загрузка...
загрузка...
На головну

Матеріали зубчастих коліс

  1. I. Методичні рекомендації (матеріали) для викладача
  2. II. Розрахунок зубчастих коліс редуктора
  3. II. Розрахунок зубчастих коліс редуктора
  4. III. Розрахунок зубчастих коліс редуктора
  5. VI. матеріали
  6. VII. КОНТРОЛЬНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
  7. XIII. Посадки зубчастого колеса, зірочки і підшипників

Вибір матеріалу зубчастих коліс залежить від призначення передачі і умов її роботи. Найчастіше застосовують стали, рідше чавуни і пластмаси.

Стали. Основними матеріалами для виготовлення зубчастих коліс силових передач служать термічно оброблювані стали.

Залежно від твердості робочих поверхонь зубів після термообробки зубчасті колеса можна умовно розділити на дві групи.

перша група - Зубчасті колеса з твердістю поверхонь зубів Н <350 НВ. Матеріалами для коліс цієї групи служать вуглецеві стали марок 40, 45, 50Г, леговані стали марок 40Х, 45Х, 4QXH і ін. термообробку - поліпшення- виробляють до нарізування зубів. Твердість серцевини зуба і його робочої поверхні для поліпшених


коліс однакова. Колеса при твердості поверхонь зубів Н <350 НВ добре прірабативаются і не схильні до крихкого руйнування. Застосовують в слабо-і средненагруженних передачах. Область застосування поліпшених зубчастих коліс скорочується.

Твердість шестірні прямозубой передачі рекомендується приймати на (25 ... 30) НВ більше твердості колеса. Це сприяє прірабативала ™, зближенню довговічності шестерні і колеса, підвищенню опору заїдання зубчастих коліс.

Для косозубих передач твердість робочих поверхонь зубів шестерні бажана по можливості більша, так як з її ростом збільшується несуча здатність передачі за критерієм контактної міцності.

Якщо в прямозубой передачі в процесі зачеплення пари зубів контактна лінія зачеплення рухається паралельно підставі зуба, то в косозубой передачі контактна лінія зачеплення нахилена до основи зуба і проходить одночасно по поверхнях головки і ніжки зубів. Ніжки зубів мають меншу стійкістю проти викришування, ніж головки, так як у них несприятливе поєднання напрямку ковзання і перекочування зубів (див. Рис. І.21). Отже, ніжка зуба колеса, що працює з головкою зуба шестерні, почне фарбувати в першу чергу. При цьому внаслідок нахилу контактної лінії навантаження (повністю або частково) передається на головку зуба колеса, що працює з ніжкою зуба шестерні. Слабка ніжка зуба колеса розвантажується, і викришування зменшується. Додаткове навантаження ніжки зуба шестерні не є небезпечною, так як вона виготовлена ??з більш стійкого матеріалу. Застосування високоміцної шестерні дозволяє додатково підвищити навантажувальну здатність косозубих передач до 30%.

Підвищення твердості досягають застосуванням різних методів поверхневого зміцнення.

друга група - колеса з твердістю робочих поверхонь Н> 45 HRC (Н> 350 НВ). При Н> 350 НВ твердість матеріалу вимірюється за шкалою HRC. Висока твердість поверхневих шарів матеріалу при збереженні в'язкої серцевини досягається застосуванням поверхневого термічного або хіміко-термічного зміцнення: поверхневого гарту, цементації і нітроцементації з загартуванням, азотування.

поверхневе загартуваннязубів з нагріванням струмами високої частоти (ТВЧ) доцільна для зубчастих коліс з модулем> 2 мм. При малих модулях невеликий зуб прожарюється наскрізь, що призводить до викривлення і робить зуб тендітним. Для гарту ТВЧ застосовують стали марок 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ.

цементація(Поверхневе насичення вуглецем) з наступним загартуванням поряд з великою твердістю поверхневих шарів забезпечує і високу міцність зубів на вигин. Для цементації застосовують стали марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ.

Азотування(Насичення азотом) забезпечує особливо високу твердість поверхневих шарів зубів. Воно супроводжується малим

викривленням і дозволяє отримувати зуби високої точності без доводочних операцій. Азотований колеса не застосовують при ударних навантаженнях (через небезпеку розтріскування тонкого зміцненого шару) і при роботі в забрудненій абразивом середовищі (через небезпеку стирання). Для азотіруемих коліс застосовують стали марок 38Х2МЮА, 40ХНМА.

Зуби коліс з твердістю Н> 45 HRC нарізають до термообробки. Обробку зубів виробляють після термообробки.

Передачі з твердими (Н> 45 HRC) робочими поверхнями зубів погано прірабативаются і забезпечувати в цих передачах різниця твердостей зубів шестерні і колеса не потрібно.

Вибір марок сталей для зубчастих коліс. Без термічної обробки механічні характеристики всіх сталей близькі, тому застосування легованих сталей без термообробки нераціонально.

Прожарювана сталей різна: високолегованих - найбільша, вуглецевих - найменша. Стали з поганою прокаливаемостью при більшому перерізі заготовок можна термічно обробити до високої твердості. Тому марку стали для зубчастих коліс вибирають з урахуванням розмірів їх заготовок (поковок). остаточно вирішити питання про придатність заготовки можна після проведення на міцність і визначення геометричних розмірів зубчастої передачі.

На рис. 12.1, a - в показані ескізи заготовок черв'яка, вала-шестерні і колеса з виїмками.

 

Характеристики механічних властивостей сталей, що застосовуються для виготовлення зубчастих коліс, після термообробки наведені в табл. 12.1.

при поверхневій термічної або хіміко-термічної обробці зубів механічні характеристики серцевини зуба визначає попередня термічна обробка (поліпшення).

З табл. 12.1 видно, що характеристики сталей залежать не тільки від хімічного складу і виду термообробки, але і від граничних розмірів заготовок.

Розрахункові розміри заготовки Dзаг і Sзаг (Див. Рис. 12.1) не повинні перевищувати граничних значень D і S, приводяться в табл. 12.1.

Застосовують наступні стали і види термічної обробки (ТО):

Таблиця 12.1. Механічні характеристики сталей для виготовлення зубчастих коліс і інших деталей

 Марка сталі  Термообробка  Предельниеразмеризаготовкі, мм  твердість зубів  Механіческіехарактерістікі, Н / мм2
 D S  серцевини  поверхні ?в ?т ?-1
 40Л  нормалізація  Л юбие  I63 ... 207HB  163 ... 207 НВ
 поліпшення поліпшення  125 80 80 50  235. .262 НВ 269 ... 302 НВ  235. .262 НВ 269..302 НВ  780 890  540 650  335 380
 40Х  Поліпшення Поліпшення Поліпшення і гарт ТВЧ  200 125 125 80125 80  235 ... 262 НВ 269. .302 НВ269 ... 302 НВ  235 ... 262 НВ 269. .302 НВ45 ... 50 HRC  790 900  640 750  375 410
 40ХН 35ХМ  Поліпшення Поліпшення Поліпшення і гарт ТВЧ  315 200 200 125200 125  235 ... 262 НВ 269 ... 302 НВ269 ... 302 НВ  235 ... 262 НВ 269 ... 302 НВ48 ... 53HRC  800 920  630 750  380 420
 40ХНМА  Поліпшення і азотування  125 80  269 ??... 302 НВ  50 ... 56 HRC
 20Х 20ХНМ 80ХГТ  Поліпшення, цементація і гарт  200 125  300 ... 400 НВ  56 ... 63HRC
                 

I - марки сталей однакові для колеса і шестерні: 45, 40Х, 40ХН,
 35ХМ. ТО колеса - поліпшення, твердість 235 ... 262 НВ. ТО шестерні -
 поліпшення, твердість 269 ... 302 НВ;

II - марки сталей однакові для колеса і шестерні: 40Х, 40ХН,
 35ХМ. ТО колеса - поліпшення, твердість 235 ... 262 НВ. ТО шестерні -
 поліпшення і подальша гарт ТВЧ, твердість 45 ... 50 HRC,
 48 ... 53 HRC і ін. (Залежить від марки стали);

III- марки сталей однакові для колеса і шестерні: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса і шестерні однакова - поліпшення і подальша гарт ТВЧ, твердість 45 ... 50 HRC, 48 ... 53 HRC і ін. (Залежить від марки стали);

IV - марки сталей різні для шестерні і колеса. Для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ; ТО-поліпшення і подальша гарт ТВЧ, твердість 45 ... 50 HRC, 48 ... 53 HRC і ін. (Залежить від марки стали).

Марки сталей для шестерні: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО шестерні - покращення, потім цементація і гарт; твердість 56 ... 63 HRC.

V - Марки сталей однакові для колеса і шестерні: 20Х, 20ХНМ,
 18ХГТ. ТО колеса і шестерні однакова - поліпшення, потім цементу
 ція і гарт; твердість 56 ... 63 HRC.

Несуча здатність зубчастих передач з контактної міцності тим вище, чим вище поверхнева твердість зубців. Тому доцільно застосування поверхневого термічного або хіміко-термічного зміцнення. Ці види зміцнення дозволяють в кілька разів підвищити навантажувальну здатність передачі в порівнянні з поліпшеними сталями.

Однак при призначенні твердості робочих поверхонь зубів слід мати на увазі, що більшої твердості відповідають більш складна технологія виготовлення зубчастих коліс і невеликі розміри передачі (Що може призвести до труднощів при конструктивній розробці вузла).

Сталеве лиття.Застосовують при виготовленні великих зубчастих коліс (J "> 500 мм). Марки сталей - 35Л ... 55Л. Литі колеса піддають нормалізації.

Чавуни.Застосовують при виготовленні зубчастих коліс тихохідних відкритих передач. Марки чавунів - СЧ20 ... СЧ35. Зуби чавунних коліс добре прірабативаются, можуть працювати при мізерному змащення. Мають знижену міцність на вигин, тому габарити чавунних коліс значно більше, ніж сталевих.

Пластмаси.Застосовують в швидкохідних слабонавантажених передачах для шестерень, що працюють б парі з металевими колесами. Зубчасті колеса з пластмас відрізняються безшумністю і плавністю ходу. У високонавантажених передачах непрацездатні. Найбільш поширені текстоліт (марок ПТ і ПТК), капролон, полиформальдегид, фенилон.

Проходячи зону зачеплення, при роботі передачі зуби піддаються циклічному навантаженню. При цьому на контактуючих поверхнях зубів діє нормальна до них сила F " (Див. Рис. 13.1) і сила тертя. Для кожного зуба напруги змінюються в часі по непостійного отнулевому циклу (див. Рис. 2.6). Повторно-змінні напруги є причиною втомного руйнування зубів - їх поломки або викришування робочих поверхонь. Ковзання і сили тертя в зачепленні викликають зношування і заїдання зубів.

Поломка зубів.Це найбільш небезпечний вид руйнування. Злам зубів є наслідком діючих в зубах повторно-змінних напружень вигину або перевантаження. Втомні тріщини (див. Рис. 13.3) утворюються біля основи зуба на тому боці, де від вигину виникають найбільші напруги розтягнення. Прямі короткі зуби виламуються повністю по перетину біля основи зуба. При втомному руйнуванні на тілі колеса після зламу залишається увігнута, а при поломці внаслідок перевантаження - опукла поверхня. Зуби шевронних і широких косозубих коліс руйнуються по похилому перерізі (рис. 12.2, а).

Підвищенню міцності зуба сприяють: збільшення модуля, зниження концентрації напружень в основі зубців, застосування модифікації, підвищення міцності матеріалу коліс, підвищення точності виготовлення і монтажу передачі.

Для попередження втомної поломки зубів проводять розрахунок на міцність по напруженням вигину про>. індекс F приписують всім


Мал. 12.2. Види руйнування зубів

параметрам, пов'язаних з розрахунком по напруженням вигину, який виконують для підстави ніжки (Foot) зуба.

Втомне вищерблення робочих поверхонь зубів.Це основний вид руйнування зубів для більшості закритих добре змащуваних передач. Є наслідком дії повторно-змінних контактних напружень ан (Див. Рис. 2.6). індекс Н приписують всім параметрам, пов'язаних з розрахунком по контактним напруженням. Руйнування починається на ніжці зуба поблизу полюсной лінії, де діють найбільше навантаження (зона однопарний зачеплення) і велика сила тертя (поблизу полюса мінімальні швидкості ковзання, див. § 11.9), що сприяє утворенню мікротріщин на поверхні зубів (див. Рис. 2.7). Розвитку тріщин сприяє розклинюючий ефект мастильного матеріалу, що потрапив в тріщини зубів. Розвиток тріщин призводить до викришування частинок матеріалу з поверхні, утворення дрібних ямок (рис. 12.2, б), переходять потім в більш великі раковини. При викрашування порушуються умови утворення суцільної масляної плівки (масло вичавлюється в ямки), що призводить до швидкого зношування і задиру зубів. Зростають динамічні навантаження, шум, підвищується температура.

Викришування може бути обмеженими прогресуючим.обмежене вищерблення спостерігається на ділянках з концентрацією напружень. У колесах з добре прірабативала матеріалів таке вищерблення після підробітки припиняється, не відбиваючись на роботі передачі. Небезпечно прогресуюче викришування, поступово вражає всю робочу поверхню ніжок зубів.

Запобігання викришування сприяє підвищення твердості поверхні зубів, зменшення шорсткості робочих поверхонь, модифікація профілю, правильний вибір сорту масла. Для попередження втомного викришування зубів проводять розрахунок на міцність по контактним напруженням зн.

У відкритих передачах викришування не відбувається, так як зношування поверхні зубів випереджає розвиток втомних тріщин.

Зношування зубів.Це основний вид руйнування зубів відкритих передач і передач з твердосмазочнимі покриттями. У міру зношування зуб тоншає (рис. 12.2, в), послаблюється його ніжка, збільшуються зазори в зачепленні, що призводить до втрати кінематичної точності

і в кінцевому рахунку - до поломки зубів. Руйнації зубів передує виникнення підвищеного шуму при роботі передачі. Зношування можна зменшити захистом від попадання абразивних частинок, підвищенням твердості і зниженням шорсткості робочих поверхонь зубів, зменшенням ковзання зубів шляхом модифікації.

заїдання зубів(Див. § 10.3) полягає в приварювання частинок матеріалу одного зуба до іншого внаслідок руйнування мастильної плівки і місцевого підвищення температури в зоні контакту. Утворилися нарости на зубах задирають робочі поверхні зв'язаних зубів, борознячи їх в напрямку ковзання (рис. 12.2, г). Заїдання зубів попереджають підвищенням твердості, зниженням шорсткості робочих поверхонь зубів, застосуванням модифікації, підбором протизадирних масел.

При роботі зубчастої передачі зуби, входячи черзі в зачеплення, піддаються навантаженню по непостійного отнулевому циклу (див. Рис. 2.6). Якщо параметри циклу незмінні в часі, то режим навантаження називають постійним.

Більшість зубчастих передач працює в умовах змінних режимів навантаження, які задають циклограми, т. е. графіком зміни крутного моменту Т в часі (рис. 12.3, а).

Дослідженнями встановлено, що при всьому різноманітті циклограм моментів їх можна наближено звести до шести стандартним типовим режимам навантаження.


 Мал. 12.3. Циклограма моментів

При кресленні графіків типових режимів навантаження фактичну циклограму (див. Рис. 12.3, а) замінюють впорядкованої циклограми (див. рис. 12.3, б), на якій обертаючі моменти Тi, діючі протягом необхідного ресурсу NK, розташовують послідовно в порядку убування їх значень. Потім будують цю циклограму в відносних координатах Tj/ Tmax, ?N, / NK і отриману ступенча-

Мал. 12.4. Типові режими навантаження

тую циклограму замінюють плавної обвідної кривої. Так отримують графічне зображення шести типових режимів навантаження, які на рис. 12.4 позначені: 0 - постійний; I -важкий; II-середній рівноймовірної; III- Середній нормальний; IV-легкий; V - особливо легкий.

На рис. 12.4: 7) - поточне значення крутного моменту; Tmах - Максимальний з обертаючих моментів; ?Ni - Сумарне число циклів навантаження при роботі з моментами, рівними Тi ; Nk - число циклів навантаження за розрахунковий термін служби передачі (необхідний ресурс).

0- постійний режимнавантаження - є найбільш важким. Його приймають за розрахунковий для невизначених режимів навантаження (наприклад, редуктор загального призначення може бути використаний в різних умовах). До режимам постійного навантаження відносять режими з відхиленнями до 20%. При цьому за розрахункову приймають навантаження, відповідну номінальній потужності двигуна.

1-важкий режимнавантаження - характерний для машин, які працюють більшу частину часу з навантаженнями, близькими до номінальних, наприклад для гірських машин.

II- середній рівноймовірної режимнавантаження - характерний для
 машин, які працюють однаковий час при всіх значеннях на
 грузок, наприклад для транспортних машин.

III- середній нормальний режимнавантаження - характерний для машин, які працюють більшу частину часу при середніх навантаженнях, наприклад для досить інтенсивно експлуатуються машин.

IV-легкий режим навантаження- Характерний для машин, які працюють більшу частину часу з навантаженнями нижчі за середні, наприклад для широко універсальних металорізальних верстатів.

V-особливо легкий режимнавантаження - характерний для машин, які працюють більшу частину часу з малими навантаженнями, наприклад для металорізальних верстатів.

У розрахунках зубчастих передач на витривалість фактичний змінний режим навантажень замінюють еквівалентним (По усталостному впливу) постійним режимом.

Зупинимося на основних поняттях про еквівалентних режимах роботи. Припустимо, що зуби зубчастого колеса працюють в змінному режимі навантаження, що має кілька ступенів, і на кожній i-го ступеня відчувають Ni циклів навантаження. Експериментально встановлено, що руйнування зубів при дії циклічних напружень відбувається після ?Ni циклів навантаження в результаті поступового накопичення в матеріалі пошкоджень (наприклад, у вигляді мікротріщин). Досвідом встановлено, що при роботі на декількох ступенях навантаження пошкодження продовжують незалежно наростати за законом прямої і тому їх можна лінійно підсумовувати.

отже фактичний змінний режим навантаження можна замінити еквівалентним постійним режимом, при якому зуби колеса набувають ту ж ступінь пошкодження. Як еквівалентного (Рис. 12.5) приймають постійний рідкісним з номінальним моментом, рівним найбільшому з довготривалих моментів (на рис. 12.3 Tmax= T3), І еквівалентним числом циклів навантаження NE.

 Мал. 12.5. Схема до определеніюеквівалентного постійного режіманагруженія

Еквівалентні числа циклів навантаження NHE и NFE при розрахунку на контактну і згинальну міцність визначають відповідно за формулами:

(12.1)

де коефіцієнти еквівалентності:



 

тут qF- показник ступеня рівняння кривої втоми (див. § 2.3): для нормалізованих і поліпшених коліс gF= 6, для загартованих і поверхнево зміцнених зубів qF= 9.

необхідний ресурсNK розраховується зубчастого колеса в циклахпри частоті обертання п, хв ', і часу роботи Lk, ч:

(12.2)

де n3 число зачеплень зуба розраховується колеса за один його

оборот (чисельно дорівнює числу коліс, що знаходяться в зачепленні з розраховується).

Значення коефіцієнтів еквівалентності ?H и ?F для типових режимів навантаження наведені в табл. 12.2.

Таблиця 12.2. Характеристики типових режимів навантаження

 Позначення режиму по рис. 12.4 ?H ?F
 qF = 6 qF = 9
 1 IIIIIIV V  1,000 0,500 0,250 0,180 0,125 0,063  1,000 0,300 0,143 0,065 0,038 0,013  1,000 0,200 0,100 0,063 0,016 0,004


Попередня   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   Наступна

Освіта циліндричного зубчастого колеса | Основи нарізування зубів методом обкатки | Вихідний контур зубів зубчастої рейки | Виготовлення зубчастих коліс | Основні елементи і характеристики евольвентного зачеплення | Ковзання при взаємодії зубів | На форму і міцність зуба | Поняття про зубчастих передачах зі зміщенням | Точність зубчастих передач | Змазування і ККД зубчастих передач |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати