Анализ материалов колеса и шестерни применяемых в редукторах

Введение
Редуктор предназначен для передачи вращения от двигателя к исполнительному механизму, при этом уменьшается число оборотов, передаваемая мощность и увеличивается крутящий момент. При этом, чем выше передаточное число, тем выше крутящий момент, тем выше должна быть прочность зубчатых колес редуктора.
При проектировании привода одной из проблем является габариты самого проектируемого привода, при этом размеры привода связаны в основном с габаритами подбираемого редуктора, которые зависят от количества ступеней и межосевого расстояния. Следует обратить внимание на то что, чем выше прочность колес, тем больший момент они смогут передать и при этом можно уменьшить межосевое расстояние.
Выбор материала зубчатых и червячных колес
При проектировании зубчатой или червячной передачи в первую очередь внимание обращают на материал, из которого будут выполнены зубчатые колеса редуктора, ведь от этого будет зависеть контактная прочность и износостойкость зубьев, и как следствие долговечность проектируемого редуктора.
Основным показателем, с помощью которого подбирают материал для колеса, является твердость. Следует отметить, что чем выше твердость материла, тем меньше вес и выше прочность колеса изготовленного из этого материала. При выборе материала для колес зубчатой пары следует использовать условие:
НВ1 НВ2 + (30-50) (1)
Данное условие говорит о том, что твердость шестерни, колеса установленного на ведущем валу должна быть больше твердости колеса, установленного на ведомом валу. Выполнение этого условия позволяет обеспечить равномерную выработку зубьев шестерни и колеса и не допустить преждевременный выход из строя одного из элементов зубчатой пары.
Виды материалов, применяемых для зубчатых и червячных колес
Для зубчатых и червячных колес наиболее часто применяются стали с проведением последующей термической обработкой

. Стальные колеса имеют более высокую прочность и износостойкость при небольшом их весе по сравнению с другими материалами.
Все стали по твердости и виду последующей термической обработки можно условно разделить на несколько групп [3, с.49].
К первой группе относятся стали углеродистые и низколегированные стали с последующим улучшением. Например, к первой группе можно отнести стали 45 и 40Х и аналогичные. Стали первой группы используют для малонагруженных передач (с передаваемой мощностью менее 2 кВт), а так же для редукторов привода не ответственных механизмов. Преимуществом этой группы является низкая цена, а недостатком – низкая твердость.
Ко второй группе относиться низколегированные стали с последующей закалкой и улучшением. К этой группе можно отнести стали 40ХН, 35ХМ и аналогичные. Стали второй группы имеют твердость более высокую, чем первая группа и применяются для средненагруженных передач (с передаваемой мощностью менее 5,5 кВт).
Твердость колес изготовленных из сталей первой и второй группы не превышает 350 единиц по Бринеллю (НВ).
Твердость колес изготовленных сталей третьей группы превышает 350 НВ и составляет от 40 до 70 единиц Роквелла, шкала С (HRC).
К третьей группе относиться стали среднелегированные, подвергаемые поверхностной химико-термической обработке: цементации, нитроциминтации, азотированию. При этом для сердцевины применяется улучшение. Такая обработка позволяет увеличить поверхностную твердость зубьев колеса и обеспечить мягкую сердцевину, как следствие колесо будет иметь высокую прочность и износостойкость при оно не приобретает хрупкости