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 повышении твердости рабочих (трущихся) поверхностей зубьев путем их химико-термической обработки (цементацией, азотированием и др.),                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       см., например, Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей машин. М., Машиностроение, 1967, с. 308-315. Путем повышения твердости рабочих участков боковых поверхностей зубьев обеспечивается их износостойкость.
Недостаток данного способа состоит в том, что при его осуществлении повышение твердости боковых (трущихся) поверхностей зубьев происходит одинаково по всей длине этих поверхностей (от оснований зубьев до их вершин). Однако изнашивание этих боковых поверхностей зубьев в процессе работы колеса в передаче происходит неравномерно вдоль их длины: в районе полюса зацепления зубьев, где имеет место трение качения, изнашивание минимально; изнашивание увеличивается в обе стороны от полюса зацепления (вдоль боковых поверхностей - по направлениям к вершинам зубьев и к их основаниям), где имеет место трение скольжения взаимно сопряженных зубьев парных зубчатых колес; причем изнашивание тем больше, чем больше участок боковой поверхности удален от полюса зацепления. Неравномерность изнашивания боковых поверхностей зубьев приводит к неравномерному искажению профилей зубьев вдоль длины их боковых поверхностей. Для обеспечения предотвращения неравномерного изнашивания боковых поверхностей по их длине по этому способу приходится задавать упрочнение поверхностей (повышение их твердости) исходя из максимального изнашивания этих поверхностей - упрочняя поверхности по всей их длине по максимуму. Это нерационально и приводит к увеличению издержек на осуществление процесса упрочнения.
В качестве прототипа взят способ упрочнения зубьев зубчатого колеса, заключающийся в повышении твердости боковых поверхностей зубьев методом их поверхностного пластического деформирования (например, методом вибрационной ударной обработки), см. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. М.: Машиностроение, 1987, 328 с., с. 237.
Недостатки прототипа те же, что и у аналога.
Изобретением решается задача оптимизации процесса упрочнения и снижения издержек на его осуществление.
Для этого способ упрочнения зубьев зубчатого колеса включает повышение твердости боковых поверхностей зубьев. Причем степень упрочнения боковых поверхностей задают переменной вдоль их длины, минимальной по линии плюса зацепления зубьев и увеличивающейся в обе стороны от нее по направлениям к вершинам и основаниям зубьев, пропорционально увеличению интенсивности изнашивания этих поверхностей в этих направлениях при работе колеса в передаче.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены фрагмент зубчатого колеса, вид с торца (фиг. 1), и график степени упрочнения боковых поверхностей зубьев вдоль их длины (фиг. 2).
р
н
a
На чертеже показаны тело 1 зубчатого колеса, зуб 2, окружность 3 вершин зубчатого венца, окружность 4 оснований зубчатого венца, начальная окружность 5, боковые поверхности 6 и 7 зуба, основание 8 впадин зубчатого венца, зоны упрочнения боковых поверхностей - 9 и 10; высота H зуба, полюс Р зацепления; длина  боковой поверхности зуба, длина  рабочего участка длины боковой поверхности, длина  нерабочего участка длины боковой поверхности, характерные точки боковой поверхности - , b, с, d; характерные точки упрочненной зоны в теле зуба - e, ƒ, g, h; степень упрочнения боковой поверхности зуба (толщина упрочненной зоны с повышенной твердостью - S); интенсивность изнашивания боковых поверхностей зуба - J.
a
а
а
р
н
р
Данный способ упрочнения реализуется следующим образом. Зубчатое колесо состоит из тела 1 и зубчатого венца с зубьями 2 высотой Н. Окружность вершин зубчатого венца 3, окружность оснований зубчатого венца 4, начальная окружность колеса 5 (проходит через полюс зацепления Р). Боковые поверхности зуба 6 и 7. Общая длина боковых поверхностей  (линия ее проходит по точкам -b-c-d), длина рабочего участка боковой поверхности  (линия ее проходит по точкам -b-с), длина нерабочего участка боковой поверхности  (линия ее проходит от точки с до точки d). Для повышения износостойкости боковых поверхностей зубьев производят упрочнение этих поверхностей путем повышения их твердости. Зоны упрочнения показаны заштрихованными на фиг. 1: зона 9, соответствующая рабочему участку боковой поверхности, и зона 10, соответствующая нерабочему участку боковой поверхности. Степень упрочнения зоны 9 толщину S упрочненной зоны задают переменной, зависящей от изменения интенсивности изнашивания J вдоль этой зоны (между точками , b, с), по линии полюса P, где имеет место трение качения, упрочнение минимальные и увеличивают степень упрочнения (величину S) вдоль участка  в обе стороны от полюсной линии (в сторону вершины и оснований зуба), пропорционально увеличению значения J в этих направлениях. Упрочненную зону 10 плавно сопрягают с зоной 9 для обеспечения нормального сопряжения зубьев колеса с зубьями парного зубчатого колеса в процессе работы передачи. Границы упрочненной зоны в теле колеса - по границам линии, проходящей через точки e, ƒ, g, h.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ упрочнения учитывает изменение интенсивности изнашивания J боковых поверхностей зубьев вдоль их длины  и увязывает упрочнение этих поверхностей с интенсивностью изнашивания J. Тем самым исключается излишнее упрочнение боковых поверхностей зубьев на тех участках боковых поверхностей, где это не требуется. Это снижает издержки на осуществление процесса упрочнения.