поверхностного слоя зубьев и высокое сопротивление истиранию.

Для передач общего назначения рекомендуется ст.35,47,50,50Г (ГОСТ 1050-88) и легированные – 40Х, 45ХН (ГОСТ 4543-88) и др. При твердости зубчатых колес не превышающей НВ350 зубья нарезают после термообработки (улучшение, нормализация), если твердость выше НВ350, то производят сплошную или поверхностную закалку, а зубья нарезают до термообработки. Сплошная закалка дает коробление и понижение вязкости сердцевины. Твердость сердцевины для углеродистых сталей не должна превышать НRC 45, а для легированных HRC 50, иначе ударная вязкость резко падает.

Поверхностная закалка (ТВЧ) исключает эти недостатки. Способ выгоден особенно при больших размерах колес, т.к. позволяет использовать углеродистые стали, вместо легированных. Достигаемая твердость HRC 51-57.

Цементация (ст.15, 20, 15Х, 20Х) обеспечивает высокую поверхностную твердость при вязкой сердцевине. Лучшие результаты дают стали типа 15Х, 20Х. При действии на передачу перегрузок или ударов (транспортные машины, авиаредукторы и т.п.) рекомендуются стали 12ХНЗА, 15ХФ (хромованадиевая) и 18ХГТ (хромомарганцетитановая) и др. После термообработки зубья шлифуются.

Зубчатые колеса изготавливаются также из серого чугуна СЧ12-48; СЧ32-52; СЧ35-56 и ковкого чугуна по ГОСТ1215-59. Контактная прочность высокая, а способность чугунных зубьев сопротивляться удара или изгибу ниже, чем у стальных. Поэтому их используют в тихоходных, малонагруженных открытых передачах.

Зубчатые колеса из пластмасс применяют при необходимости бесшумной работы, если корпус передачи нежесткий и невозможно получить правильное взаимное расположение колес. Наиболее широко применяются текстолит, древеснослоистые пластики, нейлон, капрон. Обычно шестерня изготавливается из пластмассы, а колесо из стали или чугуна (НВ ≥ 250). Изношенная прочность их ниже, чем стальных.

В зависимости от размеров и конструкции зубчатых колес, назначения и типа производства, они могут штамповаться, отливаться, выполнять сварными или изготавливать из проката (вал-шестерня).

12.5.Методы изготовления зубчатых колес

Различают два основных метода: без снятия стружки и со снятием стружки.

12.5.1.Методы изготовления зубчатых колес без снятия стружки

• метод порошковой металлургии заключается в том, что зубчатое колесо вместе с зубьями спекается из металлических порошковых смесей в закрытых штампах, которые изготовлены из стали твердого сплава. Процесс происходит при температуре ковки и при усилии 50-60 Т. Эти колеса имеют более низкую прочность, чем штампованные и невысокую твердость. Последующей термообработкой твердость повышается до HRC 60-65. Зубчатые колеса, полученные таким способом, хорошо работают на высоких скоростях при передаче небольших нагрузок. Имеют высокую износостойкость. Изготавливаются диаметром от 30-200 мм.

• горячая штамповка конических колес с прямыми зубьями внедрена на ГАЗе, ЗИЛе, Минском тракторном и др. заводах. Заготовку изготавливают до 1200 С ТВЧ и в три перехода на ковочных прессах в штампах получают заготовку колеса с предварительно оформленными зубьями. Горячая штамповка заменяет черновое нарезание зубьев.

• горячее накатывание зубьев цилиндрических з.к. применяется для накатывания прямозубых, косозубых и шевронных колес. Накатывание производится на специальных накатных станах различными методами: осевым или радиальным. Заготовка механически обрабатывается нагревается на Т.В.Ч. до t = 800⁰-1000⁰ C и проталкивается между двумя синхронно вращающимися зубчатыми накатниками. Накатываются з.к. m ≤ 7 мм и d = 200 мм. После накатывания, зубья подвергаются чистому нарезанию.

• холодная накатка зубьев применяется взамен зубошевингования.