2.2. Материалы, применяемые для изготовления зубчатых колес

Выбор материала для изготовления зубчатых колес определяется назначением передачи, условиями ее работы, габаритами колес, типом производства (единичное, серийное, массовое), технологическими со­ображениями.

В приборостроении колеса изготавливают из сталей, пластмасс, латуни, алюминиевых сплавов.

В машиностроении используют термообработанные углероди­стые и легированные стали, обладающие высокой контактной и изгиб­ной прочностью, реже чугуны и пластмассы.

В зависимости от твердости рабочих поверхностей стальных зубьев различают:

– колеса с твердостью по Бринеллю ≤ 350НВ (марки сталей 35, 40, 45, 50, 50Г, 35Х, 40Х, 40ХН, 35ХМА и др. с термообработкой нормализацией, улучшением);

– колеса с твердостью по Бринеллю > 350 НВ (марки сталей 15, 20, 15Х, 20ХГСА, 35Х, 40Х, 40ХН и др., с термообработкой – закалка, цементация, нитроцементация, азотирование, цианирование).

У зубчатых колес с твердостью по Бринеллю ≤ 350НВ нарезание зубьев производят после окончательной термообработки. При этом получают высокую точность изготовления зубьев без применения до­рогих отделочных операций. Стальные зубья с указанной твердостью обладают хорошей способностью к приработке, не подвергаются хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Такие колеса применяют в передачах с малой и средней степенью нагруженности, а также в передачах с большими размерами колес, термообработка кото­рых затруднена.

Изготовление колес из указанной группы сталей оп­равдано в единичном и мелкосерийном производстве, а также ремонт­ной практике. В целях выравнивания долговечности и улучшения при­рабатываемости следует твердость активных поверхностей зубьев шестерни делать большей, чем у колеса на 20… 50 НВ.

У зубчатых колес с твердостью по Бринеллю > 350 НВ нареза­ние зубьев производится до термообработки. Для исправления короб­ления зубьев после термообработки используют дорогостоящие отде­лочные операции (шлифование, притирка, обкатка) на специальном оборудо­вании, что значительно повышает стоимость колес. В этой связи дан­ную группу сталей целесообразно использовать в условиях крупносе­рийного и массового производства.

Применение зубчатых колес с твердостью > 350 НВ значительно повышает усталостную контактную прочность зубьев и, соответст­венно, нагрузочную способность передачи, что приводит к снижению габаритов передачи (рис. 2.9), возрастает износостойкость колес и со­противле­ние заеданию зубьев. Однако зубья с большой твердостью рабочих по­верхностей плохо прирабатываются, что требует высокой точности их изготовления.

Рекомендации по выбору марок сталей для изготовления зубча­тых колес приведены в табл. 2.1.

Химико-термическое упрочение 55…63 HRC

Закалка нагревом ТВЧ 48…58 HRC

Улучшение 240…320 НВ

Нормализация 170…220 НВ

Рис.2.9. Зависимость размеров зубчатой передачи

от вида термообработки зубьев

Таблица 2.1

Рекомендуемые марки сталей для изготовления зубчатых колес

Марки сталей	Вид термообработки	Область применения
Стали легированные конст­рукционные 15Х, 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А и др. по ГОСТ 4543 – 71	Химико-термическое упрочнение с закалкой до твердости Н = 56…63 HRC	Высоконагруженные зубчатые передачи
Стали легированные конструкционные 40Х, 45Х, 40ХН и др. по ГОСТ 4543–71	Поверхностная закал­ка с нагревом ТВЧ до твер­дости Н = 50…55 HRC	Средненагруженные зубчатые передачи
	Улучшение до твердости Н = 230…280 HВ	Зубчатые передачи при отсутствии жестких тре­бований к габаритам
Литейные стали 50Л, 55Л и др. по ГОСТ 977 – 88	Нормализация до твердости Н = 190…220 HВ	Крупногабаритные зубчатые передачи

Чугуны применяют для изготовления крупногабаритных зубча­тых колес в тихоходных ( ≤ 1 м/с) открытых передачах. Зубчатые ко­леса изготавливают из серого чугуна марок СЧ 20 – СЧ 35, а также высокопрочного ВЧ 35 – ВЧ 40. Такие передачи могут работать при недостаточной смазке, они хорошо сопротивляются заеданию, дешевле

остальных. Основной недостаток – пониженная изгибная прочность, особенно при ударных нагрузках.

Зубчатые колеса из древеснослоистых пластиков (ДСП), тексто­лита, полиамида, полиуретана, фторопласта применяют в слабонагру­женных передачах, к габаритам которых не предъявляют жестких тре­бований, где требуется снижение шума и вибраций, самосмазывае­мость или обеспечение химической стойкости. Нагрузочная способ­ность их значительно ниже, чем стальных.