В зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и требований к габаритным размерам выбирают необходимую твёрдость колёс и материалы для их изготовления. В силовых передачах чаще всего применяют стали. Передачи со стальными зубчатыми колёсами имеют минимальную массу и габариты, тем меньше, чем выше твёрдость рабочих поверхностей зубьев, которая, в свою очередь зависит от марки стали и варианта термической обработки.

В производственных условиях при проектировании и изготовле­нии редукторов выбор материалов и назначение термической обра­ботки осуществляют на базе опыта конструкторов и технологов.

В курсовом проектировании при выборе марок сталей и терми­ческой обработки для шестерен и колес можно руководствоваться данными таблицы 3.1 и приведенными ниже рекомендациями.

Таблица 3.1

Механические свойства, МПа, некоторых углеродистых качественных

легированных конструкционных сталей

Условные обозначения: Н – нормализация; У – улучшение; Ц – цементация; ТВЧ – закалка с нагревом; В – закалка с охлаждением в воде; М – закалка с охлаждением в масле. Число после М, В, ТВЧ – среднее значение твёрдости по HRC.

Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I – статическая нагрузка, II – переменная нагрузка от 0 до max, III – знакопеременная нагрузка.

В зависимости от твердости, обусловленной термической обра­боткой, стальные зубчатые колеса делят на две основные группы: твердостью НВ £ 350 (нормализация, улучшение) и твердостью НВ > 350 (объемная закалка, поверхностная закалка с нагревом ТВЧ, цементация, азотирование). Колеса первой группы изготов­ляют из качественных углеродистых сталей 40, 45, 50,50Г и легированных сталей 35Х, 40Х, 45Х, 40ХН и др. Их применяют в мало- и средненагруженных передачах.

Нормализованные зубчатые колеса небольших размеров изго­товляют из углеродистых сталей обыкновенного качества Ст5, Ст6 и качественных углеродистых сталей 35, 40, 45, 50, а больших разме­ров - из стального литья 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л (при работе на ок­ружных скоростях до 5 м/с) или отливок из легированных сталей 40ХНТЛ, 35ГЛ, 35ХГСЛ (при скоростях более 5 м/с).

Материал твердостью НВ £ 350 допускает нарезку зубьев после термообработки, благодаря чему исключаются дорогие отделочные операции (шлифовка, притирка и др.). При этом обеспечиваются хорошая приработка и отсутствие хрупкого разрушения при дина­мических нагрузках.

Колеса второй группы применяют в тяжелонагруженных передачах и в передачах, к которым предъявляют повышенные требова­ния по массе и размерам. Высокая твердость активных поверхнос­тей зубьев порядка HRC 50–60, достигаемая объемной и поверхнос­тной закалкой, азотированием, цементацией, цианированием, по­зволяет увеличить допустимые напряжения примерно в 2 раза.

Зубья с большой твердостью активной поверхности плохо при­рабатываются и нуждаются в высокой точности изготовления. При­менение термической обработки после механической, приводит к короблению зубьев и вызывает необходимость дополнительных от­делочных операций: шлифовки, притирки, обкатки и др.

Закаленные зубчатые колеса изготовляют из сталей 45, 35Х, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, 40ХН2МА и др. Цементированные – из сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН3А, 15ХФ, 18ХГТ, 18Х2Н4А, азотированные – из сталей 38X2Ю, 38Х2МЮА.

Материал и термообработку выбирают по таблице 3.2

Таблица 3.2

Рекомендуемые стали и термообработка для зубчатых колёс

[ заготовка – поковка (штамповка, прокат)]

Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса для прямозубых передач на 10... 15 единиц по шкале НВ, имея в виду, что

1 HRC = 10 НВ:

НВ₁ = НВ₂ + 10..15. (3.1)

Для косозубых передач твердость шестерни должна быть еще больше (для улучшения несущей способности передачи). Рекомендуется:

НВ₁ = НВ₂ + 50..70. (3.2)

Чугун используется для изготовления зубчатых колес крупногабаритных тихоходных передач и колес открытых передач. Зубья из чугуна хорошо прирабатываются и противостоят усталостному выкрашиванию и заеданию при плохом смазывании, но имеют малую прочность при изгибе особенно при ударных нагрузках. Реко­мендуются чугуны: серый СЧ21 и СЧ24, модифицированный СЧ25, СЧЗО и СЧ35, высокопрочный всех марок, а для неответственных зубчатых колес СЧ15 и СЧ18.

Пластмассы применяют для изготовления колес малонагруженных передач (привод распределительного вала двигателей грузовых автомобилей) для уменьшения шума при работе. Главным образом используют текстолит, лигнофоль, капролон, полиформальдегид.

Практикуется покрытие зубьев металлических колес тонким слоем нейлона (0,05–0,5мм).

Червячные передачи

Червяки для силовых передач изготовляют из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ, подвергнутых цементации и закалке до твердости HRC 58...63, или сталей, 40, 45, 40Х, 40ХН с закалкой до HRC 45...55. Последние применяют в тихоходных и малонагруженных передачах.

Червячные колеса изготовляют преимущественно из бронзы, причем в целях экономии из нее изготовляют лишь зубчатый венец, при скорости скольжения 6…30 м/с применяют более дорогие бронзы БрОФ 10-1, БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами, при скорости менее 6 м/с – менее до­рогие безоловянистые бронзы БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л. При этом твердость червяка должна быть HRC45 (не менее).

Если скорость скольжения менее 2 м/с, то червячные колеса из экономических соображений изготовляют целиком из чугуна марок СЧ15, СЧ18 и СЧ20.

Скорость скольжения (м/с) при проектном расчете приближен­но определяют по формуле:

(3.3)

где n₁ – частота вращения червяка, мин^-1; T₂ – вращающий момент на валу червяч­ного колеса, Н·м.

Материалы для изготовления зубчатых венцов червячных колёс условно делят на три группы: 1 – оловянистые бронзы; 2 – безоловянистые бронзы и латуни; 3 – серый чугун.

Выбор материала для венца червячного колеса в зависимости от условий эксплуатации можно проводить по таблице 3.3.

Таблица 3.3

Материалы для червячных колес

Группа	Материал	Способ отливки			Скорость скольжения
Н/мм2
	БрО10Н1Ф1	Ц			10-30
I	БрО10Ф1	К
	БрО5Ц5С5	К			5-10
	БрА10Ж4Н4	Ц К
	БрЛ10ЖЗМц1,5	К
II	БрА9ЖЗЛ	Ц К			2-5
	ЛЦ23А6ЖЗМц2	Ц К
III	СЧ18 СЧ15				<2

Примечания: 1. Для чугунов приведены значения

2. Способы отливки: Ц- центробежный, К - в кокиль, 3 - в землю.