ГЛАВА 3 (Расчет зубчатых зацеплений) (1034488), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Основным материалом для изготовления зубчатых колес служат легированная или углеродистая сталь. Для зубчатых колес слабонагруженных или для кинематических передач используются пластмассы. Для увеличения несущей способности стальные зубчатые колеса подвергаются различным видам термической и химической обработки.

В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатые колеса можно разделить на две группы:

• с твердостью меньшей 350НВ, прошедшие нормализацию или улучшение;

• с твердостью больше 350НВ, получаемые путем объемной закалки, цементации, нитроцементации, цианирования или азотирования.

Поверхности нормализованных и улучшенных зубьев хорошо прирабатывается, в результате чего погрешности, допущенные при нарезании зубьев и сборке передачи, частично устраняются в процессе приработки.

К недостаткам улучшенных и нормализованных зубчатых колес относится, главным образом, их сравнительно низкая несущая способность, поэтому для обеспечения требуемой прочности приходится проектировать их относительно больших размеров.

Зубчатые колеса с твердостью поверхностей зубьев свыше 350НВ применят в высоконагруженных зубчатых передачах, что позволяет значительно уменьшить их габариты. Зубья таких колес, обычно, после закалки шлифуют, что необходимо для устранения неточностей, обусловлен­ных короблением, возникающим после закалки.

Объемно-закаленные зубчатые колеса в связи со значительным короблением зубьев после термообработки обладают повышенной чувствительностью к концентрации напряжений и пониженной ударной вязкостью. Такой вид термообработки в машиностроении применяют ограниченно.

Среди современных упрочняющих технологий, обеспечиваю­щих требуемые эксплуатационные характеристики зубчатых колес, в настоящее время центральное место принадлежит химико-термической обработке.

Химико-термическая обработка представляет собой совокупность процессов теплового и химического воздействий, направленных на изменение химического состава и структуры поверхностного слоя зубьев колес для повышения их эксплуатационных свойств. Во время химико-термической обработки зубчатые колеса помещают в нагретую до высоких темпе­ратур химически активную среду, в которой происходит диффузионное насыщение их поверхности одним или несколькими химическими элементами. В результате поверхностного легирования в сочетании с предварительной или последующей термической обработкой формируются слои, обладающие высокими механическими свойствами.

Существует несколько способов химико-термической обработки сталей. Для эффективного упрочне­ния поверхности зубьев колес используют цементацию, высокотемпературную нитроцементацию и азотирование.

Цементацию - процесс диффузионного насыщения поверхно­сти углеродом - проводят при высокой температуре (930-950°С) и сочетают с последующей закалкой и низким отпуском. Толщину науглероженного слоя можно регулировать в широких пределах (0,5 - 2,0 мм и более), что является важным преимуществом цемента­ции перед азотированием. Цементацию используют при производстве тяжело нагруженных зубчатых колес.

Цементации подвергают низкоуглеродистые, теплостойкие стали, которые слабо упрочняются при закалке. В результа­те, приобретая твердую поверхность (60-64 НRС), детали сохраня­ют вязкую (при твердости 38-43 НRС) сердцевину, устойчивую к ударным нагрузкам. Недостаток цементации - значительные деформа­ция и коробление деталей. Для их устранения требуется шлифова­ние, при котором удаляется наиболее твердая и несущая часть слоя и увеличивается трудоемкость изготовления зубчатых колес.

Свойства цементированных деталей зависят от структуры и свойств их сердцевины и в значительной степени от насыщенности уг­леродом поверхностного слоя. Эксплуатационные свойства деталей возрастают по мере увеличе­ния прочности и твердости сердцевины.

Главная задача цементации - обеспечение необходимой насы­щенности поверхностного слоя углеродом и, как следствие, высокого сопротив­ления контактным нагрузкам и силам трения при минимальных производственных затратах и времени обработки.

Нитроцементация - процесс совместного диффузионного насы­щения поверхности металла углеродом и азотом. Она выполняется при температуре 830-900°С в среде науглероживающего газа и ам­миака. Этот процесс аналогичен цементации и проводится на том же оборудовании. Его широко используют вместо цемента­ции для зубчатых колес, по условиям работы которых, толщина упрочненного слоя может быть ограничена 1 мм.

Основное применение нитроцементация получила в условиях массового производства. После нитроцементации, как пра­вило, следует непосредственная закалка.

Насыщение поверхности металла углеродом и азотом повышает качество поверхностного слоя. Присутствие азота повышает твердость, износостой­кость, теплостойкость, циклическую прочность, контактную вынос­ливость. К технологическим преимуществам нитроцементации относятся:

1) значительное уменьшение деформации и коробления деталей;

2) сокращение времени технологического цикла примерно на 50%.

В силу отмеченных преимуществ на автомобильных предприяти­ях газовая нитроцементация - основной процесс химико-термической обработки. На АВТОВАЗе примерно 95% деталей, упрочняемых химико-термической обработкой, подвергают нитроцементации.

Азотирование относится к низкотемпературному процессу диф­фузионного насыщения, выполняемому при 500-580°С. Важная особенность азотирования состоит в том, что формирование высо­кой твердости поверхностного слоя происходит в процессе диффузионного насыщения без последующих фазовых превращений, как это имеет место при цементации и нитроцементации. Следствием этой особенности являются малые значения деформаций и коробле­ния обрабатываемых деталей, что дает возможность во многих слу­чаях избежать последующего шлифования и снизить трудоемкость обработки. Такое важное технологическое преимущество сочетается с тем, что азотирование формирует слой более высокой твердости (900-1000 НV) в 1,5 - 4 раза более высокой, чем при цемента­ции, износостойкости. Азотированному слою свойственна также повышенная (до 450°С) теплостойкость и высокий уровень (600 - 800 мПа) остаточных напряжений сжатия, способствующих увеличению предела выносливости гладких образцов на 25 - 30%.

К недостаткам азотирования относятся большая длительность (24 - 90 ч) процесса, а также хрупкость и небольшая (0,3—0,5 мм) толщина упрочненного слоя, ограничивающая его контактную выносливость. Предел контактной выносливости азотированных сталей не превышает 1050 мПа, что приблизительно в 1,5 раза ниже, чем у цементируемых сталей. Азоти­рование не применяют для деталей машин, работающих при контак­тных нагрузках, превышающих 800 мПа. До последнего времени азотированию отдавали предпочтение в тех случаях, когда эксплуа­тационная надежность деталей машин определяется поверхностной твердостью, износостойкостью или циклической прочностью.

Для обеспечения одинаковой долговечности шестерен зубчатого зацепления необходимо соответствующим образом назначать твердости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса. Если твердость рабочих поверх­ностей хотя бы одного из пары зубчатых колес меньше НВ350, то в целях обеспечения одинаковой долговечности твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни всегда следует назначать больше твердости зубь­ев колеса, причем для прямозубых колес разность твердостей шестерни и колеса должна составлять не менее 20...50НВ.

Для неприрабатываемых зубчатых пар с твердыми рабочими поверхностями зубьев у обоих зубчатых колес (более 45НRС) обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса не требуется.

При поверхностной термической обработке зубьев, например, цементации, механические характеристики сердцевины зуба опре­делятся предшествующей термической обработкой - улучшением. Исключение составляют зубья, закаленные с помощью токов высокой частоты (ТВЧ). Если модуль зацепления меньше трех, то зубья обычно закаливаются насквозь, что приводит к значительному их короблению и, как следствие, к снижению ударной вязкости.

В табл. 2.1 приведены наиболее распространенные марки сталей, рекомендуемая термообра­ботка и ориентировочная область применения. Основные механические характе­ристики наиболее распространенных сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес, приводятся в табл. 2.2.

Для предварительной оценки экономической эффективности передач в табл. 2.3 приводится ориентировочная относительная стоимость некоторых марок углеродистых и легированных сталей (за единицу принята стоимость ста­лей марок 35, 45, 50).

Таблица 2.1. Марки сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес [3]

Таблица 2.2. Основные механические характеристики сталей, применяемых для изготовления зубчатых колес [3]

Характеристики

Список файлов книги