2.8. Зубчатые передачи

2.8.1. Общие сведения о зубчатых передачах

Вращательное движение между валами в механических редукторах передается с помощью зубчатых передач, которые позволяют обеспечить расчетную частоту вращения каждого вала редуктора с необходимой величиной крутящего момента. Из всего многообразия зубчатых механизмов в приводах современных станков в основном применяются прямозубые и косозубые передачи, причем последние отличаются большой плавностью и бесшумностью в работе.

Зубчатые колеса в приводах главного движения станков подвергаются значительным статическим и динамическим нагрузкам в сочетании с высокими окружными скоростями до 30…40 м/с. Следовательно, необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, износостойкость поверхностных слоев зубчатого профиля и сопротивление заеданиям. Выполнить эти условия можно, если изготавливать зубчатые колеса из легированных сталей в сочетании с термической или химико-термической обработкой поверхности зубьев до твердости не менее (45…50)HRC. В табл. 2.28 приведены марки сталей, из которых изготавливаются зубчатые колеса, виды термообработки для разных марок сталей и границы достигаемой твердости на зубчатом профиле.

Таблица 2.28

Материалы и виды термообработки для изготовления зубчатых колес

Марки сталей	Термообработка	Твердость зубьев Н
		на поверхности	в сердцевине
40Х; 40ХН; 45ХЦ; 36ХМ и др.	Объемная закалка	45…55HRC
55ПП; У6; 35ХМ; 40Х; 40ХН и др.	Закалка ТВЧ по всему контуру (модуль m3 мм.)	56…63HRC 45…55HRC	25…28HRC
35ХМ; 40Х; 40ХН и др.	Закалка ТВЧ сквозная с охватом впадины (модуль m< 3 мм.)	45…55HRC	45…55HRC
35ХЮА; 38ХМЮА; 40Х; 40ХФА; 40ХНМА и др.	Азотирование	55…67HRC	24…40HRC
		50…59HRC
20Х; 12ХН3А; 25ХГТ; 18ХГТ; 25ХГМ и др.	Цементация и закалка	56…62HRC	30…45HRC
Молибденовые стали 25ХГМ; 25ХГНМ Безмолибденовые стали 25ХГТ; 30ХГТ; 35Х и др.	Нитроцементация и закалка	56…60HRC	30…45HRC
Примечание. В обозначениях сталей первые цифры – содержание углерода в сотых долях процента; буквы – легирующие элементы: Г – марганец, М – молибден, Н – никель, С – кремний, Т – титан, Х – хром, Ю – алюминий; цифры после буквы – процент содержания этого элемента, если оно превышает 1%. Обозначение высококачественных легированных сталей дополняется буквой А.

При выборе вида термической обработки следует руководствоваться следующим:

1. Объемная закалка не сохраняет вязкую сердцевину при высокой твердости зубьев, что приводит к понижению изгибной прочности зубьев при ударных нагрузках (материал приобретает хрупкость).

2. Поверхностная закалка ТВЧ применима для сравнительно крупных зубьев передачи (m> 3 мм.). При малых модулях опасно прокаливание зуба насквозь, что делает зуб хрупким и сопровождается его короблением.

3. Цементация – поверхностное насыщение углеродом с последующей закалкой, обеспечивает высокую контактную и изгибную прочности. Легированные стали дают повышенную прочность сердцевины и этим предохраняют продавливание хрупкого поверхностного слоя при перегрузках. Глубина цементации около 0,1…0,15 от толщины зуба.

4. Азотирование (насыщение азотом) обеспечивает не меньшую твердость, чем при цементации, но вследствие тонкого упрочненного слоя (около 0,1…0,6 мм.) зубья имеют значительно меньшее сопротивление перегрузкам.

5. Нитроцементация – насыщение поверхностных слоев зуба углеродом и азотом в газовой среде с последующей закалкой, дает более высокую усталостную прочность, а также меньшие деформации, чем при цементации. Глубина упрочнения около 0,3…0,8 мм.

Если в коробке скоростей используются косозубые передачи, то шестерню такой передачи целесообразно изготавливать более высокой твердости, чем колесо, что позволяет дополнительно повысить нагрузочною способность косозубых передач на 25…30%. При этом в целях унификации материалов рекомендуется сохранять одно и то же сочетание марок сталей шестерни и колеса, а разные механические характеристики поверхностей зубьев можно получать за счет изменения вида термообработки.

Точность изготовления зубчатых передач регламентируется ГОСТ 1643-81, который предусматривает 12 степеней точности. Для каждой степени точности установлены нормы: кинематической точности, плавности работы и пятна контакта зубьев колес.

Стандарт допускает комбинацию степеней точности по отдельным нормам.

Для передач металлорежущих станков основное требование – плавность работы, т.е. бесшумность и отсутствие вибраций. Выбор степени точности по нормам плавности работы производится в зависимости от окружной скорости колеса по рекомендациям табл. 2.29.

Окружную скорость V, м/с, вычисляют по формуле:

,

где d– делительный диаметр колеса, мм,n– максимальная частота вращения, мин^-1.

Таблица 2.29