Марки стали для изготовления зубчатых колес.

Вопросы к практической работе

№ 8 «Расчет зубчатых колес редуктора».

 

Перечень вопросов:

- марка стали зубчатых колес, расшифровка состава стали (уже проходили);
- что такое твердость стали, методы измерения твердости, какие шкалы твердости бывают (уже проходили);
- какие виды термической обработки Вы знаете (уже проходили), какие виды термической обработки зубчатых колес Вы предлагаете и почему;
- что такое предел контактной выносливости при базовом числе циклов;
- выбор коэффициентов из таблиц проводится с использованием метода интерполяции (проходили еще в школе), (расчет обязательно приводится);
- что такое НОРМАЛЬНЫЙ модуль;
- что такое угол наклона зубьев и в каких пределах он может изменяться;
- сколько сил действует в зацеплении зубчатых колес и как они называются;
- что такое угол зацепления и чему он равен (ТММ);
- что такое эквивалентное зубчатое колесо;
- на что рассчитывают зубья колес редуктора при проектном расчете и проверочном расчете.

 

Твердость стали. Методы измерения твердости.

    Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению более твёрдого тела — индентора. Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).

 

    Методов измерения твердости очень много. Мы рассмотрим всего три метода:

    Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому твердосплавным шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HBW.

    Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания стального, твердосплавного шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HRA, HRB, HRC и т. д.  Всего существует 54 шкалы измерения твердости по Роквеллу. Например, в этом методе задействованы несколько шкал, имеющих следующие обозначения: A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T. Самой распространённой является шкала С (нагрузка 150 кгс, индентор - алмазный наконечник с углом в 120 градусов).

    Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV. Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой.

 

     Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами.

 

HB	HV	HRC
228	240	20
260	275	24
280	295	29
320	340	34,5
360	380	39
415	440	44,5
450	480	47
480	520	50
500	540	52
535	580	54

 

 

                                           

Виды термической обработки сталей.

    Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия.

 

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

              В готовых изделиях: прочности; износостойкости; коррозионной стойкости; термостойкости.

              В заготовках: снятие внутренних напряжений после литья; штамповки (горячей, холодной); глубокой вытяжки; увеличение пластичности; облегчение обработки резанием.

 

    Термическая обработка применяется к следующим типам сталей: углеродистым и легированным, с различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%, конструкционным, специальным, инструментальным сталям, к сталям любого качества.

ОТЖИГ.

К одним из самых востребованных видов термообработки относят отжиг, который выполняют для понижения твердости и снятия внутреннего напряжения. Отжиг необходим после: ковки, прокатки и штамповки, сварки. Суть такой термической обработки заключается в нагреве последующей длительной выдержке и охлаждении вместе с печью. Благодаря этому со сталью проще работать способом резания.

 

ЗАКАЛКА.

Закалка - это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали и последующем быстром охлаждении в воде или масле. После закалки повышается твердость, хрупкость и прочность, но снижается пластичность.

 

ОТПУСК.

Такую термическую обработку осуществляют для повышения пластичности и снижения хрупкости. При этом удается сохранить высокую прочность стали. Отпуск делят на три вида, в зависимости от уровня нагрева металла. Он бывает: низкотемпературным (нагрев до 250 градусов) и высокотемпературным (350-500 градусов).

 

НОРМАЛИЗАЦИЯ.

Ее сущность заключается в улучшении физических и механических характеристик стали. В ходе технологического процесса стальную заготовку нагревают, затем осуществляется выдерживание при заданной температуре, в дальнейшем выполняется охлаждение заготовки на воздухе. Нормализация способствует повышению твердости и прочности.

 

УЛУЧШЕНИЕ.

Улучшение стали – комплекс операций по проведению термической обработки, в который включены закалка и высокий отпуск. У обработанных деталей повышаются: прочность; пластичность; вязкость ударная; прочность усталостная; снижается порог хладноломкости.

 

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА   ЛИНЕЙНОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ ДЛЯ   ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ЗНАЧЕНИЙ   КОЭФФИЦИЕНТОВ.

    Интерполяция - нахождение неизвестных промежуточных значений некоторой функции, по имеющемуся набору её известных значений.

 

X	Y
2	1,08
4	?
6	1,25

 

Известны значения Y: 1,08 и 1,25 для соответствующих значений Х: 2 и 4.

 

Требуется определить значения Y для Х=4.

 

Решение: при Х=4, Y = 1,08 + (4-2)/(6-2) х 0,17 = 1,165

 

 

Вопросы к практической работе

№ 8 «Расчет зубчатых колес редуктора».

 

Перечень вопросов:

- марка стали зубчатых колес, расшифровка состава стали (уже проходили);
- что такое твердость стали, методы измерения твердости, какие шкалы твердости бывают (уже проходили);
- какие виды термической обработки Вы знаете (уже проходили), какие виды термической обработки зубчатых колес Вы предлагаете и почему;
- что такое предел контактной выносливости при базовом числе циклов;
- выбор коэффициентов из таблиц проводится с использованием метода интерполяции (проходили еще в школе), (расчет обязательно приводится);
- что такое НОРМАЛЬНЫЙ модуль;
- что такое угол наклона зубьев и в каких пределах он может изменяться;
- сколько сил действует в зацеплении зубчатых колес и как они называются;
- что такое угол зацепления и чему он равен (ТММ);
- что такое эквивалентное зубчатое колесо;
- на что рассчитывают зубья колес редуктора при проектном расчете и проверочном расчете.

 

Марки стали для изготовления зубчатых колес.

Сталь 45 – конструкционная углеродистая качественная, содержание углерода 0,45%, кремний – мах.0,37%, марганец – мах. 0,80%.

 

Сталь 45 относится к трудносвариваемым. Необходим подогрев и последующая термообработка.

 

Сталь марки 45 применяется для изготовления:

§ муфт насосных штанг,

§ вал-шестерни,

§ валов центробежных насосов,

§ штоков грязевых насосов,

§ пальцев крейцкопфов грязевых насосов,

§ компрессоров,

§ роторов,

§ стволов и переводников вертлюгов,

§ переводников для рабочих и бурильных труб,

§ корпусов колонковых долот,

§ роликов превентора,

§ конических шестерен,

§ шестерни,

§ фиксаторов и шпонок буровых станков,

§ цепных колес буровых лебедок,

§ штифтов,

§ упорных винтов,

§ скалок насосов,

§ цапф,

§ коленчатые и распределительные валы,

§ шпиндели,

§ бандажи,

§ цилиндры,

§ кулачки,

§ другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

 

 

Сталь 40Х – конструкционная легированная, содержание углерода 0,4%, буква Х указывает среднее содержания хрома до 1,5%, кремний – мах. 0,37%, марганец – мах. 0,8%.

 

Сталь 40Х относится к трудносвариваемым.
Способы сварки: РДС (ручная дуговая сварка), ЭШС (электрошлаковая сварка). Необходимы подогрев и последующая термообработка.

КТС (контактная сварка) — необходима последующая термообработка.

 

Сталь марки 40Х применяется для изготовления следующих деталей:

§ оси,

§ валы,

§ вал-шестерни,

§ плунжеры,

§ штоки,

§ коленчатые и кулачковые валы,

§ кольца,

§ шпиндели,

§ оправки,

§ рейки,

§ зубчатые венцы, болты,

§ полуоси,

§ втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

 

 

§ Сталь 40ХН – конструкционная легированная, содержание углерода в стали 0,40%, буква Х указывает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание хрома в стали до 1,5%, буква Н указывает, что сталь легирована никелем, отсутствие цифры после буквы указывает, что содержание никеля в стали до 1,5%.

 

Сталь  марки 40ХН относится к лучшим образцам конструкционной стали. Комбинация никеля с хромом позволяет применять сталь 40ХН для изготовления деталей ответственного назначения, например:

§ оси,

§ валы,

§ шатуны,

§ зубчатые колеса,

§ валы экскаваторов,

§ муфты,

§ валы-шестерни,

§ шпиндели,

§ болты,

§ рычаги,

§ штоки,

§ цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.

 

Сталь 40ХН широко применяется в нефтяном машиностроении для изготовления наиболее ответственных деталей, например:

§ особо нагруженных подъемных, трансмиссионных и промежуточных валов,

§ зубчатых соединительных муфт,

§ звездочек ценных передач буровых установок,

§ пластин и роликов втулочно-роликовых цепей,

§ осей талевых блоков,

§ стволов вертлюг,

§ защелок и осей элеваторов.

 

Сталь 30ХГС или 30 ХГСА – конструкционная легированная, содержание углерода 0,3%.
Буква Х — указывает на присутствие в стали хрома, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание хрома не превышает 1,5%.
Буква Г — указывает на присутствие в стали марганца, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание марганца не превышает 1,5%.
Буква С — указывает на присутствие в стали кремния, отсутствие после буквы цифры означает, что содержание кремния не превышает 1,5%.
Буква А в конце маркировки стали означает, что сталь является высококачественной.

 

Сталь 30 ХГС (30ХГСА)  является ограничено свариваемой. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС (Контактно Точечная Сварка) без ограничений.

 

Сталь 30ХГСА применяется для изготовления: валов, осей, зубчатых колес, фланцев, корпусов обшивки, лопаток компрессорных машин, работающих при температуре до 200 °С, рычагов, толкателей, ответственных сварных конструкций, детали работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, детали работающие при низких температурах.

 

Сталь 40 Л – сталь для отливок нелегированная, содержащая в своем химическом составе около 0,40% углерода, а буква Л классифицирует сталь как - литейную.

 

Сталь 40Л - трудно свариваемая. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

 

Сталь для отливок марки 40Л предназначена для производства конструкций и деталей к ним (станины, корпусы, муфты, тормозные диски, шестерни, кожухи, вилки, звездочки и другие детали), работающие при температурах до 400 °С.