Выбор материалов для валов, шестерней и зубчатых колес

 

Выбор материалов для валов, шестерней  и зубчатых колес

                                                                               

                                                                    

Цель  работы: практическое ознакомление с методикой выбора материалов для валов, шестерней и зубчатых колес; приобретение навыков самостоятельной работы со справочной литературой и более глубокое усвоение курса.

Задача: исходя из условий задачи, выбрать материал, обеспечивающий комплекс необходимых свойств, определяющих работоспособность изделия.

1. Индивидуальное задание

Вариант №11

Зубчатые  колеса в зависимости от условий  работы и возникающих напряжений можно изготовить из стали обыкновенного качества, качественной углеродистой и легированной с различным содержанием легирующих элементов. Выбрать сталь для изготовления колес диаметром 50 мм и высотой 30 мм с пределом прочности не ниже 360-380 МПа. Указать термическую обработку колес, механические свойства и структуру выбранной стали в готовом изделии и для сравнения механические свойства и структуру сталей 45 и 40ХН после улучшающей термической обработки.

2. Решение
1. Анализ условий работы изделия. Напряженное состояние

Условия работы шестерен зависят от уровня контактных и изгибающих нагрузок и их быстроходности.

При эксплуатации зубчатые колеса испытывают:

• Изгиб при резком торможении или заклинивании с наличием

максимального крутящего момента;

• Изгиб в ножке зуба, что может привести к его усталостному

разрушению. Напряжения могут превышать 600 МПа;

• Контактные напряжения на боковых поверхностях зубьев, что

приводит к образованию контактно  – усталостного выкрашивания. Эти

 

 

 

 

напряжения достигают величины до 2 300 МПа;

• Износ боковых поверхностей (из-за попадания абразивных пыли и

грязи в зону контакта) либо торцевых поверхностей зубьев. При недостаточной смазке рабочих поверхностей может происходить «схватывание», образование задиров, приводящих к быстрому износу поверхности зубьев.

2. Виды и причины разрушения

Таблица 1 – Виды и причины разрушения зубчатых колес в процессе эксплуатации

Вид разрушения металла	Причина разрушения	Пути предупреждения дефекта
Разрушение: усталостное	Циклическое напряжение свыше , наличие концентраторов напряжений, плохая обработка поверхности, работа в коррозионной среде.	Улучшение конструкции детали; повышение качества поверхности; упрочнение поверхности ХТО, закалкой, ППД; замена стали.
Изнашивание: абразивное	Взаимодействие трущихся поверхностей с абразивными частицами.	Наплавка износостойкими порошковыми сплавами: ПР-Н80Х13С2Р; Н80Х13С3Р2 и др.
Изнашивание: при схватывании I рода	Интенсивная деформация, разрушения защитных пленок оксидов, отсутствие разделяющего слоя смазочного материала.	Повышение твердости стали, подбор материалов, не склонных к схватыванию, создание на поверхности не металлических пленок, применение смазочных материалов с противозадирными присадками.
Изнашивание: усталостное	Пониженная контактная прочность материала, высокие контактные напряжения.	Упрочнение поверхности ХТО, закалкой, повышение чистоты поверхности, уменьшение контактных напряжений, применение соответствующего смазочного материала.

 

3. Используемый материал для изготовления зубчатых колес

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Интенсивности спектральных линий и результаты определения

концентрации  элементов в образце

Вариант	Сплав	Элементы
		C		Al		P		Cr		S
		I	%	I	%	I	%	I	%	I	%
21	Чугун	0,69	3,20	0,013	0,008	0,055	0,16	0,20	0,345	0,009	0,011

 

Вывод: построили градуировочные графики и по ним определили концентрации элементов в образце.