
Зубчатый вал — это механическая деталь, которая поддерживает вращающиеся компоненты и вращается вместе с ними для передачи движения, крутящего момента или изгибающего момента. Обычно изготавливается в виде металлического стержня круглого сечения с участками разного диаметра.
Зубчатый вал — это механическая деталь, которая поддерживает вращающиеся компоненты и вращается вместе с ними для передачи движения, крутящего момента или изгибающего момента. Обычно изготавливается в виде металлического стержня круглого сечения с участками разного диаметра. Его ключевая функция заключается в обеспечении передачи мощности и преобразования движения в механических системах. Широко применяется в редукторах, автомобильных дифференциалах, прокатных станах и другом оборудовании. Поскольку в процессе работы он подвергается переменным и ударным нагрузкам, а также значительным напряжениям сдвига и контактным напряжениям, в теле вала могут возникать трещины, а зубья — изнашиваться. Поэтому к материалу и технологии обработки предъявляются строгие требования.
Легированная сталь 42CrMo: Является типичным материалом для зубчатых валов. Обладает высокой прочностью, вязкостью и хорошей прокаливаемостью. Содержит легирующие элементы, такие как Cr и Mo. Cr повышает твердость и износостойкость, Mo улучшает прокаливаемость и жаропрочность, предотвращает отпускную хрупкость. После улучшения (закалка + высокий отпуск) имеет превосходный предел выносливости и устойчивость к многократным ударам. Подходит для валов, работающих в тяжелых условиях.
Углеродистая сталь: Например, стали 30, 40, 45. Низкая стоимость, низкая чувствительность к концентраторам напряжений. Часто используется для менее ответственных или слегка нагруженных зубчатых валов. Обычная углеродистая сталь (например, А3, А4) подходит для легких условий эксплуатации.
Другие легированные стали: Например, 20Cr2NiA. Использование ковки позволяет повысить плотность материала. Подходит для точность зубчатых валов с высокими требованиями к прочности и вязкости.
Свойства сердцевины: Должны обладать определенной прочностью и вязкостью для сопротивления ударным нагрузкам.
Поверхностные свойства: Требуется высокая твердость (например, ≥700 HV0.1) и износостойкость, обычно достигаемые поверхностной закалкой.
Комплексные механические свойства: Баланс прочности и пластичности достигается улучшением. Например, твердость сердцевины стали 42CrMo должна контролироваться в диапазоне 345-498 HV1.
Заготовка: Резка исходного материала по проектным размерам, ковка.
Черновое и чистовое точение: Обработка зубчатой заготовки до заданных размеров с припуском на последующую обработку.
Обработка шпоночного паза: Если на валу требуется установка шпонки, обработка паза и других вспомогательных структур должна быть завершена до нарезания зубьев.
Нарезание зубьев: Формообразование зубьев шестерни, обеспечение точности зубчатой поверхности.
Термическая обработка: Оптимизация свойств с помощью нормализации, улучшения, поверхностной закалки и других процессов.
Контроль готовой продукции: Проверка размерных допусков, допусков формы и расположения поверхностей, твердости и других параметров.
Нормализация: Нагрев на 50-100°C выше Ac3 (для стали 42CrMo около 850-900°C), выдержка и охлаждение на воздухе. Цель: измельчение зерна, выравнивание распределения карбидов, улучшение обрабатываемости резанием и подготовка к улучшению.
Улучшение: Закалка с последующим высоким отпуском для получения структуры отпущенного сорбита и улучшения комплексных механических свойств.
Закалка при среднетемпературном индукционном нагреве: Быстрый нагрев поверхности с последующей закалкой для получения поверхностного слоя высокой твердости (например, ≥700 HV0.1) при сохранении вязкой сердцевины. Глубина упрочненного слоя должна соответствовать проектным требованиям (например, твердость на расстоянии 2,5 мм от поверхности должна соответствовать норме).