СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА
METHOD OF GEAR WHEELS TEETH HARDENING

Изобретение относится к машиностроению, в частности  к деталям машин, и может быть использовано для повышения износостойкости зубьев зубчатых колес механических передач.
Известен способ упрочнения зубьев зубчатого колеса, заключающийся в химико-термической обработке боковых (трущихся) поверхностей зубьев (методом цементации, азотирования и др.) - см., например, «Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей машин. М., Машиностроение, 1967», стр. 308-315. Данный способ обеспечивает повышение твердости рабочих (трущихся) поверхностей зубьев, что способствует повышению их износостойкости.
Недостаток данного способа упрочнения состоит в том, что при его осуществлении упрочнение рабочих (боковых) поверхностей зубьев происходит одновременно по всей площади этих поверхностей и равномерно по всей этой площади, без учета того фактора, что скорости взаимного скольжения зубьев колеса с зубьями парного зубчатого колеса, при их зацеплении, не одинаковы по длине рабочих поверхностей зубьев, а изменяются от в обе от полюсной линии зуба (начальной линии колеса): на полосе зуба скольжение и соответственно  - сила трения, равны нулю и увеличиваются в обе стороны вдоль длины рабочей поверхности зуба - по направлениям к вершине зуба и его основанию, где они максимальны. Соответственно, также изменяется вдоль длины боковой поверхности зуба и степень изнашивания этой боковой поверхности. При упрочнении зубьев (повышении твердости их боковых поверхностей), для предотвращения неравномерного изнашивания этих поверхностей, приходится ориентироваться на степень максимального их изнашивания, задавая, исходя из этого, упрочнение боковых поверхностей зубьев по максимуму по всей длине этих поверхностей. Это нерационально и способствует увеличению издержек на выполнение процесса упрочнения зубьев колеса, особенно  крупномодульного.
В качестве прототипа взят способ упрочнения зубьев зубчатого колеса, повышающий износостойкость их боковых (трущихся) поверхностей, путем повышения твердости этих поверхностей, заключающийся в пластическом деформирования этих поверхностей (методом обкатывания их роликами, виброударной их обработкой и др.) - см. «Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987, 328 с., ил.», стр. 105, 237. Пластическое деформирование этих поверхностей осуществляется путем их обработки последовательно, вдоль длины этих поверхностей.
Недостаток прототипа состоит в том, что обработка поверхностей (вдоль длины этих поверхностей) производится равномерно по всем участкам длины этих поверхностей, без учета специфики работы зубьев в зацеплении с зубьями парного зубчатого колеса: не учитывается, что в районе полюсной линии зуба (начальной окружности колеса) взаимное скольжение зубьев и сила трения скольжения равны нулю и увеличиваются в обе стороны от полюсной линии по направлениям к вершине зуба и к его основанию. А для обеспечения равномерного изнашивания трущихся боковых поверхностей зубьев, при их упрочнении задают упрочнение, исходя из максимального их изнашивания - равномерное по всей длине боковых поверхностей зубьев. Это нерационально и приводит к увеличению издержек на выполнение процесса упрочнения особенно зубьев крупномодульных колес.
Изобретением решается задача оптимизации процесса упрочнения зубьев зубчатого колеса и снижения издержек на его осуществление.
Для этого способ упрочнения зубьев зубчатого колеса включает повышение твердости рабочих участков боковых поверхностей зубьев методом пластического деформирования этих участков, вдоль их длины. Причем повышение твердости выполняют минимальным на линии полюса зацепления и увеличивают в обе стороны от нее по направлениям к вершинам и основаниям зубьев, пропорционально увеличению скорости скольжения зубьев в этих направлениях.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображен фрагмент зубчатого венца колеса - вид с торца (фиг. 1) и совмещенный график изменения скорости скольжения зубьев и задаваемой твердости боковых поверхностей зубьев вдоль длины этих поверхностей (фиг. 2).
р
р
н
р
ск
а
На чертежах показаны зуб 1 зубчатого колеса, окружность 2 вершин зубчатого венца, окружность 3 оснований зубчатого венца, начальная окружность 4 колеса, боковые поверхности 5 и 6 зуба, полюс Р зуба, высота Н зуба, длина l боковой поверхности зуба, длина l рабочего участка длины боковой поверхности, длина l нерабочего участка длины боковой поверхности, характерные точки длины l рабочего участка боковой поверхности - , b, с, скорость скольжения зубьев - ν, твердость боковых поверхностей зубьев - НВ.
р
н
р
р
ск
р
н
а
Данный способ упрочнения реализуется следующим образом. Зубья 1 зубчатых колес, высота которых  Н, вписаны в окружность 2 вершин зубчатого венца и окружность 3 оснований зубчатого венца, начальная окружность 4 колеса (полюсная его линия) проходит через полюс Р. Боковые поверхности зубьев - 5 и 6, длина боковых поверхностей - l. Каждая такая поверхность (5, 6) имеет рабочий (трущийся) участок длиной l и нерабочий участок длиной l. Повышение твердости (НВ) каждой боковой поверхности каждого зуба - на участке длиной l - выполняют дифференцированно: в районе полюсной линии 4 (точка ) повышение твердости (НВ) задают минимальной и увеличивают эту твердость при упрочнении в обе стороны от полюсной линии по длине l рабочего участка боковой поверхности, пропорционально увеличению скорости скольжения ν зубьев в этих направлениях, задавая максимальное повышение твердости по границам длины l (точки b и с). Изменение (повышение) твердости (НВ) нерабочих участков боковых поверхностей зубьев - на участке длиной l - задают исходя из местных условий (интенсивность изнашивания боковых поверхностей, величина изгибающих нагрузок, степени нагружения зубьев при работе колеса, материала зубьев и др.).
По сравнению с прототипом предлагаемый способ упрочнения зубьев колеса увязан с протеканием процесса изнашивания рабочих участков их боковых поверхностей, тем самым  оптимизирован. Это позволяет оптимизировать издержки при осуществлении процесса упрочнения, уменьшив величину этих издержек.