ЗубКолМихайлов (Несколько учебников, чертежей к проекту 3го курса 6го факультета и расчётов), страница 4

Наряду с объемными существует поверхностная закалка, например, токами высокой частоты (ТВЧ) с последующим низким отпуском. Твердость поверхности 40...50 НКС при относительно вязкой сердцевине НВ<350. Так как нагреву ТВЧ подвергается только наружный слой материала, не возникает значительных деформаций (коробления) зубчатых колес и если от зубьев не требуется высокой точности, они после закалки могут не подвергаться дополнительной обработке. Однако закалка ТВЧ, хотя и повышает выносливость и износостойкость, целесообразно только для крупных зубьев (т>3 мм), а с уменьшением модуля усложняется технологический процесс и ухудшаются получаемые свойства. Прочность зубьев при закалке ТВЧ уступает получаемой при химико-термической обработке.

Химико-термическая обработка представляет процесс нагрева детали и выдержки в газовой среде. В результате диффузии газов в металле происходит изменение химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя. Для зубчатых колес наиболее распространены цементации, азотирование и нитроцементация. Цементация — насыщение углеродом поверхностных слоев с последующей закалкой и низким отпуском. Применяют низко- углеродистые (0,12...0,30% углерода) легированные (до 10% легнрующих элементов) стали.

Получают слой глубиной (0,2 ..0,3)т (но не менее 0,5 мм) и твердостью 56...62 НКС при твердости сердцевины 32...45 НКС. Цементации подвергают только боковые поверхности зубьев, а остальные предохраняют от науглероживания, наприь ер, с помощью покрытий. При последующей закалке форма зубьев искажается, поэтому цементация поверхности требует доводочной операции (шлифования). При этом должны быть исключены вредные последствия зубошлифования: прнжоги, остаточные напряжения, концентрация напряжений.

В тяжело нагруженных передачах изготавливают зубья с поднутренним основанием, подвергая шлифованию лишь эвольвентный профиль зубьев. Зубья малых размеров (т .1,5 мм) не цементуют, так как при толщине упрочненного слоя, минимальной для получения необходимой контактной прочности, практически не остается вязкой сердцевины, а такой хрупкий зуб непрочен на изгиб. Кроме того, с уменьшением размеров зубьев затрудняется процесс их доводочного шлифования.

Поэтому мелкие зубья, которые трудно шлифовать, а по той же причине и зубья внутреннего зацепления, подвергают азотированию. Азошировакив — процесс насыщения азотом. Глубину насыщения, зависящую от продолжительности процесса, назначают от 0,3 до 0,7 мм прн модуле от 2 до 7 мм. Высокая твердость поверхности 53...72 НВС получается без последующей закалки. А так как сам процесс азотирования идет при высокой температуре, коробление отсутствует и доводочных операций не требуется.

Азотирование хорошо воспринимают стали, легированные алюминием, молибденом и никелем. Азотированне применяется относительно редко, так как процесс трудоемкий и длительный, а из-за малой толщины упрочненного слоя и резкого изменения твердости по его глубине не всегда достигается необходимая контактная прочность. Приходится прибегать к способу, компромиссному между цементацией и азотированием. Нитроцементация (циаиирование) — процесс насыщения углеродом и азотом с последующей ступенчатой закалкой и низким отпуском. Толщина упрочненного слоя (0,15...0,20)т, но не более 1,2 мм с твердостью 57...64 НВС при твердости сердцевины 32...45 НВС.

Коробление меньше, чем при цементации, поэтому при невысоких требованиях к точности можно исключить доводочные операции. Во второй части табл. 6 приведены стали, рекомендуемые для изготовления зубчатых колес с применением рассмотренных видов химико-термической отработки: Ц-цементация; А-азотирование, НЦ-нитроцементация Наряду со сталями для малонагруженных силовых и для кинематических передач применяются сплавы цветных металлов н пластмассы, наиболее употребительные из которых приведены в трегьей части табл.

6. Латунь и бронза привлекают легкостью изготовления колес, хорошей прирабатываемостью в паре со сталью и антифрнкционными свойствами. Последнее важно в условиях бедной смазки. Пластмассы, кроме того, обладают диэлектрическими свойствами, снижают инерционность механизмов при частом реверсировании, некоторые из них могут работать при полном отсутствии смазки. Изготовление 28 одного из зубчатых колес в паре с неметаллическим значительно снижает шумность передачи, что очень важно для механизмов космических аппаратов и радиоэлектронной аппаратуры.

Однако, из-за низкой теплопроводности пластмасс рабочие температуры передач с пластмассовыми колесами ограничены„ При выборе материалов зубчатой пары следует учитывать, что зубья малого колеса имеют бальшую частоту нагружения. Поэтому желательно, чтобы их твердость была больше твердости зубьев большего колеса.

При выполнении обеих колес из стали рекомендуется разность твердости 25...50 НВ. Кроме того, разная твердость колес пары способствует лучшей приработке поверхностей. При монолитной конструкции зубчатого колеса с валом в виде вала-шестерни выбор материала должен учитывать также и требования, цред"ьявляемые к материалу вала. Повышенные требования к качеству материалов зубчатых колес ЛА подчеркиваются тем, что в маркировке большинства рекомендуемых сталей присутствует буква А (сталь высококачественная с пониженным содержанием серы и фосфора), а в маркировке некоторых — буква Ш (сталь особого качества, достигаемого обычно электрошлаковым переплавом).

При работе со справочными данными по материалам следует учитывать, что механическце свойства одного и того же материала, приведенные в разных справочниках, значительно отличаются по величине. Это объясняется тем, что механические свойства материала зависят не только от вида термической или химико-термической обработки, но и от вида заготовки, ее размеров„от температур закалки и отпуска.

Например, ирочностные свойства заготовки из проката выше, чем заготовки из поковки; с увеличением диаметра заготовки от 25 до 200 мм предельные напряжения уменьшаются почти в два раза; с увеличением температуры отпуска обычно предельные напряжения уменьшаются, а ударная вязкость увеличивается. Поэтому параметры материалов, приводимые в справочниках, в известной степени условные, так как соответствуют определенным условиям. Свойства стали в изделии определяет термическая н химико-термическая обработка, принятая на конкретном заводе.

При курсовом проектировании можно основываться на приводимых в табл.6 параметрах сталей, которые соответствуют заготовкам из проката диаметром 25...60 мм при наиболее упот- 29 ребительных температурах обработки. Механические свойства сталей при конкретных видах и размерах заготовок и разных режимах температурной обработки приводятся, например, в "Марочнике сталей и сплавов'" (5]. 4. ТОЧНОСТЬ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ Точность преобразования движения зубчатой передачей, т. е. степень нарушения кинематических функций механизма, выражается в отклонении действительного закона относительного движения колес реальной передачи от теоретического (идеального).

Это отклонение связано с погрешностями изготовления элементов зубчатой передачи. И хотя на точность зубчатого механизма влияют также упругие деформации зубьев, валов, опор и других элементов степень влияния згих деформаций на ошибку движения при прочих равных условиях определяется точностью геометрических элементов зубчатых колес. Для сравнительной оценки точности изготовления стандартом установлены 12 степеней точности зубчатых передач (1-я наиболее точная и 12-я наиболее грубая). В механизмах летательных аппаратов обычно применяют 5..8 степени точности, что отвечает предъявляемым требованиям. Для каждой степени точности регламентированы нормы допускаемых отклонений параметров (кинематической точности, плавности работы и контакта зубьев). Кинематическая точность характеризуется кинематической погрешностью передачи и кинематической погрешностью зубчатого колеса.

Кинематическая погрешность передачи представляет собой разность между действительным и расчетным углами поворота ведомого колеса при определенном повороте ведущего. Кинематическая погрешность одного колеса есть разность между действительным и расчетным углами поворота зубчатого колеса, ведомого измерительным колесом, являющимся колесом повышенной (почти идеальной) точности. Плавность работы передачи оценивается циклической погрешностью, проявляющейся многократно (с озубковой частотойо) и являющейся следствием отклонений шага зацепления и погрешностей профилей зубьев.

30 Контакт зубьев в передаче характеризуется пятном контакта, определяющим полноту прилегания рабочих поверхностей зубьев. Пятно контакта определяют после вращения сопряженных колес под нагрузкой как часть активной боковой поверхности зуба одного из колес, на которой располагаются следы прилегания зуба другого колеса, предварительно покрытого специальным красителем. Величина пятна контакта нормируется в зависимости от степени точности. Пятно оценивают в процентах по длине и высоте зуба (для 5...8 степеней точности пятно составляет 80...40%, причем в силу особенностей изготовления для цилиндрических передач пятно по длине больше пятна по высоте, а для конических — наоборот).

Выбор степени точности представляет собой многофакторную задачу, так как требует учета всех условий работы зубчатой передачи. На выбор влияют требования повышенной точности вращения, требования к уровням вибрации и шума, к долговечности. Влияет твердость зубьев колес и возможность приработки поверхностей. В механизмах приборов имеет значение допускаемый угол рассогласования и величина мертвого хода. Погрешности зубчатых колес вызывают динамические нагрузки, поэтому чем больше окружная скорость в зацеплении, тем выше требуется точность передачи. В табл. 7 приведены значения предельных окружных скоростей колес в зависимости от степени точности и вида передачи. таблица 7 Предельные окружные скоростн зубчатых колес 31 В большинстве механизмов летательных аппаратов используется седьмая степень точности, считающаяся "нормальной". При высоких окружных скоростях, зубьях высокой твердости и повышенных требованиях к точности, плавности работы н бесшумности назначают шестую степень точности, "повышенную" или даже пятую, "высокую".