Способ упрочнения зубчатых колес и шестерен

(71) Всесоюзный на ский институт желе порта У 16чно-исследоватенодорожного тра чнениезакалкойМашино носится к машиноти к технологии е о тно оению, в ч АРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56):Шепеляковский К,З, Упродеталей машин поверхностнойпри индукпионном нагреве, М,строение, 1972, с. 261,(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЧАтЬ 1 Х КОЛЕИ 111 ЕСТЕРЕН(57) Изобретени т производства ведушщх шестерен тяговыхпередач локомотивов и электроподвикного состава и может быть использовано также при производстве крупномодульных зубчатых колес и шестеренв тракторостроении, автомобилестроении и при производстве редукторов.Цель - повышение долговечности и надежности колес и шестерен. Зубчатыеколеса из стали с регламентированнойпрокалываемостью, например из сталиШХ 4, термообрабатывают объемно-поверхностной закалкой при глубинномнагреве ТВЧ с образованием закаленного слоя по полумартенситу переменным по глубине 0,18-0,28 от величины модуля в зоне корня зуба и 0,320,45 от величины модуля в зоне начальной окружности. 1 табл.Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологиипроизводства ведущих шестерен тяговых передач локомотивов и э)тектроподви)кного состава ;тепловоза,электроВозов, мотэрнь 1 х вагонов),и может быть использовано также припроизводстве крупномодульных зубчатых колес и шестерен в тракторострое 10нии, автомобилестроении и при производстве редукторов.Целью изобретения является повышение долговечности и надежности колеси шестерен. 1"Относительная прочность при изгибе поверхностно закаленного стержня,кЯким является зуб зависит От слР"дуюших Факторов предела прочностиповеРхностно закаленно: д слоЯ 1 к 20предела текучести сердцевины 6 иглубины слоя закалки, При поверхност:ной закалке с глубинным нагревом длявысокоуглеродистых сталей пределпрочности слоя составляет 280300 кгс/мм а предел текучести серд=цевины не менее 85 кге/ммт.е. ОтНОШЕНИЕ 6 т/ЙО МО)КНО ПРИНЯТЬ РаВНЫМ0,28, При товерхностной закалке после поверхностного нагрева сердцевины 30обычно находится В неупрочненном состоянии, ее предел текучести составляет 50-54 кгс/мми отношение 6 / 6для кривых ИОжнО прин 51 ть ра 1)ным О 18;Таким образам, относительная глубгтназакаленного слоя применительно кшестерням составляет 0,18-0,28 О.толщины изделия.При работе зубчатых зацеплений взоне начальной окружности определяющими являются контактные напря)кенля 5наибольшие на линии зацепления, Вэтом случае глубина закаленного слояДолжна. быть большР че;1 при изгибномнапряжении не менее чем в полтораразя,учитывая, что тотдццна зуба в зоненачальной окружности равна Л М/2.,где И - модуль зуба, коэффициент1 57 (Л/2) численно соответствуетр . ;Днеобходимому повыше нюо толщины з акаленного слоя В 3 Оне начально й 0 кружности Отсюда "дубин а з як аленно гослоя . со ст а вляе т ( О 1 8- 3, 28 ) 1 , 5 7 :.4 ":.( 0, 3 2 -04 5 ) М,Упрочнение сердцевины при глубинном нагреве т ем сильне з повышает и ;прочность зуба шестерни при иэ г ибномНаПРЯжЕНИИ, ЧЕМ ТОНЬШЕ ЗЯКаЛЕННЫй слои, т,е, закаленный слой ВО впадине будет равен (0,18-0,28) М, Однако уменьшение толщины закаленного слоя ВО впадине против 0.18 М способствует снижению сжимающих напря - жений вследствие резкого уменьшения Объема метаплозакаленного слоя, Увеличение толщияь закаленного слоя сверх 0,45 М "пособствует снижению напряжений сжатия вследствие увеличения объема закаленного металла,П р и и е р 1,. Упрочнение шестерни тяговой передачи тепловоза ТЭ-З (диаметр шестерни 200 м, длина зуба 140 мм, модуль 10) из стали ШХ 4 ГОСТ 801-78 с содержанием углерода 0,9-0,95%. После ковки и штамповки заготовок при 1000-1150 С их охлаждали в проточной воде в течение 1,5 мин до б 50 С с последующим охлаждением на воздухе, а затем отжигали на зернистый перлит при бОС в течение 8 ч. После этого растачивали отверстие, нарезали зубья и шлифовали в размер. Закалку шестерен проводили на установке ТВЧ мощностью200 кВт на частоте 24 кГц, Нагрев проводили в две ступети: первая ступень П 1)и ПЯпряжении индукторЯ 730 В В течение 90 с, температура нагрева 830 С.;, вторую сту 1 ент при напряжении индуктора 710 В в течение 60 с, к концу нагрева температура составиля; во Впадине 840 С, в зоне начальной окру)юности 890 ЯС, Закалку проводилиГ потоком Воды под давлснием 2,0 кгс см В течение 25 с, Отпуск шес"с 1)ен про Водили при 180 С в горячем масле 3 ч, Глубина закаленного слоя В зоне начальной окружности: 43 мм, у корня зуба - 22 мм, твердость закаленного слон 58-б 2 НВС,. Закаленный слой не содержит карбидной сетки.П р и . е р 2, Упрочняли шестерни тяговой передачи тепловоза ТЭ(диаметр 200 мм. длина зуба 140 мм, модуль 10) из стали ШУ 4 ГОСТ 801 - 78 с содержанием углерода 0,95-1,0%. После ковки и штамповки при 1000- 1150 С их охлаждали в проточной водео В течение полутор минут цо б 50 С с последующим охлажцением ня воздухе, а затем Отжигали на зернистый перлит при 7)0 С в течение 8 ч. После этогорастачивали Отверстие, нарезали зубья и ютифовали Вразмер Закалку шестерен проводили на установке ТВЧмощност 11 о 200 кВт на частете 2;5 кГц.3 139сНагрев проводили н две ступени: принапряжении индуктора 7 ОО В в течение0ЙО с, температура нагрева 82 О С, вторая ступень при напряжении индуктора 67 О В и течение 6 О с, к концунагрева температура во впадине составляла 830 С, н зоне начальной окружности 880 С, Закалку проводилипотоком воды под давлением 2 кгс/смгн течение 25 с, Отпуск шестерен про-.изводили н горячем масле при 180 Сон течение 3 ч, Глубина закаленногослоя в зоне начальной окружности3,75 мм, у корня зуба - около 1,9 мм,Твердость закаленного слоя 58"62 НВС.Закаленный слой не содержит карбидной сетки,П р и м е р 3, Упрочнение шестерни тяговой передачи тепловоза ТЭ(55 пп) ГОСТ 1050-74 с содержаниемуглерода 0,587, После ковки и штамповки заготовки подвергали улучшению:озакалке при 840-860 С, отпуску при600-620 Г н течение 3 ч, После этого 2115 5 10 15 20 30 При обработке колес из стали с поЗ 5.ниженной прокалинаемостью 58 (55 пп) 40 П р и м е р 4. Упрочнение шестерни тяговой передачи тепловоза ТЭ(диаметр шестерни 200 мм, длина зуба 140 мм, модуль 10 мм) из стали58/55 пп) ГОСТ 1050-74 с содержанием углерода 0,58 Е, После ковки и штам- .заготонки подвергали улучшению:5о55 закалке при 840-860 С, отпуску при 600-620 С н течение 3 ч После этого растачинали отверстие, нарезали зубья, Закалку шестерен проводили на устанонке ТВЧ мощностью 200 кВт на частоте 2, кГц, Нагрев проводили в дне ступени: первая ступень при напряжении индуктора 7 ОО В в течениео ЙО с, температура нагрева 820 С, вторая ступень при напряжении индуктора 670 В н течение 60 с. К концу нагрева температура составила: но впадине 830 С, н зоне начальной окружности ЯЙО С, Охлаждение проводили потоком воды под давлением 2,0 кгс/см в2 течение 25 с, Отпуск шестерен проводили при 180 С в горячем масле в течение 3 ч, Глубина закаленного слоя в зоне начальной окружности 2,0 мм, .у корня зуба - 0,5 мм, твердость закаленного слоя на поверхности в зоне начальной окружности 58-59 НБС,растачинали отверстие, нарезализубья, Закалку проводили на установ-ке ТВЧ мощностью 200 кВт на частоте 2,4 кГц, Нагрев проводили н две ступени: первая ступень при напряжении индуктора ЯОО В в течение 90 с, темопература нагрева 1 ООО С, вторая сту - пень при напряжении индуктора 76 О В в течение 5 О с. К концу нагрева температура составила 95 О С во нпапине,о1100 С н зоне чачальной окружности, Охлаждение проводили потоком воды под давлением 2,0 кгс/см в течение 25 с. Отпуск шестерен проводили при 180 С в горячем масле в течение 3 ч. Глубина закаленного слоя в зоне начальной окружности составила 3 мм, у корня зуба - 1,2 мм, твердость закаленного слоя 59-60 НВС, Подача шестерен в индуктор и вращение их при нагреве осуществляли механической рукой, на которой шестерни удерживали цанговым патроном. Скорость вращения шестерни 60 об/мин. Индуктор медный, кольцевой зазор между ним и шестерней составлял 3 мм.Результаты испытаний шестерен, обработанных по примерам 1-4, приведены в таблице. По результатам испытаний видно, что наибольшей долговечностью, а значит надежностью, обладают зубчатые колеса из стали 1 ПХ 4 с глубиной упрочненного слоя в заявленных пределах. при нормальной температуре нагрева.под закалку 860-870 С образуется недопустимо тонкий закаленный слой,Увеличение глубины закаленного слояна этой стали можно достичь путемповышения температуры нагрева подзакалку до 1100-1150 С. Однако этонадет к перегреву металла и снижениюэксплуатационных характеристик колес,Формула изобретенияСпособ упрочнения зубчатых колес и шестерен, преимущественно крупнойодульных из заэвтектоидной стали с регламентированной прокаливаемостью, включающий объемно-поверхностную закалку при глубинном индукционном нагреве, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности и надежности колес и шестерен, закаленный слой по полумартенситу выполняют с переменной глубиной по периметру зуба, удовлетворяющей соотноше- ниям5 дд - глубина закаленного слоя в зоне начальной окружности, мм 1И - модуль пРестерни, мм. Лу где д 1светав аМювютюиавввиэсваеююЬюи втес эстаиса иещ ся ещевс вщеэтщнаэ юс.е и ав ее с я6Число циклов до начала викрайпвания в зависимости от температуры закалки, С Марксталивасс эщю .сю э аю а сс ев щтсс щ щ вассе сетеа щ св е эщ авютт вэ юи васюассаситесв с юе Фввющти 8501050 277 тисевещет юаа иэнс 1 илн. 320 тысе - 21 илн. - 840 тыс. 823 1.480 тыс,Вб 5 тыс, -ТРИР тыс . 1.510 тыс. -145 1 с а 1,980 тыс. - 1. 100 тыс. щсюэ сеи ю щщ и в еюэт т щ н н е, 3 числителе приведено среднее значение, в знаменателе " результаты отдельньи испытаний,н Составитель БоЫтяйс Текрад ИсХодюаннчКорректор Л,Патей едактор Т,Лазоренко Подписное Тираж 545 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и открыт 3035, Москва, Ж, Раушская наб(0,320,45)М,глубина закаленного слоя укорня зуба, мм; СССРКЙ д, 4 Л