齒輪材料的合理選擇

1、齒輪材料的合理選擇齒輪是現(xiàn)代機械中應用最廣泛的一種機械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產(chǎn)品的設計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當，則會出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因

2、此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作。滿足材料的機械性能材料的機械性能包括強度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應力，齒根部有最大彎曲應力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效。齒面各點都有相對滑動，會產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。

3、例如，在確定大、小齒輪硬度時應注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30-50HBS，這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。另一方面，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號后。要明確材料的機械性能或材料硬度，然后我們可以通過不同的熱處理工藝達到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機械性能。如材料為 40Cr 合金鋼的齒輪，當 840-860℃油

4、淬，540-620℃回火時，調(diào)質(zhì)硬度可達 28-32HRC，可改善組織、提高綜合機械性能；當 860-880℃油淬，240—280℃回火時，硬度可達 46-51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形小；當 500-560℃氮化處樣，如 12CrNi3A 鋼滲碳表面淬火的費用要比氮化處理的費用少得多，而碳氮共滲又具有生產(chǎn)周期短和成本低的特點。其次，通過改進熱處理工藝也可以降低成本。如某齒輪工作時在高速、中載且承受中等沖擊條件下，原

5、選用中合金高級滲碳鋼 18cr2Ni4WA 材料，其經(jīng)過 910-940℃滲碳，850℃淬火，180-200℃回火后機械性能的抗拉強度≥1177Mpa、屈服強度≥834Mpa、延伸率≥10％、斷面收縮率≥45％，沖擊韌性≥980kJ／m2，硬度為 58-62HRC。雖能滿足齒輪的使用性能和工藝性能，但零件的價格高?，F(xiàn)選用價格相對便宜的低碳中合金、中淬透性滲碳鋼 20CrMnTi。經(jīng)過 910-940℃滲碳，870℃淬火，180-200℃

6、回火后機械性能的抗拉強度≥1100Mpa、屈服強度≥850Mpa、延伸率≥10％、斷面收縮率≥45％，沖擊韌性≥680，硬度為 58-62HRC。僅此一項改進，材料費用不僅大大降低，而且滿足了其使用性能和工藝性能。第三，所選鋼種應盡量少而集中，以便采購和管理。隨著齒輪形狀、尺寸和材料向著多品種、多系列和個性化的方向發(fā)展，尤其是在型號多、產(chǎn)量小時，在齒輪鍛造、機加工和熱處理等生產(chǎn)工藝方面，存在著設計量大，生產(chǎn)周期長、效率低、成本高、能耗大

7、、管理難和質(zhì)量不易保證等不利狀況，因此在齒輪選材時精選、優(yōu)選和壓縮材料牌號和規(guī)格有利于提高選材通用化、系列化和標準化程度，提高材料的利用率，提高材料采購的計劃性，以減少庫存積壓、加快資金流動，方便儲存和保管以及降低材料的成本消耗。最后，我們還可以通過改進工藝來提高經(jīng)濟效益。如模鍛件生產(chǎn)的模鍛工藝已突破傳統(tǒng)工藝的要求，在提供成型毛坯時，可利用少無切削工藝，模鍛與機械精加工相結(jié)合，部分或全部取代切削加工直接生產(chǎn)零件，或在生產(chǎn)中采用成組技術與