vědomosti

Ozubená kola, jakožto klíčové součásti mechanického převodu, mají výběr jejich materiálů přímý vliv na účinnost převodu, životnost, únosnost a přizpůsobivost pracovnímu prostředí. Různé materiály ozubených kol mají své výhody a nevýhody, pokud jde o výkon, procesy tepelného zpracování a oblasti použití.

Tento článek se zabývá především porovnáváním a analýzou běžných materiálů pro ozubená kola, diskusí o jejich výhodách a nevýhodách, vlastnostech tepelného zpracování a použitelných scénářích a poskytuje určité reference pro inženýry z praxe.

 

Úvod do různých materiálů ozubených kol

 

I. Klasifikace materiálů ozubených kol

Materiály ozubených kol se dělí hlavně do následujících kategorií:

Uhlíková ocel a legovaná ocel (nejčastěji používané)

litina

Materiály práškové metalurgie

Nekovové materiály (jako je nylon, polyoxymethylen atd.)

Povrchově kalené materiály (jako je cementovaná ocel, nitridovaná ocel)

 

II. Porovnání vlastností různých materiálů ozubených kol

1. Uhlíková ocel a legovaná ocel

(1) Nízkouhlíková ocel (20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo atd.)

Výhody:

Nižší náklady a snadné zpracování. Vhodné pro povrchové kalení, jako je cementace a kalení, pro zvýšení povrchové tvrdosti (HRC 58-62) při zachování houževnatosti jádra.

Nevýhody:

Nižší celková pevnost, nevhodné pro těžká ozubená kola. Velká deformace během tepelného zpracování, vyžadující přísnou kontrolu procesu.

Výkon tepelného zpracování:

Po cementaci, kalení a popouštění je povrch odolný proti opotřebení a jádro má dobrou houževnatost.

Typické aplikace:

Ozubená kola pro automobilové převodovky, malé reduktory.

 

(2) Středně uhlíková ocel (ocel 45, 40Cr atd.)

Výhody:

Střední pevnost a houževnatost, dobrý celkový výkon po kalení a popouštění.

Vhodné pro vysokofrekvenční kalení pro dosažení vysoké povrchové tvrdosti (HRC 50-55).

Nevýhody:

Špatná prokalitelnost, náchylnost k měkkým místům u velkých ozubených kol. Nižší odolnost proti opotřebení ve srovnání s cementovanou ocelí.

Výkon tepelného zpracování:

Po kalení a popouštění (kalení + popouštění za vysoké teploty) lze zlepšit celkovou pevnost.

Vysokofrekvenční kalení může zvýšit tvrdost povrchu.

Typické aplikace:

Středněrychlostní a pomaloběžné převody, převody pro převody obráběcích strojů.

 

(3) Legovaná ocel (42CrMo, 20MnCr5 atd.)

Výhody:

Vysoká kalitelnost, vhodná pro velká ozubená kola.

Vysoká pevnost, vysoká houževnatost a dobrá odolnost proti únavě.

Nevýhody:

Vyšší náklady a o něco obtížnější zpracování. Výkon tepelného zpracování:

Může podléhat různým úpravám, jako je kalení a popouštění, cementace a nitridace.

Typické aplikace:

Převodovky těžkých strojů, převodovky větrných turbín, převodovky letadel.

 

2. Litina (HT250, QT600 atd.)

Výhody:

Nízká cena, dobrý odlévací výkon, vhodné pro ozubená kola se složitými tvary.

Dobré tlumení nárazů, vhodné pro aplikace s nízkými otáčkami a vysokým točivým momentem.

Nevýhody:

Nízká pevnost, neodolný vůči nárazu, náchylný ke křehkému lomu.

Výkon tepelného zpracování:

Lze normalizovat nebo žíhat pro zlepšení pevnosti, ale nemůže významně zvýšit tvrdost.

Typické aplikace:

Ozubená kola zemědělských strojů, ozubená kola základny obráběcích strojů.

 

3. Materiály pro práškovou metalurgii

Výhody:

Tvarování téměř přesných rozměrů, což snižuje náklady na obrábění.

Pro zvýšení pevnosti lze přidat legující prvky.

Nevýhody:

Nižší hustota, omezená únosnost.

Slabá odolnost proti nárazu.

Výkon tepelného zpracování:

Hustotu a pevnost lze zlepšit infiltrací mědi a tepelným zpracováním.

Typické aplikace:

Ozubená kola pro malé domácí spotřebiče, ozubená kola pro elektrické nářadí.

 

4. Nekovové materiály (nylon, POM atd.)

Výhody:

Lehký, tichý, odolný proti korozi.

Není třeba mazat, vhodné pro potravinářský a lékařský průmysl.

Nevýhody:

Nízká únosnost, není odolná vůči vysokým teplotám.

Výkon tepelného zpracování:

Obecně se nepodrobuje tepelnému zpracování.

Typické aplikace:

Ozubená kola do tiskárny, ozubená kola do hraček.

 

5. Povrchově kalené materiály (cementovaná ocel, nitridovaná ocel)

(1) Cementovaná ocel (například 20CrMnTi)

Výhody: Vysoká povrchová tvrdost a dobrá houževnatost jádra.

Nevýhody: Velká deformace během tepelného zpracování.

Použití: Automobilové převody, převody pro těžké provozy.

(2) Nitridovaná ocel (například 38CrMoAl)

Výhody: Malá deformace, dobrá odolnost proti korozi.

Nevýhody: Tenká vytvrzená vrstva, nízká odolnost proti nárazu.

Použití: Přesná ozubená kola, vysokorychlostní ozubená kola.

 

 

Výběr tepelného zpracování pro různé materiály ozubených kol

Pro silně zatížená ozubená kola se dávají přednost legovaným cementačním ocelím (jako 20CrMnTi a 20CrMnMo), které by měly být podrobeny hlubokému cementování a kalení. Pro přesná ozubená kola se doporučují nitridační oceli (jako 38CrMoAl), aby se minimalizovala deformace způsobená tepelným zpracováním. Pro levná ozubená kola lze použít ocel 45 po kalení a popouštění nebo litinu. Pro lehce zatížená a tichá ozubená kola lze zvolit práškovou metalurgii nebo technické plasty. Souhrn

Různé materiály ozubených kol mají své vlastní charakteristiky, pokud jde o pevnost, odolnost proti opotřebení, náklady a přizpůsobivost tepelnému zpracování. Rozumný výběr materiálů a jejich kombinace s vhodnými procesy tepelného zpracování může výrazně zvýšit životnost a účinnost převodovky. V budoucnu, s vývojem nových materiálů (jako jsou kompozitní materiály a slitiny vyrobené 3D tiskem), bude výkon materiálů ozubených kol dále optimalizován.

 

Tým Vigor má více než 20 let zkušeností s obráběním profilových tyčí a kovaných ozubených kol a hřídelí, stejně jako s jejich následnou úpravou. Pokud vám s něčím můžeme pomoci nebo potřebujete opravit díly, neváhejte nás kontaktovat na adrese info@castings-forging.com