Зубья шестерен подвергаются многократным нагрузкам во время работы. Например, при передаче мощности корень зуба испытывает изгибающее напряжение, а поверхность зуба — контактное напряжение. Понимание распределения этих нагрузок позволяет выбрать подходящий процесс закалки. Если основной причиной отказа является изгибающее напряжение, шестерни из среднеуглеродистой стали могут подвергаться поверхностной упрочняющей обработке, такой как индукционная закалка. Этот процесс обеспечивает высокую твердость и отличную износостойкость поверхности корня зуба, сохраняя определенную вязкость сердцевины, что эффективно противостоит усталостному изгибу.

Для тяжелонагруженных шестерен, испытывающих высокое контактное напряжение, более подходящим выбором может быть цементация с закалкой. В этом процессе шестерни из низкоуглеродистой легированной стали нагреваются в среде, богатой углеродом, что позволяет атомам углерода диффундировать на определенную глубину в поверхность зуба. Затем шестерни закаливаются и подвергаются низкотемпературному отпуску, формируя упрочненный слой с высокой твердостью и износостойкостью. Это значительно повышает сопротивление шестерни контактной усталости и износу, тем самым продлевая ее срок службы.

Во время работы шестерни возникают различные формы износа, включая адгезионный и абразивный износ. Если шестерня работает в среде с примесями, она подвержена абразивному износу. В таких случаях, понимая механизмы износа, рекомендуется использовать методы химико-термической обработки, такие как азотирование. Азотированные шестерни образуют на поверхности твердый, химически стабильный азотированный слой, который эффективно противостоит режущему действию абразивных частиц. Кроме того, азотирование проводится при относительно низких температурах, что минимизирует деформацию шестерни и помогает сохранить точность.

Для шестерен, работающих в условиях высоких скоростей и тяжелых нагрузок, где смазка может локально нарушаться, вероятно возникновение адгезионного износа. В таких ситуациях методы поверхностной обработки, такие как твердое хромирование, могут улучшить фрикционные свойства поверхности шестерни, снижая адгезионный износ.

На самом деле, не только шестерни, но и все механические компоненты требуют точного понимания их реальных рабочих условий для выбора и оптимизации соответствующего процесса термообработки. Ниже приведен пример дифференциала.

Функция дифференциала

Мощность от двигателя автомобиля передается через сцепление, коробку передач и карданный вал на ведущий мост, который, в свою очередь, распределяет мощность на полуоси, приводящие в движение колеса. В этой цепочке передачи мощности ведущий мост является конечным узлом, а его основными компонентами являются редуктор и дифференциал.

Принцип работы дифференциала

1. Когда ведущие колеса с обеих сторон имеют тенденцию к пробуксовке, движущая сила, действующая на каждое колесо, перестает быть равной. Этот дисбаланс передается через полуоси и полуосевые шестерни на сателлиты, нарушая их равновесие. В результате, помимо вращения вместе с корпусом дифференциала, сателлиты также начинают вращаться вокруг своих собственных осей.

2. Когда ведущие колеса с обеих сторон не имеют тенденции к пробуксовке, сила, действующая на оба колеса, одинакова, и сателлиты остаются в равновесии. В этом случае сателлиты только вращаются вместе с корпусом дифференциала без вращения вокруг своих осей.