2 Разработка общей методики отделочной обработки рабочих поверхностей зубчатых колес на базе нанесения функционально – ориентированных покрытий

2.1 Формирование служебного назначения зубчатых колес

Цилиндрические зубчатые колеса служат для передачи вращательного движения между валами с параллельными и перекрещивающимися осями. Различают силовые зубчатые передачи, служащие для передачи крутящего момента с изменением частоты вращения валов и кинематические передачи, служащие для точной передачи вращательного движения между валами при небольших значениях крутящего момента. Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют с прямыми, косыми и шевронными зубьями. В зубчатой передаче с перекрещивающимися осями применяются колеса с криволинейными зубьями. Основными механизмами, в которых применяют цилиндрические зубчатые колеса являются коробки передач тракторов, автомобилей, станков пр.

По конструкции цилиндрические зубчатые колеса делятся на пять основных типов (рис. 2. 81): I - одновенцовые колеса с достаточно большой длиной посадочного отверстия; II - многовенцовые колёса, III одновенцовые колеса типа дисков; IV — венцы, которые изготавливаются отдельно соединяются затем со ступицей; V колеса - валы (вал-шестерни).

Требования к точности зубчатых колес

Основными показателями точности зубчатых колес являются: Кинематическая точность - характеризуется погрешностью угла поворота колеса за один оборот шестерни. Связана с накопленной ошибкой шага. Важна для механизмов, где требуется точность передаточного отношения. Плавность работы - характеризуется колебаниями скорости вращения колеса при равномерном вращении шестерни. Связана с ошибками шага и профиля зубьев. Влияет на динамические нагрузки и шум при работе передачи.

Пятно контакта зубьев - характеризуется концентрацией нагрузки на боковой поверхности зубьев, которые находятся в контакте. Влияет на долговечность работы передачи.

Боковой зазор между по нерабочими поверхностями зубьев при их контакте по рабочим поверхностям, характеризуется свободным вращением колес без заклинивания зубьев. Важен для реверсивных передач, а также для работаю­щих при высокой температуре.

По ГОСТ 1643—81 установлено 12 степеней точности зубчатых колес (в порядке убывания точности): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Для степеней точности 1 и 2 допуски в стандарте не указаны. Эти степени оставлены для дальнейшего развития, чтобы не вводить как в других стандартах обозначения с нулем (0 или 01). Наиболее широко в машиностроении применяются колеса 6 — 8 степени точности. В приборостроении и станкостроении используются колеса 5 степени точности. В открытых передачах используются колеса 9 степенью точности.

Независимо от степени точности стандартом установлены нормы точности на боковой зазор, который обозначен в порядке увеличения: Н, Е, Д, С, В, А. Зазор в сопряжении Н минимален и равен нулю. Обычно рекомендуется сопряжение В.

Точность зубчатых колес в силовых передачах выбирается в зависимости от скорости вращения, а точность зубчатых колес в кинематических передачах выбирается в зависимости от их назначения

Для точных зубчатых колес нормируется также торцевое и радиальное биение. Посадочное отверстие выполняется по 7 квалитету, а для прецизионных колес по 5 - 6 квалитету.

Материал и термическая обработка зубчатых колес

Основными материалами для зубчатых колес являются углеродистые и легированные стали, -которые термически; упрочняются до высокой твёрдости, марок 45, 20Х, 40Х, 40XH, 35XM и пр.

Основными видами термической обработки зубчатых колес являются: Объемная закалка является наиболее простым способом термообработки колес. Ее недостаткам следует отнести высокую прокаливаемость материала, что уменьшает сопротивление усталости материала при изгибе зубьев. Поверхностная закалка обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Нагрев колес при поверхностной закалке производится в индукторах токами высокой частоты (ТВЧ).

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в насыщении поверхности металла различными химическими элементами. В настоящее время применяются следующие виды ХТО: Цементация - насыщение углеродом стали с последующей закалкой. При цементации обеспечивается высокую твердость поверхности зубьев при вязкой сердцевине. Для цементации применяются легированные стали с низким содержанием углерода: 20Х, 12ХН3А, 20ХНМ, 15ХФ и пр. Азотирование — насыщение стали азотом обеспечивает высокую твердость поверхности зубьев без последующей закалки. Сталями для азотирования яв­ляются 38Х2МЮА, 40ХФА, 40ХНА и пр. Зубья после азотирования не шлифуют. В этой связи азотирование применяют для упрочнения колес зубчатых передач с внутренним зацеплением. Недостатком азотирования является дли­тельность процесса (до 60 час.) и малая толщина упрочняемого слоя до 0,5 мм. Нитроцементация - насыщение стали углеродом и азотом с последующей закалкой протекает при более высоких скоростях диффузии (до 0,1 мм/час). Ста­лями для данного вида ХТО являются 40Х, 18ХГТ и пр.

Стальное литье применяют для колес большого диаметра. Литейными марками сталей являются: 35 - 55Л, 40ХЛ, ЗОХГСЛ и пр. Литые колеса подвергают нормализации.

Чугуны применяют для изготовления зубчатых колес открытых тихоходных передач. Чугуны проявляют хорошую стойкость к заеданию. Поэтому чугунные зубчатые колеса могут работать без смазки. Для изготовления чугунных колес используют серые чугуны марок СЧ25 - СЧ45, а также высокопрочные чугуны с шаровидным графитом.

Методы получения заготовок

Заготовки для зубчатых колес в мелкосерийном производстве изготавливают из проката или свободной ковкой. В крупносерийном и массовом производстве - штамповкой на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Металл перед ковкой и штамповкой нагревают до температуры 1200-1300 градусов.