ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2004 года по МПК F16H55/17 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводных сервисных устройствах мобильной техники и в бытовой технике.

Известно зубчатое колесо, выполненное из стали, состоящее из ступицы и венца, сопряженного со ступицей и выполненного многослойным с расположением слоев эквидистантно профилю зубьев, при этом толщина слоев переменна в направлении от ножек к вершинам зубьев, и внутренние, и наружные слои выполнены из материалов с различными свойствами (авт. свид. СССР № 1183759, F 16 H 55/17, опубл. 1985).

К недостаткам передачи можно отнести недостаточно высокую износостойкость рабочих поверхностей зубьев, что ограничивает использование зубчатого колеса в приводных сервисных устройствах мобильной техники и в бытовой технике.

Из известных аналогов наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой зубчатой передаче является передача, содержащая два взаимно зацепляющихся зубчатых колеса, на поверхности зубьев по меньшей мере одного из которых вдоль профиля зубьев размещен слой из материала с повышенными по отношению к материалу основы прочностными и износостойкими характеристиками (авт. свид. СССР № 1260624, F 16 H 1/06, опубл. 1986).

К недостатку конструкции можно отнести недостаточно высокую долговечность передачи при работе передачи в условиях повышенных удельных изгибных напряжений зубьев.

Задачей изобретения является путем повышения усталостной прочности зубьев при изгибе повышение долговечности и надежности передачи.

Для достижения поставленной задачи в зубчатой передаче, содержащей два взаимно зацепляющихся зубчатых колеса, на поверхности зубьев по меньшей мере одного из которых размещен слой из материала с повышенными, по отношению к материалу основы прочностными и износостойкими характеристиками, согласно техническому решению тело колеса выполнено из алюминия или его сплавов, а слой материала с повышенными износостойкими характеристиками - из оксидокерамики, при этом по меньшей мере на участках двухпарного зацепления и во впадинах зубьев на последнем размещен дополнительный слой карбида хрома.

Целесообразно, чтобы в зубчатой передаче слой оксидокерамики был выполнен толщиной 90-220 мкм и имел на поверхности, обращенной к наружному слою карбида хрома, открытую пористость 8-16%, а слой карбида хрома имел толщину 5-20 мкм. На торцах зубьев целесообразно выполнить дополнительный слой из оксидокерамики и поверхностный слой из пиролитического карбида хрома толщиной 5-20 мкм, а в открытых порах на поверхности оксидокерамики разместить карбид хрома, соединенный неразъемно со слоем карбида хрома на поверхности оксидокерамики и имеющий остаточные сжимающими внутренние напряжения.

Повышение долговечности и надежности в предлагаемом техническом решении достигается в результате следующего:

- формирование слоя оксидокерамики анодно-катодным микродуговым оксидированием из основы, то есть преобразованием материала основы зубчатого колеса вглубь поверхности, обеспечивая тем самым их надежное неразъемное соединение между собой, по существу исключая проблему адгезионной прочности сцепления покрытия с основой;

- формирование на поверхности оксидокерамики карбида хрома методом пиролитического осаждения при температуре ≈420°С, хрома из паровой фазы хромоорганической жидкости, например жидкости “Бархос”, модифицированной дебинзоловым эфиром (С₆Н₅СН₂)₂О, обеспечивает эффективное заполнение имеющихся на поверхности оксидокерамики пор, чем достигаются повышенные адгезионные свойства и за счет создания сжимающих напряжений, возникающих при охлаждении карбида хрома, повышенные прочностные свойства при изгибных растягивающих напряжениях;

- выполнение основы колеса с покрытием из алюминия или его сплавов обеспечивает повышенную изгибную прочность зубьев, а формирование наружного слоя карбида хрома на участках двухпарного зацепления, имеющего твердость 12-16 ГПа, и на участках однопарного зацепления из оксидокерамики, имеющей твердость 12-22 ГПа, - повышенные износостойкость и прочностные свойства при динамических нагрузках, разрушающих однослойные оксидокерамические покрытия в зоне двухпарного зацепления;

- наличие на участках двухпарного зацепления, то есть в областях повышенных скоростей скольжения на головках и ножках зубьев, карбида хрома, обладающего высокими антифрикционными свойствами, обеспечивает лучшие трибологические параметры взаимодействия зубчатых колес и, как следствие, способствует повышению их износостойкости;

- наличие на обращенной к слою карбида хрома поверхности оксидокерамики пористости 8-16%, заполненной карбидом хрома, как показали исследования, обеспечивает значительное повышение прочности сцепления карбида хрома с оксидокерамикой и за счет создания сжимающих напряжений - повышение изгибной прочности зубьев в 3-6 раз по сравнению с зубьями, имеющими только оксидокерамическое покрытие.

Диапазон толщин слоя оксидокерамики 90-220 мкм выбран исходя из следующего:

- при толщине оксидокерамического слоя более 220 мкм прочностные свойства зубчатой передачи практически не увеличиваются, а затраты на ее изготовление существенно возрастают в связи с необходимостью использования значительных плотностей токов при ее формировании анодно-катодной микродуговой обработкой;

- выполнение на обращенной к слою карбида хрома поверхности пористости 8-16% обусловлено тем, что при ее заполнении карбидом хрома поверхность оксидокерамики “армируется”, в ней возникают значительные сжимающие остаточные напряжения и за счет этого, как было отмечено выше, существенно повышаются усталостные прочностные свойства зубьев зубчатых колес при изгибных напряжениях.

При поверхностной пористости менее 8% достигаемый эффект незначителен, при пористости более 16% резко снижаются адгезионные свойства соединения слоев оксидокерамики и карбида хрома, который, как показали исследования, обладая остаточными сжимающими напряжениями, при определенных условиях отрывает слой оксидокерамики.

Диапазон толщин карбида хрома обусловлен тем, что при толщинах менее 8 мкм возникающие напряжения приводят к его растрескиванию и снижению прочностных свойств, при толщинах более 20 мкм сжимающие напряжения в самом слое карбида хрома столь незначительны, что в ряде случаев происходит его отслаивание вместе с поверхностным слоем оксидокерамики.

На фиг.1 показана конструкция зубчатого колеса передачи, имеющего покрытие.

На фиг.2 - вид с торца зуба.

Зубчатая передача (фиг.1) состоит из зацепляющихся зубчатых колес 1 и 2, по меньшей мере, одно из которых имеет основу 3 из алюминия или его сплава, на которой сформирован слой 4 оксидокерамики, имеющей толщину 90-220 мкм, на котором дополнительно сформирован слой 5 карбида хрома, расположенный по меньшей мере во впадинах 6 зубьев и в зонах двухпарного зацепления 7 передачи. В зоне 8 однопарного зацепления, для которого характерен режим трения качения и небольшие скорости скольжения, может быть выполнен только оксидокерамический слой 4. Для исключения возникновения усталостных трещин (фиг.2) у ножек зубьев и на их торцах также выполнен слой 9 карбида хрома толщиной 5-20 мкм и размещенный между ним и основой 3 слой 10 оксидокерамики толщиной 90-220 мкм.

При работе зубчатой передачи в переходной зоне во впадинах 6 зубьев возникают растягивающие напряжения, воспринимаемые двухслойным покрытием из оксидокерамики 5 и карбида хрома 5, обладающим повышенными прочностными характеристиками при изгибных напряжениях. В зонах двухпарного зацепления 7 возникают динамические нагрузки, связанные со входом и выходом зубьев из зацепления, которые также воспринимаются двухслойным покрытием из оксидокерамики 4 и карбида хрома 5, обладающим повышенными износостойкостью и прочностью при динамическом нагружении. Это обеспечивает повышенные долговечность и надежность передачи за счет повышенной прочности и износостойкости композита, образованного оксидокерамикой и карбидом хрома при практически не уступающих прототипу виброакустических характеристиках и удельной мощности передачи, связанных с использованием алюминия или его сплава в качестве основы зубчатых колес.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в мобильной и бытовой технике. Зубчатая передача содержит два взаимно зацепляющихся зубчатых колеса 1, 2. Тело по меньшей мере одного из колес 1 или 2 имеет основу 3, выполненную из алюминия или его сплавов. На поверхности зубьев сформирован слой 4 материала с повышенными износостойкими характеристиками - из оксидокерамики. По меньшей мере на участках двухпарного зацепления и во впадинах зубьев на слое 4 размещен дополнительный слой 5 карбида хрома. Целесообразно, чтобы в зубчатой передаче слой оксидокерамики был выполнен толщиной 90-220 мкм и имел на поверхности, обращенной к наружному слою карбида хрома, открытую пористость 8-16%, а слой карбида хрома имел толщину 5-20 мкм. На торцах зубьев целесообразно выполнить дополнительный слой из оксидокерамики и поверхностный слой из пиролитического карбида хрома толщиной 5-20 мкм, а в открытых порах на поверхности оксидокерамики разместить карбид хрома, соединенный неразъемно со слоем карбида хрома на поверхности оксидокерамики и имеющий остаточные сжимающими внутренние напряжения. Технический результат - повышение долговечности и надежности передачи. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Зубчатая передача, содержащая два взаимно зацепляющихся зубчатых колеса, на поверхности зубьев по меньшей мере одного из которых вдоль профиля зубьев размещен слой из материала с повышенными, по отношению к материалу основы, прочностными и износостойкими характеристиками, отличающаяся тем, что тело колеса выполнено из алюминия или его сплавов, а слой материала с повышенными износостойкими характеристиками - из оксидокерамики, при этом по меньшей мере на участках двухпарного зацепления и во впадинах зубьев на последнем размещен дополнительный слой карбида хрома.2. Зубчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что слой оксидокерамики выполнен толщиной 90-220 мкм и имеет на поверхности, обращенной к слою карбида хрома, открытую пористость 8-16%, при этом слой карбида хрома выполнен толщиной 5-20 мкм.3. Зубчатая передача по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в открытых порах на поверхности оксидокерамики размещен карбид хрома, соединенный неразъемно с дополнительным слоем карбида хрома на поверхности оксидокерамики и имеющий остаточные сжимающими внутренние напряжения.4. Зубчатая передача по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что на торцах зубьев выполнены дополнительные слой из оксидокерамики и размещенный на нем поверхностный слой из карбида хрома.