Выбор материала шестерни и колеса

Основным материалом для изготовления зубчатых колес силовых передач служит термообработанная сталь. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев, полученной после термообработки, зубчатые колеса можно условно разделить на две группы:

1) ≤ 350 НВ – нормализованные, улучшенные;

2) > 45 HRC – закаленные (объемно и поверхностно), цементированные, нитроцементированные, цианированные, азотированные.

При расчете на контактную выносливость зубчатой пары с колесом, имеющим среднюю твердость H ₂ ≤ 350 НВ, средняя твердость H ₁ рабочей поверхности прямых зубьев шестерни в целях ускорения их прирабатываемости, достижения одинаковой долговечности и повышения сопротивления заеданию должна быть следующей:

или .

Для косозубых колес твердость H ₁ рабочих поверхностей зубьев шестерни желательна по возможности большая, так как с увеличением H ₁ улучшается несущая способность передачи по критерию контактной выносливости. Однако следует помнить, что с возрастанием твердости материала зубчатых колес усложняется технология их изготовления.

Для зубчатых передач с твердыми (H ₁ и H ₂ ≥ 45 HRC) рабочими поверхностями зубьев не требуется обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса.

Характеристики механических свойств сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, после различной термической или термохимической обработки представлены в табл. 5.1.

Сталь одной и той же марки в зависимости от температурного режима отпуска при термической закалке может иметь различные механические свойства. Получение нужных механических свойств зависит не только от температурного режима термообработки, но и от наибольших размеров сечения заготовки D или. Так, диаметр червяка и вала-шестерни (рис. 5.1, а, б) соответственно, мм:

, .

Толщина колеса в зависимости от конструкции: (рис. 5.1, в), при или при (рис. 5.1, г).

При поверхностной термической обработке зубьев механические характеристики сердцевины зуба зависят от предшествующей операции – улучшения. Исключение составляют зубья с m < 3 мм, подвергаемые закалке ТВЧ: они прокаливаются насквозь, что приводит к значительному их короблению и снижению ударной вязкости. У зубьев, закаленных без охвата впадины между ними по сравнению с зубьями, закаленными по всему контуру, вследствие остаточных растягивающих напряжений снижаются допускаемые напряжения на 20...50 %.

Червяк, вал-шестерня	Колесо
			или
а	б	в	г
Рис. 5.1. Контурные размеры червяка, вала-шестерни (а, б) и колеса (в, г)

Таблица 5.1

Механические свойства сталей, для изготовления зубчатых колес

Марка стали	Вид термической обработки	Сечение заготовки, мм	HB (сердце- вина)	HRC (поверх-ность)	, МПа	, МПа
Диаметр D	Толщина d
	Нормализация	Любой	Любая	163-192	–
	Нормализация	Любой	Любая	179-207	–
	Улучшение			235-262	–
	Улучшение			269-302	–
40Х	Улучшение			235-262	–
	Улучшение			269-302	–
	Улучше­ние + закалка ТВЧ			269-302	45-50
35ХМ	Улучшение			235-262	–
	Улучшение			269-302	–
	Улучше­ние + закалка ТВЧ			269-302	48-53
40ХН	Улучшение			235-262	–
	Улучшение			269-302	–
	Улучше­ние + закалка ТВЧ			269-302	48-53
45ХЦ	Улучшение			235-262	–
	Улучшение			269-302	–
	Улучше­ние + закалка ТВЧ			269-302	50-56
20ХНМ	Улучшение + цементация + закалка			300-400	56-63
18ХГТ	Улучшение + цементация + закалка			300-400	56-63
12ХН3А	Улучшение + цементация + закалка			300-400	56-63
25ХГНМ	Улучшение + цементация + закалка			300-400	56-63
40ХНМА	Улучшение + азотирование			269-302	50-56
35Л	Нормализация	Любой	Любая	163-207	–
45Л	Улучшение			207-235	–
50ГЛ	Улучшение			235-262	–