1. Выбор материала зубчатых колес

Выбор материала зубчатых колес зависит от назначения передачи, условий ее работы, а также характера и технологических возможностей производства. В ряде случаев могут иметь место ограничения по дефицитности материала. Основными материалами для зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. В зависимости от твердости рабочих поверхностей стальные зубчатые колеса можно разделит на две группы.

П ервая группа с твердостью H<350HB применяется в слабо- и в средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35,40,45,50,50Г, легированные стали 40Х,45Х, 40ХН и др., которые подвергаются термической обработке – нормализации или улучшению. Чистовое нарезание зубьев производят после термообработки, колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому излому. При этом можно получить высокую точность без применения дорогих отделочных операций. Эти технологические преимущества обеспечивают отмеченным материалам широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни прямозубой передачи должна быть на (25…50) НВ выше твердости колеса. У косозубых передач твердость зубьев шестерни желательна возможно большая.

Вторая группа – зубчатые колеса с твердостью Н>350НВ, достигаемой за счет таких видов термообработки, как объемная и поверхностная закалка, цементация, азотирование, применяется в средне- и высоконагруженных передачах. Эти виды термообработки позволяют значительно повысить нагрузочную способность и уменьшить габариты передачи по сравнению с улучшенными сталями.

Зубья колес с твердостью поверхностей Н>350НВ плохо прирабатываются, поэтому они требуют повышенной точности изготовления. Кроме этого, термообработка, производимая после нарезания зубьев, часто сопровождается их короблением, что приводит к необходимости выполнения дополнительных операций исправления формы зубьев: шлифовки, притирки, обкатки и т.п. Эти сложности проще преодолеваются в условиях крупносерийного и массового производства.

При выборе материала зубчатых колес следует помнить, что

предпочтительным является применение стали одной и той же марки для шестерни и колеса. Что касается твердости и термообработки, то практически в этом случае возможны три варианта их сочетаний (см. табл. 1.1). Твердость материала при Н>350НВ измеряется по шкале Роквелла, 10НВ1HRC. Если и колесо, и шестерня имеют характеристику Н>350НВ, то обеспечивать разность их твердостей, как для материалов первой группы, не требуется.

Таблица 1.1

Рекомендуемые сочетания твердостей и термообработки

Зубчатый элемент	Твердость, термообработка
Шестерня	Н<350НВ - улучшение	Н>350НВ - улучшение и поверх-ностная закалка ТВЧ, улучшение и цемен-тация, улучшение и азоти-рование	Н>350НВ - улучшение и поверх-ностная закалка ТВЧ, улучшение и цемен-тация, улучшение и азоти-рование
Колесо	Н<350НВ - нормализа-ция	Н<350НВ - улучшение	Н>350НВ - улучшение и поверх-ностная закалка ТВЧ, улучшение и цемен-тация, улучшение и азоти-рование

Возможности программ расчета цилиндрических и конических передач позволяют определить их параметры одновременно для всех сочетаний, указанных в табл. 1.1.

Механические характеристики и виды термообработки некоторых распространенных марок конструкционных сталей, используемых для изготовления зубчатых колес, а также других деталей машин (валов, червяков, звездочек, шкивов, муфт и т.п.) приведены в табл.1.2. Как следует из этой таблицы, характеристики сталей зависят не только от химического состава и вида термообработки, но также и от предельных размеров заготовок D и S.

Таблица 1.2

Механические характеристики и виды термообработки сталей

для изготовления зубчатых колес

Марка стали	Размеры, мм		НВ сердцевина	HRC поверхн.	В, МПА	Т, МПА	Термическая обработка
	D	S
1	2	3	4	5	6	7	8
35 45 45 45 40Х 40Х 40Х 35ХМ 35ХМ 35ХМ 40ХН 40ХН 40ХН 45ХЦ	любой любой 125 80 200 125 125 315 200 200 315 200 200 315	любая любая 80 50 125 80 80 200 125 125 200 125 125 200	163…192 179…207 235…262 269…302 235…262 269…302 269…302 235…262 269…302 269…302 235…262 269…302 269…302 235…262	- - - - 25 28 48 - - 48…53 - - 48…53 -	550 600 780 890 790 900 900 800 920 920 800 920 920 830	270 320 540 650 640 750 750 670 790 790 630 750 750 660	Нормализация То же Улучшение То же То же То же Улучшение+ закалка ТВЧ Улучшение То же Улучшение+ закалка ТВЧ Улучшение То же Улучшение+ закалка ТВЧ Улучшение

Продолжение табл. 1.2

1	2	3	4	5	6	7	8
45ХЦ 45ХЦ 20ХНМ 18ХГТ 12ХНЗА 25ХГНМ 40ХНМА 35Л 45Л 50ГЛ	200 200 200 200 200 200 125 любой 315 315	125 125 125 125 125 125 80 любая 200 200	269…302 269…302 300…400 300…400 300…400 300…400 269…302 163…207 207…235 235…262	- 50…56 56…63 56…63 56…63 56…63 50…56 - - -	950 950 1000 1000 1000 1000 980 550 680 850	780 780 800 800 800 800 780 270 440 600	То же Улучшение+ закалка ТВЧ Улучшение+ цементация То же То же Улучшение+ цементация+ закалка ТВЧ Улучшение+ азотирование Нормализация Улучшение То же