Детали машин. Зуб шестеренки


Из чего изготавливают шестерни и зубчатые колеса?

Материалы зубчатых колес



Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи и условия ее работы, а также габаритных размеров. При этом необходимо обеспечить контактную и изгибную прочность зубьев колес, сопротивление заеданию и изнашиванию.

Чаще всего для изготовления зубчатых колес применяют стали, реже – чугуны и пластмассы. Еще реже для изготовления зубчатых колес используют другие материалы - цветные металлы, и даже камень и дерево.

***

Зубчатые колеса из стали

Основными материалами для изготовления зубчатых колес силовых передач служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно условно разделить на две группы.

из чего делают шестерни и зубчатые колеса?

Первая группа – зубчатые колеса с твердостью поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали марок 40, 45, 50Г, легированные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН и др. Термообработку – улучшение, нормализацию – производят до нарезания зубьев. Твердость сердцевины зуба и его рабочей поверхности для улучшенных колес одинакова. Колеса при твердости поверхностей зубьев Н ≤ 350 НВ хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. Применяют зубчатые колеса первой группы в слабо- и средненагруженных передачах. В настоящее время область применения улучшенных зубчатых передач сокращается.

Твердость шестерни прямозубой передачи рекомендуется принимать на 25…30 НВ больше твердости колеса. Это способствует прирабатываемости, сближению долговечности шестерни и колеса, повышению сопротивления заеданию зубчатых колес.

Для косозубых передач твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни желательна по возможности большая, поскольку с ее ростом увеличивается несущая способность передачи по критерию контактной прочности.

Если в прямозубой передаче в процессе зацепления пары зубьев контактная линия зацепления движется параллельно основанию зуба, то в косозубой передаче контактная линия зацепления наклонена к основанию зуба и проходит одновременно по поверхностям головки и ножки зубьев. Ножки зубьев обладают меньшей стойкостью против выкрашивания, чем головки, так как у них неблагоприятное сочетание направления скольжения и перекатывания зубьев. Следовательно, ножка зуба колеса, работающая с головкой зуба шестерни, начнет выкрашиваться в первую очередь. При этом вследствие наклона контактной линии нагрузка (полностью или частично) передается на головку зуба колеса, работающую с ножкой зуба шестерни. Слабая ножка зуба колеса разгружается, и выкрашивание уменьшается. Дополнительная нагрузка ножки зуба шестерни не опасна, поскольку она изготовлена из более стойкого материала. Применение высокотвердой шестерни позволяет дополнительно повысить нагрузочную способность косозубых передач до 30%.

Повышение твердости достигают применением различных методов поверхностного упрочнения.

Вторая группа – колеса с твердостью рабочих поверхностей Н > 45 HRC (Н > 350 НВ). При Н > 350 НВ твердость материала измеряется по шкале HRC (1 HRC = 10 НВ). Высокая твердость поверхностных слоев материала при сохранении вязкой сердцевины достигается применением поверхностного термического или химико-термического упрочнения: поверхностной закалки, цементации и нитроцементации с закалкой, азотирования.

Поверхностная закалка зубьев с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) в течение 20…50 с целесообразна для зубчатых колес с модулем более 2 мм. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, что приводит к его короблению и делает зуб хрупким. Для закалки ТВЧ применяют стали марок 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. Твердость на поверхностях зубьев Н = 45…53 HRC.

Цементация – длительное поверхностное насыщение углеродом на глубину 0,3m (модуля зацепления) с последующей закалкой. Наряду с большой твердостью (Н = 56…63 HRC) поверхностных слоев цементация обеспечивает и высокую прочность зубьев на изгиб. Для цементации применяют стали марок 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ.

Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает особо высокую твердость (Н = 58…65 HRC) поверхностных слоев зубьев. Оно сопровождается малым короблением и позволяет получить зубья высокой точности без доводочных операций. Азотированные колеса не применяют при ударных нагрузках (из-за опасности растрескивания тонкого упрочненного слоя толщиной 0,2…0,3 мм) и при работе в загрязненной абразивом среде (из-за опасности истирания). Для азотируемых колес применяют стали марок 38Х2МЮА, 40ХНМА.

Нитроцементация – насыщение поверхностных слоев зубьев углеродом и азотом с последующей закалкой – обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеданию. Процесс нитроцементации протекает с достаточно высокой скоростью. В связи с тем, что толщина насыщенного слоя и деформации малы, последующее шлифование зубьев не применяют.

Зубья колес с твердостью Н > 45 HRC нарезают до термообработки. Отделку зубьев производят после термообработки. Передачи с твердыми (Н > 45 HRC) рабочими поверхностями зубьев плохо прирабатываются, и обеспечивать в таких передачах разность твердости зубьев шестерни и колеса не требуется.

***

Выбор марок сталей для зубчатых колес

Без термической обработки механические характеристики всех сталей близки, поэтому применение легированных сталей без термообработки нерационально ввиду их более высокой стоимости. Прокаливаемость сталей различна: высоколегированных – наибольшая, углеродистых – наименьшая. Стали с плохой прокаливаемостью при больших сечениях заготовок нельзя термически обработать до высокой твердости. Поэтому марку стали для зубчатых колес выбирают с учетом размеров их заготовок (поковок). Окончательно решить вопрос о пригодности заготовки можно после проведения прочностных расчетов и определения геометрических размеров зубчатой передачи.

На рис. 1, а – в показаны эскизы заготовок червяка, вала-шестерни и колеса с выемками.

Характеристики механических свойств сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, после термообработки приводятся в справочных таблицах.

При поверхностной термической или химико-термической обработке зубьев механические характеристики сердцевины зуба определяет предшествующая термическая обработка (улучшение).

Характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но и от предельных размеров заготовок.

Расчетные размеры заготовки Dзаг и Sзаг (рис. 1) не должны превышать предельных значений D и S, приводимых в справочных таблицах для данного вида стали.

***



Применяют следующие стали и виды термической обработки (ТО):

I – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 45, 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ. ТО шестерни – улучшение, твердость 269…302 НВ.

II – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение, твердость 235…262 НВ, ТО шестерни – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

III – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение с последующей закалкой ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC и др. (зависит от марки стали).

IV – марки сталей различны для колеса и шестерни. Для колеса: 40Х, 40ХН, 35ХМ. ТО колеса – улучшение и последующая закалка ТВЧ, твердость 45…50 HRC, 48…53 HRC (зависит от марки стали). Марки сталей для шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО шестерни – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

V – марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ. ТО колеса и шестерни одинакова – улучшение, затем цементация и закалка; твердость 56…63 HRC.

материалы зубчатых колес

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев.

Наибольшие контактные напряжения σH возникают в тонком поверхностном слое материала зубьев. Поэтому для повышения его контактной прочности достаточно упрочнить только поверхностный слой зубьев. Для зубчатых передач толщина этого слоя составляет (0,2…0,3)m – модуля зацепления. На практике это достигается поверхностными термическими или химико-термическими упрочнениями, которые в несколько раз повышают нагрузочную способность передач по сравнению с улучшенными сталями. Однако при назначении твердости рабочих поверхностей зубьев следует иметь в виду, что большей твердости соответствуют более сложная технология изготовления зубчатых колес и небольшие размеры передачи.

***

Стальное литье

Стальное литье применяют при изготовлении крупных зубчатых колес (d0 > 500 мм). Марки сталей – 35Л…55Л. Литые колеса подвергают нормализации.

***

Чугуны

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес тихоходных открытых передач. Марки серых чугунов – СЧ20…СЧ35, а также высокопрочных чугунов – ВЧ35…ВЧ50 (с шаровидным графитом и добавкой магния). Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, могут работать в условиях ограниченного смазывании. Существенный недостаток - пониженная прочность на изгиб, поэтому габариты чугунных колес значительно больше, чем стальных.

***

Пластмассы

Пластмассы в качестве материала зубчатых колес применяют в быстроходных слабонагруженных передачах для шестерен, работающих в паре с металлическими колесами. Зубчатые колеса из пластмасс отличаются бесшумностью работы, плавностью хода, неприхотливостью к смазыванию. Наиболее широко в качестве материала зубчатых колес используется текстолит (марок ПТ и ПТК), капролон, полиформ-альдегид, фенилон.

***

Конструкции зубчатых колес и технология их изготовления



k-a-t.ru

Методы нарезки зубьев цилиндрических прямозубых шестерен

Прямозубые шестерни

Здесь Вы можете познакомиться с нашими возможностями по нарезке на заказ зубьев шестерен, звездочек и шлицов.

Прямозубые зубчатые колеса

Цилиндрические прямозубые зубчатые колеса являются наиболее распространенной разновидностью зубчатых колес.

Прямозубое зубчатое колесо и шестерня в зацеплении

Преимуществами прямозубых шестерен являются:

  • взаимозаменяемость (воспроизведение углов наклона существующей ответной косозубой шестерни высокоточного механизма при изготовлении без чертежа (изготовление шестерни по образцу) представляет уже известные трудности);
  • простота изготовления (в ремонтном варианте нарезка зубьев прямозубой шестерни может относительно легко производиться даже на универсальном оборудовании);
  • а значит и относительно невысокая стоимость.

Прямозубые зубчатые колеса

Классификация способов нарезки зубьев прямозубых шестерен

Как известно, существуют 2 группы способов нарезки зубьев:

  • метод копирования. Он заключается в нарезке зубьев профильным (модульным) инструментом, имеющим профиль впадины между зубьями. После прорезания каждой впадины заготовка поворачивается на величину углового шага зубьев шестерни. Используются, например:
    • дисковые модульные фрезы

    Нарезка зубьев прямозубых шестерен дисковой модульной фрезой;

    • пальцевые модульные фрезы

    Цилиндрическая прямозубая шестерня. Пальцевая модульная фреза;

    • резцы-летучки

.

Метод прост, однако имеет свои недостатки. Например, очевидно, что профиль впадины сильно изменяется в зависимости от размера нарезаемой прямозубой шестерни, а значит, приходится поддерживать большой парк инструмента даже для нарезки зубьев одного модуля (одного «размера» зубьев). Поэтому на нашем предприятии почти всегда используется второй метод;

Этот метод нарезки зубьев более производительный, обеспечивает более высокие точность и чистоту поверхности, позволяет использовать один инструмент для нарезки прямозубых шестерен различных диаметров и легко осуществлять корригирование зубчатых соединений, исключая подрезку ножки зуба при нарезке зубьев шестерен небольших диаметров.

Нарезка зубьев у нас

Наше предприятие занимается изготовлением шестерен и звездочек на заказ в Санкт-Петербурге уже почти четверть века. Мы производим нарезку зубьев не только цилиндрических прямозубых зубчатых колес, но и колес иных типов:

а так же звездочек и шлицевых соединений по чертежам Заказчика или по образцам.

С нашими возможностями в изготовлении зубчатых колес, звездочек и шлицов Вы можете ознакомиться здесь.

Так же мы предоставляем широкий спектр услуг металлообработки на заказ.

kvadromash.ru

2.1 Замена и ремонт зубчатых колес.

Рис. 4. Ремонт зубьев при помощи ввертышей с последующей наваркой

Как правило, зубчатые колеса с изношенными и поломанными зубьями подлежат не ремонту, а замене, причем замену рекомендуется производить одновременно обоих колес, входящих в данное зацепление. Однако, когда в зацеплении большое колесо во много раз превышает размер малого, необходимо своевременно заменить малое колесо, которое изнашивается быстрее большого примерно в передаточное число раз. Своевременная замена малого колеса предохранит от износа большое колесо.

Износ зубьев зубчатых колес не должен превышать 10—20 %: толщины зуба, считая по дуге начальной окружности. В малоответственных передачах износ зубьев допускается до 30% толщины зуба, в передачах ответственных механизмов значительно ниже (например, для механизмов подъема груза износ не должен превышать 15%: толщины зуба,- а у зубчатых колес механизмов подъема кранов, транспортирующих жидкий и горячий металл — до 10%').

Шестерни с цементированными зубьями следует заменять при износе слоя цементации свыше 80 %1 его толщины, а также при растрескивании, выкрашивании или отлущивании цементированного слоя.

При поломке зубьев, но не более двух подряд в не особо ответственных передачах (например, механизмы передвижения кранов) допускается восстановление их, которое производится следующим способом: поломанные зубья вырубают до основания, по ширине зуба просверливают два-три отверстия и в них нарезают резьбу, изготовляют шпильки и туго ввертывают их в подготовленные отверстия, приваривают шпильки к шестерне и электросваркой наплавляют металл, придавая ему форму зуба, на зуборезном, фрезерном или строгальном станке или путем опиливания вручную придают наплавленному металлу форму зуба, после чего восстановленный профиль проверяют сцеплением с сопряженной деталью и по шаблону.

Последовательность операций восстановления зуба наплавкой показана на рис. 298.

Для облегчения процесса посленаплавочной обработки зубьев L-редних и больших модулей рекомендуется наплавлять их по

Рис. 5. Последовательность операций при наварке зубьев:

1 — поломанный зуб; 2— место вырубленного зуба; 3 — наплавленный зуб по шпилькам; 4— обработанный (опиленный) зуб.

медному шаблону (рис. 299), применение которого основано на том, что медный шаблон, имеющий форму впадин шестерни, образует грани зуба. При сварке, вследствие высокой теплопроводности меди, металл к шаблону не приваривается и после наплавки шаблон легко вынимается, а наплавленный металл наваривается, образуя форму зуба.

Рис. 6. Метод наплавки зубьев сваркой:

1 — ремонтируемая шестерня;

2 — наплавленный зуб; 3 — медный шаблон.

Наплавка должна вестись обязательно качественными (толстообмазанными) электродами марки не ниже. После наплавки желателен отжиг.

Для особо ответственных механизмов (например, механизмов подъема кранов) наплавка (ремонт) зубьев не допускается, зубчатые колеса в этих случаях- должны заменяться новыми.

Не следует закреплять зубья различного рода ввертышами без сварки или в паз в виде ласточкина хвоста, так как эти способы ненадежны и не обеспечивают нормальной работы оборудования.

Зубчатые колеса с лопнувшим ободом ремонтируют обычно дуговой сваркой, разрабатывая сварочную технологию так, чтобы в результате сварки не образовалось дополнительных напряжений, вызывающих трещины в других элементах колеса (рекомендуется нагрев всей шестерни до красного каления, а также отжиг ее после сварки).

Зубчатые колеса с трещиной в ступице ремонтируют посадкой на ступицу специально откованного или отлитого и проточенного на станке стального бандажа, нагретого до 300—400° С.

Зубчатые колеса особо ответственных передач (например, механизмов подъема кранов), имеющие трещины в ©боде, спицах и ступице, заменяют; ремонт их сваркой или другим методом не разрешается.

Шестерни, вращающиеся с большим числом оборотов, а также зубчатые колеса большого диаметра при средних числах оборотов, необходимо подвергать статической балансировке.

studfiles.net


Смотрите также