Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет «Приборостроительный»
Кафедра «Приборы и методы контроля качества»
КУРСОВАЯ РАБОТА
Проект «Шестерня»
Направление 200100 приборостроение
Выполнил:
студент гр. 3-74-1 Вахрушева Е.А.
Проверил:
д.т.н., профессор Муравьёв В.В.
Ижевск 2011
Оглавление
Введение 3
1 Общее описание 4
2 Выбор и обоснование материала для изготовления детали «звёздочка». 11
3. Химический состав стали20ХН3А. 14
4.Маршрутная технология изготовления шестерни. 17
5. Режим термической и химико-термической обработки детали. 19
6 Оборудование для термической обработки шестерни 25
7 Контроль качества. 26
Вывод 29
Список используемой литературы. 30
Введение
Из многообразия материалов, обладающих жёсткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и пластической деформации, при гарантированной надёжности и долговечности является сталь. Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий от 0,02 до 2,14% углерода. По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные, содержащие до 10% легирующих элементов(хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам и другие).
К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин и конструкций, предъявляют следующие требования: высокий комплекс механических свойств, обеспечивающих надёжную и длительную работу машин, эксплуатацию конструкций технологичность, т.е. хорошая обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость и пр., низкая стоимость и доступность. Легированные стали должны содержать по возможности меньше дорогих и дефицитных легирующих элементов. Легирующие стали должны обладать высоким комплексом стандартных механических свойств, определяемых при разных способах нагружения.
1 Общее описание
Трудно придумать такую область человеческой деятельности, где бы в механизмах не применялись передачи вращающего момента с помощью разнообразных шестерен. Изготовление шестерен сопряжено с большими сложностями, эти устройства должны не только транслировать крутящий момент ведущего вала, но и отличаться прекрасными эксплуатационными характеристиками - прочностью, долговечностью, износостойкостью. Поэтому изготовление шестерен – ответственный и трудозатратный процесс, который требует особого внимания и четкого выполнения требований, предъявляемых ГОСТ. Изготовление шестерен из металлов, применяются технологии механической обработки (на фрезерных, токарных, сверлильных, зубонарезных, шлифовальных станках, методы штамповки и вырубки). Изготовление шестерен из пластмассы и полиуретанов выполняется посредством литья пластмассы и быстрого прототипирования. Для повышения износостойкости и прочности в процессе изготовления шестерен проводят следующие виды термообработки:
отжиг
нормализация
закалка
отпуск
цементизация
азотирование
поверхностная закалка токами высокой частоты
Зубчатое колесо, шестерня — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называть шестернёй, а большое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.
Рис. 1 Работа цилиндрической зубчатой передачи
Зубчатые колёса обычно используются парами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Виды шестерен:
Прямозубые шестерни - самый применяемый тип зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, линия контакта зубьев пары зубчатых колес параллельна оси вращения, как и оси обеих зубчатых колес (шестеренок) располагаются строго параллельно.
Рис. 2 Прямозубые шестерни
Косозубые шестерни – это модернизированная версия прямозубых шестерен. Зубья, в таком случае, расположены под углом к оси вращения. Зацепление зубьев этих шестерен происходит тише и плавнее, чем у прямозубых. Они применяются либо в малошумных механизмах, либо в тех которые требуют передачи большого крутящего момента на больших скоростях. К недостаткам этого типа шестерен можно отнести: увеличенную площадь соприкосновения зубьев, что вызывает значительное трение и нагрев деталей, а вследствие: потеря мощности и дополнительное использование смазочных материалов; так же механическая сила, направленная вдоль оси шестеренки, вынуждает применять упорные подшипники для установки вала.
Рис. 3 Косозубые шестерни
Шевронные шестерни решают проблему механической осевой силы, которая возникает в случае применения косозубых колес, так как зубья шевронных (елочных) колёс изготавливаются в виде буквы «V» (или же они образовываются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Осевые механические силы обеих половин шевронной шестерни взаимно компенсируются, поэтому нет нет необходимости использования упорных подшипников для установки валов. Шевронная передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, в следствии чего, в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами - плавающих опорах.
Рис. 4 Шевронные шестерни Шестерни с внутренним зацеплением имеют зубья, нарезанные с внутренней стороны. При их использовании происходит одностороннее вращение ведущей и ведомой шестерен. В данной зубчатой передаче меньше затрат на трение, а значит выше КПД. Применяются зубчатые колеса с внутренним зацеплением в ограниченных по габаритам механизмах, в планетарных передачах, в шестеренных насосах, в приводе башни танка.
Рис. 5 Шестерни с внутренним зацеплением Шестерни имеют форму цилиндра с расположенными на нем зубьями по винтовой линии. Эти шестеренки используются на непересекающихся валах, которые располагаются перпендикулярно друг друга, угол между ними 90°.
Рис. 6 Червячная шестерня Секторная шестерня – это часть (сектор) шестерни любого типа, она позволяет сэкономить в габаритах полноценной шестерни, так как применяется в передачах, где не требуется вращение этого зубчатого колеса (шестеренки) на полный оборот.
Рис. 7 Секторная шестерня Шестерни с круговыми зубьями. Шестерни этого типа имеют линию зубьев в виде окружности радиуса, за счет этого контакт в передаче происходит в одной точке на линии зацепления, которая располагается параллельно осям шестерен. Передачи с круговыми зубьями «Передача Новикова» имеет лучшие ходовые качества, чем косозубые – высокую плавность хода и бесшумность, высокую нагрузочную способность зацепления, но при одинаковых условиях их ресурс работы и КПД ниже, к прочему изготовление этих шестерен значительно сложнее. Поэтому применение таких шестеренок ограниченно.
Рис. 8 Шестерни с круговыми зубьями Конические шестерни имеют различные виды, отличаются они по форме линий зубьев, с прямыми, с криволинейными, с тангенциальными, с круговыми зубьями. Применяются конические зубчатые передачи в машинах для движения механизма, где требуется передать вращение с одного вала на другой, оси которых пересекаются. Например, в автомобильных дифференциалах, для передачи момента от двигателя к колесам.
Рис.9 Коническая шестерня Зубчатая рейка является частью зубчатого колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Вследствие этого ее окружности представляют собой прямые параллельные линии. Эвольвентный профиль зубчатой рейки тоже имеет прямолинейное очертание. Это свойство эвольвенты является наиболее важным при изготовлении зубчатых колёс. Передачу с применением зубчатой планки (рейки) называют - реечная передача (кремальера), она используется для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Состоит передача из зубчатой рейки и прямозубого зубчатого колеса (шестеренки). Применяется такая передача в зубчатой железной дороге.
Рис. 10 Зубчатая шестерня Шестерня-звезда - это основная деталь цепной передачи, которая используется совместно с гибким элементом - цепью для передачи механической энергии.
Рис. 11 Шестерня-звезда Коронная шестерня – это особый тип шестерен, их зубья находятся на боковой поверхности. Такая шестерня работает, как правило, в паре с прямозубой или с барабаном (цевочное колесо), состоящим из стержней. Такая передача используется в башенных часах. |
Рис. 12 Коронная шестерня