Материалы зубчатых колёс, точность изготовления пере­дач.

Требования к материалам зубчатых колёс: высокое сопротивление кон­тактной усталости поверхностных слоев зубьев, прочность зубьев на изгиб, со­противление заеданию и изнашиванию. Основные материалы зубчатых колёс - термически или химико-термически обрабатываемые стали. Условно по величине твёрдости материалы, применяемые для зубчатых колёс, можно разделить на две группы:

Группа стали	Марка стали	Термообра­ботка зубьев	Соотношение твёр-дости зубьев колёс
1-я группа (НВ1и НВ2<350)	Углеродистые: 35, 45, 35Л, 45Лидр.	Улучшение, нормализация	НВ1-НВ2 = = (20...30)НВ
	Легированные: 40Х, 35ХМ, 40ХНидр.	Улучшение + закалка ТВЧ
2-я группа, (НВ1 и НВ2 > 350)	Легированные: 12ХНЗА, 18ХГТ, 20ХНМ, 25ХГМ	Улучшение + цементация + закалка	HRC1 = HRC2 = = (50...55)HRC3
	Легированные: 40ХНМА, 38ХМЮА	Улучшение + азотирование	HRC1 = HRC2 = = (55...65)HRC3

Зубья колёс нарезают методом копирования модульной дисковой фрезой (рис. 88, а) или пальцевой фре­зой (рис. 88, б), а также мето­дом обкатки, или огибания, червячной фрезой (рис. 88, в) или долбяком (рис. 88, г).

Рис.88. Методы нарезания зубьев зубчатых колёс.

Стандарт предусматрива­ет 12 степеней точности изго­товления: от 1-й до 12-й в по­рядке уменьшения точности. При v = 12...20 м/с назначают 6-ю, а при v = 6...12 м/с - 7-ю степень точности; для передач общего машиностроения при v < 6 м/с — 8-ю степень точности.

Причины отказов и виды расчётов зубчатых передач.

Прежде чем пе­рейти к расчёту зубчатых передач на прочность, необходимо усвоить сведения о видах разрушения зубьев. Сила давления зуба шестерни на зуб колеса - это нормальное усилие F_n (рис. 89, а). Оно направлено по линии зацепления, т.е. общей нормали к рабочим поверхностям зубьев, проходящей через полюс зацепления П. От силы F_n на рабочих поверхностях зубьев возникают циклически изменяющиеся контактные напряжения σ_Н, а у основания зубьев - напряжения изгиба σ_F. Сила F_n и напряжения σ_H и σ_f в зубьях - величины переменные. Они изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу (рис. 35, б). За время одного оборота колеса t, зуб находится под нагрузкой в течение времени t₂. При времени оборота колеса t₁ ≈ 0,1 с значение t₂ ≈ 0,002 с, что сопоставимо со временем протекания процесса удара. Переменные напряжения являются причиной повреждений зубьев в виде механического и молекулярно-механического изнашивания, а также их поломки.

Рис. 89. Виды напряжений и характер нагружения зубьев

Механическое изнашивание включает усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев и износ зубьев.

Усталостное выкрашивание — самый распространённый вид повреж­дения зубьев закрытых хорошо сма­зываемых зубчатых передач (рис. 89, а). При этом на рабочих поверхностях зубьев появляются небольшие углуб­ления, которые затем растут и пре­вращаются в раковины.

Износ зубьев (рис. 90, б) - резу­льтат изнашивания их рабочих по­верхностей, проявляющийся в виде отделения частиц материала при трении. Изнашивание возрастает с увеличением контактных напряжений, при этом искажается профиль зубьев, и изменяются их размеры.

Абразивный износ является основной причиной выхода из строя от­крытых передач, а также закрытых передач тех машин, которые работают в за­сорённой абразивом среде. Сопротивление выкрашиванию и износу возрастает с увеличением твёрдости поверхностей зубьев, при повышении чистоты обра­ботки зубьев и правильном подборе смазочного материала.

Рис. 90. Виды разрушения зубьев (а, б, в) и схема образования усталостного выкрашивания (г)

Молекулярно-механическое изнашивание проявляется как заедание (рис. 90, в), т.е. в виде молекулярного сцепления контактирующих поверхно­стей при разрушении смазочной плёнки, которое происходит при высоких контактных давлениях и больших скоростях скольжения. Поломка зубьев - наиболее опасный вид разрушения, который часто приводит к выходу из строя не только зубчатой передачи, но и дру­гих деталей машины (валов и под­шипников). Поломка происходит от перегрузок машины или усталости материала колёс при переменных на­грузках, Трещины обычно появля­ются у основания зубьев со стороны растянутых волокон.

Согласно ГОСТу 21354-87 основными критериями работоспособности закрытых эвольвентных цилиндрических зубчатых передач являются: контактная прочность рабочих поверхностей зубьев и прочность зубьев при изгибе.

Для закрытых зубчатых передач производят два основных вида рас­чётов:

на контактную прочность рабочих поверхностей зубьев для предот­вращения усталостного выкрашивания;

на прочность зубьев при изгибе для предотвращения поломки зуба.