О.А. Ряховский, А.В. Клыпин - Детали машин (1065792), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Выкрашиванне начинается на ножках зубьев вблизи полюсной линии. Затем оно распространяется на всю поверхность ножек. Со временем зоны выкрашивания сливаются и начинается прогрессивное выкрашивание. Оно носит усталостный характер, так как в процессе зацепления зубьев при вращении колес контактные напряжения в каждой точке рабочей поверхности зубьев переменны (см. рис.
5.9, б). В косозубых передачах при невысокой твердости поверхности зубьев колеса и высокой твердости шестерни выкрашиванне является затухающим, твк как после удаления в результате выкрашивания материала с поверхности ножек зубьев колеса нагрузка перераспределяется на головки зубьев, имеющие большую прочность. Усталостные трещины обычно зарождаются на поверхности, где имеет место концентрация напряжений из-за микро- неровностей. В отдельных случаях трещины могут зарождаться под поверхностью зуба.
При увеличении твердости поверхности зуба значение глубинных напряжений возрастает. У поверхностно-упрочненных колес переменные напряжения под поверхностью зуба могут вызывать отслаивание материала с поверхности. В передачах, работающих со значительным износом (открытые передачи и с абразивным материалом на поверхности зубьев), выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностные слои истираются раньше, чем в них появляются усталостные трещины. Для предотвращения усталостного выкрашивания зубья рассчитывают на контактную выносливость рабочих поверхностей. Пахомка зубьев является наиболее опасным видом разрушения, приводящим к выходу из строя передачи и часто к по- 55 Рис. 5.10. Виды разрушения зубьев: а — выкрашнваниз; б — абразивный износ," з — заедание вреждению других деталей (валов, подшипников). Зубья могут сломаться в результате больших перегрузок ударного характера или от усталости материала в результате многократно повторяющихся рабочих нагрузок.
Трещины появляются у основания зубьев на стороне растянутых волокон. Зубья шевронных и широких косозубых колес обычно выламываются по косому сечению (от основания зуба на одном торце к вершине зуба на противоположном торце). Для предотвращения поломок зубья рассчитывают на изгиб. Абразивный износ (рис. 5.10, б) является основной причиной выхода из строя открытых передач и части закрытых передач машин с плохими уплотнениями, работающих в среде, засоренной абразивами: горных, дорожных, строительных, сельскохозяйственных, транспортных и некоторых других. Заедание зубьев (рис. 5.10, з) заключается в местном молекулярном сцеплении контактирующих поверхностей в условиях разрушения смазочной пленки.
Разрушение происходит вследствие высоких контактных давлений или понижения вязкости смазочного материала вследствие нагрева, вызванного высокими скоростями скольжения. Основными критериями работоспособности зубчатых передач являются контактная прочность рабочих поверхностей зубьев и прочность зубьев при изгиб е. Расчеты по этим критериям наиболее полно разработаны для стальных закрытых хорошо смазываемых эвольвентных зубчатых передач. Согласно ГОСТУ 21354-87 выполняют следующие расчеты. 56 1. Расчет на конт а к'тн ую п р очи о с т ь рабочих поверхностей зубьев: расчет на сопротивление усталости для предотвращения прогрессивного выкрашивания; расчет для предотвращения остаточных деформаций нли хрупкого разрушения поверхностного слоя при действии кратковременной максимальной нагрузки.
2. Расчет зубьев на и р о ч н о с т ь п р и и з г и б е: расчет зубьев на сопротивление усталости при изгибе; расчет зубьев на предотвращение остаточных деформаций или поломки при действии кратковременной максимальной нагрузки. Важными показателями качества зубчатых передач являются уровни вибраций и шума, которые связаны с пересопряжением (входом в зацепление) зубьев, периодически повторяющейся ошибкой шага зубьев, искажением (огранкой) профилей зубьев. Основные средства борьбы с шумом в зубчатых передачах: совершенствование зубоотделочных операций (повышение точности), переход на косозубые передачи, фланкирование В механизмах, к которым предъявляют высокие требования по уровню шума (системы жизнеобеспечения космонавтов, бытовая техника и др.), одно из зубчатых колес изготавливают из полимерных материалов. 5.7.
Материалы для изготовления зубчатых колес При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обеспечить сопротивление контактной усталости поверхностных слоев зубьев, прочность зубьев на изгиб, сопротивление заеданию и износу. Основными материалами являются термически обрабатываемые стали (табл. 5.3). Допускаемые контактные напряжения примерно пропорциональны твердости материалов. Это указывает на целесообразность широкого применения для зубчатых колес сталей, закаливаемых до значительной твердости. Твердость Н материала измеряют по Бриннелю, когда Н С 350 НВ или по Роквеллу НВС, при Н > 350 НВ.
Приближенно 10 НВ и 1 НВС,. При твердости Н С 350 НВ шестерню выполняют с несколько большей твердостью, чем колесо, на (20...30) НВ. Термическую обработку заготовки (нормализацию, улучшение) выполняют до нарезания зубьев. После наре- Продолжение шодл. Б.З Термиче- ская обра- ботка НВ (сердце- вины) НКС (по- верхности) Размеры, мм Марка стали оз а, МПа 630 улучшение 2ОО 235...262 315 40ХН 750 125 269...302 200 4ОХН 750 125 269...302 48...53 40ХН 200 улучшв- ннв+ зв- квлквТВЧ ьт бдззе 5,3 Марка стали Размеры, НВ (сердце.
вины) НКС (цояорх" ности) 800 Термиче- ская обра- ботка 1000 125 300...400 56...63 20ХНМ 200 улучшен- ие++ це- мента- цяя+ за- калка о„ МПв 35 163...192 550 270 лю- бой лю- Ьвя нормализа- ция 800 125 300...400 1000 18ХГТ 200 179...207 600 320 лю- бой лю- бая 125 300...400 1000 800 12ХНЗА 200 1000 800 25ХГНМ 125 300...400 125 80 235...262 269...302 780 540 улучшение 80 269...302 50...56 40ХНМА 125 улучше- ние+ взо- тнроввннв 50 890 650 40Х 200 125 235...262 790 640 163...207 550 270 ЗЬЛ нормвлнзв- цня лю- бой лю- бая 40Х 125 269...302 900 750 440 улучшение 45Л 315 200 207...235 680 4ОХ 125 80 269...302 45...50 900 750 улучше- ннв+ ав- квлкв ТВЧ 35ХМ 315 235...262 670 улучшение 35ХМ 200 125 269...302 920 790 ЗЬХМ 200 125 269...302 48...53 920 790 улучше- ние+ ав- калка ТВЧ бб зания зубьев не требуется дополнительных Финишных операций.
Такие передачи хорошо прирабатываются. При твердости Н > 850 НВ химико-термическую обработку ведут после зубонарезания, при атом зубья коробятся и в результате ухудшаются их точностные показатели. В массовом и круп носерийном производстве применяют исключительно зубчатые колеса высокой твердости, которые подвергают отделочным операциям после термической обработки.
Стали, применяемые для зубчатых колес *Р, 8 — диаметр шестерня к толщина обода н диска колеса. Объемная закалки вызывает увеличение твердости не только поверхности зуба, но и его сердцевины. В результате зуб становится хрупким и легко разрушается при ударах. Поэтому объемная закалка уступила место поверхностным термическим и химико-термическим методам упрочнений. Такой обработкой можно достигнуть высокой твердости поверхностных слоев материала зубьев при сохранении вязкой сердцевины. Для зубчатых колес применяют следующие основные виды поверхностных термических и химико-термических упрочне- ний: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование, Поверхностную закалку в основном обеспечивают за счет нагрева токами высокой частоты (ТВЧ).
В связи с тем, что нагреваются поверхностные слои в течение 20...50 с, толщина закаливаемого слоя мала и деформации при закалке невелики. Поэтому можно обойтись без последующего шлифования зубьев (однако это понижает точность на одну-полторы степени). Материалы в атом случае — среднеуглеродистые легированные стали 40Х, 40ХН, 35ХМ и др. Обычно твердость на поверхности зубьев (50...55) НВС,.
Поверхностная закалка зубьев без охвата переходной поверхности (с обрывом твердого слоя у впадины зубьев) повышает износостойкость и сопротивление выкрашнванию, но понижает прочность при изгибе, так как создает концентратор напряжений у корня зуба. Желательно, чтобы закаленный слой повторял очертание впадин, Цементация — поверхностное насыщение углеродом сталей, содержащих углерода менее 0,3%, с последующей закалкой. Цементация обеспечивает большую твердость (56...63) НВС„несущую способность поверхностных слоев зубьев и высокую прочность на изгиб.
Целесообразно применять газовую цементацию как более производительную. Применяют цементируемые стали: 20Х, а для ответственных зубчатых колес, работающих с ударными нагрузками, хромоникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНМ, безникелевые стали 18ХГТ, 25ХГТ и др. 'Голщина цементированного слоя примерно 0,3 модуля. Время цементации на глубину 1 мм примерно 3 часа — процесс длительный. При цементации рабочие поверхности зубьев искажаются и требуется нх шлифованне. Азотирозамие — насыщение поверхностных слоев азотом, обеспечивает высокую твердость (58...65) НВС, и износостойкость поверхностных слоев.
Азотируют готовые детали без последующей закалки. Для азотируемых колес применяют молибденовую сталь ЗЗХЗМЮА, безалюминиевые стали типа 40ХФА, 40ХНА, 40Х. Зубья после азотирования в связи с малой толщиной слоя насыщения и малым короблением не шлифуют. Поэтому азотирование применяют для колес с внутренними зубьями и других, шлифование которых трудно осуществимо.
Недостатком азотированных колес является малая 60 толщина упрочненного слоя (0,2...0,5 мм), не позволяющая применять их при ударных нагрузках из-за опасности растрескивания упрочненного слоя и при работе с интенсивным изнашиванием (при загрязненной смазке).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
