Основные параметры зубчатых колес

Эвольвентное зацепление получило наибольшее распространение из-за преимуществ перед другими. Зубчатые колеса нарезают простым инструментом; при этом используется один и тот же инструмент (ИПК) независимо от числа зубьев колеса.

Зубчатое колесо имеет окружность впадин (d_f), окружность вершин (d_a), делительную окружность (d) по аналогии с линиями впадин, вершин и делительной линией исходного контура.

Модуль (m=p/π) – нормированный окружной шаг, основной параметр, определяющий размеры колеса (d=mz ; p= πm).

Параметры исходного контура стандартизованы и задаются в долях модуля (модуль в качестве масштаба). Для передач с модулем т=1..100 мм по ГОСТ 13755-81 угол профиля α = 20°.

Коэффициенты высоты головки и ножки зуба h*_a=1, h*_f=h*_a+c*, радиального зазора С* = 0,25, радиус скругления ρ*_f = 0,38.

Для мелкомодульных передач т = 0,15..1 мм (ГОСТ 9587-81); h* =1;С*=0,35;ρ*_f =0,4(для m<0,5;ρ*_f =0,33, С* =0,5).

В высоконапряженных авиационных зубчатых передачах применяют ИПК с α = 25° и 28°. При этом увеличивается толщина зуба у основания и его прочность при изгибе.

a_w=d₁/2+d₂/2

d₂=ud₁ ; d₁=d₂/u

a_w=d₁/2+ud₁/2=d₁(u+1)/2

=> d1=2a_w/(u±1) ; d₂=2a_wu/(u±1),

где индексы: 1 – для шестерни; 2 – для колеса. «+» и «-» – для внешнего и внутреннего зацепления, соотв-но.

Зубчатая передача, составленная из двух колес, может быть без смещения или со смещением исходного контура. Смещение вводиться для выравнивания или увеличения нагрузочной способности.

Передаточное число

Передаточное число — это отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни и = z₂/z₁. В понижающей передаче оно численно равно передаточному отношению (отношению угловых скоростей ведущего и ведомого колес ω₁/ω₂ по абсолютному значению). Значения u≥1. Максимальные значения 5…8, в кинематических передачах — до 15 в целях уменьшения количества ступеней. Для колес с высокой твердостью Н > 350 НВ и = 4... 5, так как при больших значениях и диаметр шестерни получается существенно меньше диаметра вала.

Материалы и термообработка для зубчатых колес

При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, стойкость поверхностных слоев зубьев и сопротивление заеданию. Основными материалами являются термически обрабатываемые стали (табл. 11.3). Допускаемые контактные напряжения в зубьях пропорциональны твердости материалов. Это указывает на целесообразность широкого применения для зубчатых колес сталей, закаливаемых до значительной твердости.

Твердость Н материала измеряют по Бринеллю (по отпечатку вдавливаемого шарика), когда Н<350НВ, или по Роквеллу HRC_э (вдавливанием алмазного конуса), когда Н>350НВ

(Н = 37 HRC_э. Приближенно НВ ≈ 10 HRC_э).

При твердости Н < 350НВ шестерню выполняют с большей твердостью, чем колесо, Н₁ = Н₂ +10...15 единиц. Термическую обработку заготовки (нормализацию, улучшение) выполняют до нарезания зубьев. Такие передачи хорошо прирабатываются (Н₂<Н₁).

При твердости Н>350НВ химико-термическую обработку ведут после зубонарезания. При этом зубья коробятся и требуются отделочные операции: шлифование, притирка с абразивными пастами. Шлифование — наилучший способ исправления профи лей зубьев, но требует наличия специальных зубошлифовальных станков.

Для зубчатых колес применяют следующие основные виды поверхностного термического и химико-термического упрочнений: поверхностная закалка, цементация и нитроцементация с закалкой, азотирование.

Поверхностная закалка.(40Х, 40ХН, 35ХМ) В основном применяют с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Обычно твердость на поверхности 50...55 HRC_э. Зубья с m < 3 мм, прокаливаются насквозь, что приводит к значительному их короблению и снижению ударной вязкости.

Цементация.(20Х, 12ХНЗА, 20ХНМ, 18Х2Н4МА, 20Х2Н4А, 18ХГТ, 25ХГТ и 15ХФ) Это поверхностное насыщение углеродом сталей с содержанием углерода менее 0,3 % с последующей закалкой обеспечивает большую твердость и несущую способность поверхностных слоев зубьев (Н = 56...63 HRC₃)

Азотирование.(38Х2МЮА, 40ХФА, 40ХНА, 40Х) Это насыщение азотом, обеспечивающее особо высокую твердость H = (700...950)HV по Виккерсу или (58...65)HRC_э и износостойкость поверхностных слоев.

Нитроцементация. Это насыщение поверхностных слоев углеродом и азотом в газовой среде с последующей закалкой — обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеданию.

Зубчатые колеса могут быль выполнены из чугунов (СЧ20…СЧ25) или из пластмасс.