9.6. Материал и термообработка

Нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев, определяется в основном твердостью материала. Наибольшую твердость, а следовательно, наименьшие габариты и массу передачи можно получить при изготовлении зубчатых колес из сталей, подвергнутых термообработке. Некоторые из сталей, рекомендуемых для зубчатых колес, виды их термообработки и механические характеристики приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2 Механические характеристики сталей

Марка

стали

,

мм

,

мм

Термообработка

Твердость заготовки

поверхности

сердцевины

45

Любой

Любая

Н

179…207 НВ

45

125

80

У

235…262 НВ

45

80

50

У

269…302 НВ

40Х

200

125

У

235…262 НВ

40Х

125

80

У

269…302 НВ

40Х

125

80

У + ТВЧ

45…50 HRC

269…302 НВ

40XH

315

200

У

235…262 НВ

40XH

200

125

У

269…302 НВ

40ХН

200

125

У + ТВЧ

48…53 HRC

269…302 НВ

Примечание: Н – нормализация, У – улучшение, ТВЧ – закалка токами высокой частоты

В зависимости от твердости материалы зубчатых колес условно делятся на две основные группы:

· с твердостью  (термообработка: нормализация или улучшение);

· с твердостью НВ > 350 (термообработка: объемная закалка, поверхностная закалка ТВЧ, цементация, азотирование и т.д.).

Твердость материала  позволяет производить чистовое нарезание зубьев колес после термообработки.


При этом можно получить высокую точность без применения дорогих отделочных операций (шлифовки, притирки и т.п.). Материалы данной группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса не менее чем на 20…30 НВ:

.

Технологические преимущества материала при  обеспечили ему широкое применение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена.

При НВ > 350 твердость материала обычно выражается в единицах Роквелла (HRC). Специальные виды термообработки позволяют получить твердость материала до 50…60 HRC (до 500…650 НВ). При этом допускаемые контактные напряжения увеличиваются до двух раз, а нагрузочная способность передачи – до четырех раз по сравнению с теми же характеристиками нормализованных или улучшенных сталей.

Возрастает также износостойкость и стойкость против заедания. Применение высокотвердых материалов позволяет значительно повысить нагрузочную способность зубчатых передач, но при этом возникают дополнительные трудности:

· высокотвердые материалы плохо прирабатываются, поэтому требуется повышенная точность изготовления передачи, повышенная жесткость валов и опор;

· нарезание зубьев при высокой твердости затруднено, поэтому термообработка проводится после нарезания зубьев; некоторые виды термообработки (объемная закалка, цементация) сопровождаются значительным короблением зубьев; для исправления формы зубьев требуются дополнительные операции (шлифовка, притирка, обкатка и т.п.); данные трудности проще преодолеть в условиях крупносерийного и массового производства, когда окупаются затраты на специальное оборудование, приспособления и инструменты.