Материалы зубчатых колёс

Зубчатые колеса изготовляют из сталей, чугуна и неметалличе­ских материалов. Классификация зубчатых колёс в зависимости от нагружения и материалов представлена в табл.4.6.

Таблица 4.6. – Классификация зубчатых колёс

Наиболее часто для изготовления зубчатых колёс используют стали ма­рок Ст. 5, Ст. 6, Сталь 35, 35Л, 40, 40Л, 45 и др.

Зубчатые колеса, имеющие диаметр не более 150 мм (в малонагруженных передачах), подвергают объемной закалке с высоким от­пуском до твердости 300…350 НВ.

Зубчатые колеса диаметром свыше 150 мм (при той же термической обработке) имеют твердость не менее 200 НВ [2, с.192]. Зубья этих колес имеют приблизительно одинаковую твердость по всему сечению зуба и не требуют доводочных операций, т. к. их нарезают после термической обработки.

При назначении материалов и термообработки пары колёс следует помнить, что нижний предел твердости шестерни должен быть больше на 30...50 единиц верхнего предела твердости колеса с целью предотвращения заедания рабочих поверхностей зубьев [2, c.192].

Зубчатые колёса высоконагруженных силовых передач (или пере­дач общего назначения с целью уменьшения их габаритных размеров) должны иметь твердость рабочих поверхностей зубьевне менее 40 НRC и вязкую сердцевину. Этого достигают путем упрочнения по­верхностного слоя рабочих граней зубьев:

- поверхностной закалкой токами высокой частоты (ТВЧ),

- цементацией,

- азотированием,

- цианированием.

Закалку ТВЧ широко применяют для стальных колес с модулем не менее 5 мм и содержанием углерода 0,3...0,5%.

При модуле m < 5 мм закалка ТВЧ очень сложна, а при модуле

m < 2,5 мм практически невозможна [2, c.192]. В этом случае выполняют цементацию с закалкой на глубину не более 2 мм до твердости 50…62 HRC.

Объёмная закалка зубчатых колесприводит к их короблению, по­этому восстанавливают их форму дополнительными доводочными опера­циями (шлифованием, обкаткой), т.к. обычные ме­тоды нарезания зубьев для их доводки неприемлемы из-за высокой поверхностной твёрдости зубьев.

При выборе материала зубчатых колес необходимо иметь в виду, что в крупносерийном и массовом производстве заготовки колес из­готовляют ковкой или штамповкой при диаметре колеса до 500 мм или литьём при диаметре колеса свыше 600 мм. При этом используют высокопластичные стали марок 12Х2Н4А, 20Х, 20Х2НЗА и др.

Итак, выбор материала зубчатых колес должен отвечать требованиям прочности и экономичности: без необходимости не следует применять легированные стали и химико-термическую обработку, резко увеличивающую поверхностную твер­дость зубьев. Следует упрочнять зубья лишь с целью уменьшения га­баритов передач.