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齒輪類零件選材及熱處理工藝分析

來源:北京華歐世紀光電技術(shù)有限公司   2017年06月02日 11:31  

1 齒輪的作用

   齒輪的主要作用是傳遞扭矩、調(diào)節(jié)速度,、改變運動方向,。

2 工作條件

(1)一對相互嚙合的齒輪,是通過齒面的接觸,、滑動傳遞動力,,所以齒根受很大交變彎曲應(yīng)力作用、齒面受較大接觸應(yīng)力并有強烈的摩擦和磨損,。

(2)在換檔,、啟動、嚙合不良時,,承受一定的沖擊載荷,。

3 失效形式

    常見的失效形式有輪齒折斷、齒面磨損,、齒面剝落、齒面點蝕,、過載斷裂等,。

4 力學(xué)性能要求

(1) 高的彎曲疲勞強度。

(2)齒面應(yīng)具有高的接觸疲勞強度,、高的硬度和耐磨性,。

(3)齒輪心部應(yīng)具有良好的綜合力學(xué)性能或較好的強韌性。

 5 齒輪零件常用材料及熱處理 

 (1)中碳鋼和中碳合金鋼,。一般承載不大的低,、中速傳動齒輪,,常選用40、45,、40Cr,、40MnB鋼等,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理或正火(要求不高時)達到性能要求(較好的綜合力學(xué)性能),。經(jīng)表面淬火,、低溫回火,表面硬度可達52~58HRC,,具有較高的耐磨性,。這類齒輪不能承受較大的沖擊載荷。

(2)低碳鋼和低碳合金鋼,。承受較大沖擊載荷的重載高速齒輪一般選用20Cr,、20CrMnTi、20MnVB,、18Cr2Ni4WA鋼等,,個別要求不高的也可選用20鋼。經(jīng)滲碳,、淬火,、低溫回火,可使齒面獲得很高的硬度(58~62HRC)和耐磨性,,心部具有較高的強度和韌性,。

(3)對直徑較大(φ>400~600mm)、形狀復(fù)雜的齒輪毛坯,,難以鍛造成形時,,可采用鑄鋼,如ZG270-500,、ZG310-570等,。

(4)對一些輕載、低速,、不受沖擊,、精度要求不高的不太重要的齒輪,可采用灰鑄鐵,,如HT200,、HT250、HT300等,?;诣T鐵多用于開式傳動;在閉式傳動中,可用球墨鑄鐵代替鑄鋼制造齒輪,,如QT600-3,、QT500-7等。

(5)對儀表中某些在腐蝕介質(zhì)中工作的輕載齒輪,,可采用黃銅,、鋁青銅、錫青銅,、硅青銅等有色金屬,;對受力不大的儀器、儀表齒輪,,在無潤滑條件下工作的小齒輪,,可采用尼龍、ABS,、聚甲醛等工程塑料制造,。

6 齒輪零件選材舉例 

芬蘭Stresstech Oy便攜式X射線應(yīng)力分析儀可快速、輕松分析齒輪,、軸承,、軋輥、曲軸,、凸輪軸,、壓力容器管道以及其它一些零部件在熱處理、機加工,、焊接,、噴丸、滾壓等處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,。有效避免有害的殘余應(yīng)力對工件的抗疲勞強度和耐蝕性能的降低,,延長工件使用壽命,避免造成重大事故,。而有些零件引入有益的殘余應(yīng)力,,如滾壓、噴丸等可提高工件的表面性能,。因此,,殘余應(yīng)力的測量變得非常必要。 

 

(1)機床齒輪,。右圖是臥式車床主軸箱三聯(lián)滑移齒輪,,用于傳遞扭矩和調(diào)節(jié)速度。工作時,,撥動主軸箱的外手柄使該齒輪在軸上滑移,利用與不同齒數(shù)的齒輪嚙合,獲得不同的轉(zhuǎn)速,。該齒輪承載不大,,工作比較平穩(wěn),沖擊不大,,可選用中碳鋼制造,。由于該齒輪較厚,考慮到淬透性問題,,選用40Cr鋼較為合適,。其工藝路線為:

    下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→輪齒感應(yīng)淬火+低溫回火→精磨。

    正火是預(yù)先熱處理,,可消除鍛造產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,,調(diào)整硬度便于機械加工,細化晶粒,、改善組織,;調(diào)質(zhì)可使齒輪獲得較高的綜合力學(xué)性能,改善心部的強度和韌性,,使齒輪能承受較大的交變彎曲應(yīng)力和一定的沖擊力,;感應(yīng)淬火可提高齒面的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度,;低溫回火可消除淬火應(yīng)力,、防止產(chǎn)生磨削裂紋、提高抗沖能力,。

(2)汽車齒輪,。右圖是解放牌汽車的變速箱中的齒輪,其任務(wù)是將發(fā)動機的動力傳遞到后輪,,承受重載和大的沖擊力,,工作條件比機床齒輪復(fù)雜,要求齒面具有高的硬度(60~62HRC)和耐磨性,、齒心部具有高的強度和優(yōu)良的韌性,,考慮到滲碳工藝性的要求和淬透性的問題,可選用20CrMnTi鋼,。其工藝路線為:下料→鍛造→正火→粗加工,、半精加工→滲碳→淬火+低溫回火→噴丸→校正花鍵孔→精磨齒。

 芬蘭Stresstech Oy齒輪磨削燒傷檢測儀可以快速檢測軸承,、齒輪,、曲軸、凸輪軸 ,、噴油嘴,、活塞桿、飛機起落架等表面磨削缺陷和熱處理燒傷情況,它*無損,,準確快速,,避免酸洗。各種探頭,,適合不同類型零件,。

滲碳是為了提高表層的碳含量。淬火是為了使表層獲得高碳馬氏體和碳化物,,具有高的硬度(58~62HRC),、耐磨性和疲勞強度;心部獲得低碳馬氏體,,硬度可達到33~48HRC,,具有高的強韌性。低溫回火消除淬火應(yīng)力,、提高抗沖能力,、防止產(chǎn)生磨削裂紋。噴丸可增大滲碳層的壓應(yīng)力,,有利于提高疲勞強度,。

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