Расчет и проектирование планетарных коробок передач (1034674), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Зубчатые колеса изготавливают без модификации профиля головки зуба, если в результате модификации головки величина εαМ (определяемая участками главных профилей) окажется меньше 1,1 при β = 0 и меньше 1,0 при β ≠ 0. Расчет значения коэффициента торцевого перекрытия цилиндрической зубчатой передачи в случае модификации головок зубьев εαМ подробнорассмотрен в [3].3.2. Выбор материала и термообработки зубчатых колес.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 подвергаютсяразличным видам термической и химической обработки.В зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев после термообработки зубчатыеколеса 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 результа-те чего погрешности, допущенные при нарезании зубьев и сборке передачи, частично устраняютсяв процессе приработки.К недостаткам улучшенных и нормализованных зубчатых колес относится, главным образом, их сравнительно низкая несущая способность, поэтому для обеспечения требуемой прочностиприходится 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 такихколес, обычно, после закалки шлифуют, что необходимо для устранения неточностей, обусловленных короблением, возникающим после закалки.Объемно-закаленные зубчатые колеса в связи со значительным короблением зубьев послетермообработки 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.47Химико-термическая обработка представляет собой совокупность процессов теплового ихимического воздействий, направленных на изменение химического состава и структуры поверхностного слоя зубьев колес для повышения их эксплуатационных свойств.
Во время химикотермической обработки зубчатые колеса помещают в нагретую до высоких температур химическиактивную среду, в которой происходит диффузионное насыщение их поверхности одним или несколькими химическими элементами. В результате поверхностного легирования в сочетании спредварительной или последующей термической обработкой формируются слои, обладающие высокими механическими свойствами.Существует несколько способов химико-термической обработки сталей.
Для эффективногоупрочнения поверхности зубьев колес используют цементацию, высокотемпературную нитроцементацию и азотирование.Цементацию - процесс диффузионного насыщения поверхности углеродом - проводят привысокой 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), чтоявляется важным преимуществом цементации перед азотированием. Цементацию используют припроизводстве тяжело нагруженных зубчатых колес.Цементации подвергают низкоуглеродистые, теплостойкие стали, которые слабо упрочняются при закалке.
В результате, приобретая твердую поверхность (60 - 64 НRС), детали сохраняютвязкую (при твердости 38 - 43 НRС) сердцевину, устойчивую к ударным нагрузкам. Недостатокцементации - 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 свойствадеталей возрастают по мере увеличения прочности и твердости сердцевины.Главная задача цементации - обеспечение необходимой насыщенности поверхностногослоя углеродом и, как следствие, высокого сопротивления контактным нагрузкам и силам тренияпри минимальных производственных затратах и времени обработки.Нитроцементация - процесс совместного диффузионного насыщения поверхности металлауглеродом и азотом. Она выполняется при температуре 830 - 900°С в среде науглероживающегогаза и аммиака.
Этот процесс аналогичен цементации и проводится на том же оборудовании. Егошироко 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.48Насыщение поверхности металла углеродом и азотом повышает качество поверхностногослоя.
Присутствие азота повышает твердость, износостойкость, теплостойкость, циклическуюпрочность, 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 формированиевысокой твердости поверхностного слоя происходит в процессе диффузионного насыщения безпоследующих 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 иснизить трудоемкость обработки.
Такое важное технологическое преимущество сочетается с тем,что азотирование формирует слой более высокой твердости (900 - 1000 НV) в 1,5 - 4 раза болеевысокой, чем при цементации, износостойкости. Азотированному слою свойственна также повышенная (до 450°С) теплостойкость и высокий уровень (600 - 800 МПа) остаточных напряженийсжатия, способствующих увеличению предела выносливости гладких образцов на 25 - 30%.К недостаткам азотирования относятся большая длительность (24 - 90 ч) процесса, а такжехрупкость и небольшая (0,3 - 0,5 мм) толщина упрочненного слоя, ограничивающая его контактную выносливость. Предел контактной выносливости азотированных сталей не превышает 1050МПа, 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 эксплуатационнаянадежность деталей машин определяется поверхностной твердостью, износостойкостью или циклической прочностью.Для обеспечения одинаковой долговечности шестерен зубчатого зацепления необходимосоответствующим образом назначать твердости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса.Если твердость рабочих поверхностей хотя бы одного из пары зубчатых колес меньше НВ350, то вцелях обеспечения одинаковой долговечности твердость рабочих поверхностей зубьев шестернивсегда следует назначать больше твердости зубьев колеса, прячем для прямозубых колес разностьтвердостей шестерни и колеса должна составлять не менее 20...50НВ.49Для неприрабатываемых зубчатых пар с твердыми рабочими поверхностями зубьев у обоихзубчатых колес (более 45НRС) обеспечивать разность твердостей зубьев шестерни и колеса нетребуется.При поверхностной термической обработке зубьев, например, цементации, механическиехарактеристики сердцевины зуба определятся предшествующей термической обработкой - улучшением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
