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齒輪滿足使用性能

齒輪滿足使用性能（包括機(jī)械性能——現(xiàn)在叫力學(xué)性能、物、化學(xué)性能,請給我意見我要做畢業(yè)論文: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-06-16

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齒輪應(yīng)按照使用時(shí)的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。速度教高的齒輪傳動，齒面容易產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，應(yīng)選擇齒面硬度較高而硬層較厚的材料；有沖擊載荷的齒輪傳動，輪齒容易折斷，應(yīng)選擇韌性較好的材料；低速重載的齒輪傳動，輪齒容易折斷，齒面易磨損，應(yīng)選擇機(jī)械強(qiáng)度大，齒面硬度高的材料。 45鋼熱處理后有較好的綜合機(jī)械性能。經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)可改善金相組織和材料的可切削性，降低加工后的表面粗糙度，并可減少淬火過程中的變形。因?yàn)?5鋼淬透性差整體淬火后材料變脆，變形也大，所以一般采用齒面表面淬火，硬度可達(dá)HRC52-58。適合于機(jī)床行業(yè)，7級精度以下的齒輪。 40Cr是中碳合金鋼，和45鋼相比，少量鉻合金的加入可以使金屬晶粒細(xì)化，提高強(qiáng)度、改善淬透性，減少了淬火時(shí)的變形。使齒輪獲得高的齒面硬度而心部又有足夠韌性和教高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度的方法是滲碳淬火，一般選用低碳合金鋼18CrMnTi，它具有良好的切削性能，滲碳時(shí)工件的變形小，淬火硬度可達(dá)到HRC56-62，殘留的奧氏體量也少，多用于汽車，、拖拉機(jī)中承載大而有沖擊的齒輪。 38CrMoAlA氮化鋼經(jīng)氮化處理后，比滲碳淬火的齒輪具有更高的耐磨性與耐腐蝕性，變形很小，可以不磨齒，多用來作為高速傳動中需要耐磨的齒輪材料。鑄鐵容易鑄成復(fù)雜的形狀，容易切削，成本低，但其抗彎強(qiáng)度、耐沖擊和耐磨性能差。故常用于受力不大、無沖擊、低速的齒輪，有色金屬作為齒輪材料的有黃銅HPB59-1青銅QSNP10-1和鋁合金LC4。非金屬材料中的夾布膠木、尼龍、塑料也常用于制造齒輪。這些材料具有易加工、傳動噪聲小、耐磨、減振性好等優(yōu)點(diǎn)，使用于輕載、需減振、低噪聲、潤滑條件差的場合。 1.齒坯熱處理鋼料齒坯最常用的熱處理為正火或調(diào)質(zhì)。正火安排在鑄造或鍛造之后，切削加工之前。這樣可以消除鋼件中殘留的鑄造或鍛造內(nèi)應(yīng)力，并且使鑄造或鍛造后組織上的不均勻性通過重新結(jié)晶得到細(xì)化而均勻的組織，從而改善了切削性能和表面粗糙度，還可以減少淬火時(shí)變形和開裂的傾向。調(diào)質(zhì)同樣起到了細(xì)化晶粒和均勻組織的作用，只不過它可以使齒坯韌性更高些，但切削性能差一些。對于棒料齒坯，正火或調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后，這樣可以消除粗車形成的內(nèi)應(yīng)力。 2.輪齒熱處理輪齒常用的熱處理為高頻淬火、滲碳、氮化。高頻淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表層，并保持了心部的強(qiáng)度與韌性。滲碳可以使齒輪在淬火后表面具有高硬度且耐磨，心部依然保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性。氮化是將論置于氨氣中并加熱到520-560度，使活性氮原子滲入輪齒表面層，形成硬度很高的氮化物薄層。在齒輪生產(chǎn)中，熱處理質(zhì)量對齒輪加工精度和表面粗糙度影響很大。往往因熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，引起齒輪定位基面及齒面變形過大或表面粗糙度太大而大批報(bào)廢，成為齒輪生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。 3.齒輪毛坯的制造齒輪毛坯形式主要有棒料、鍛件、鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單而且對強(qiáng)度要求低的齒輪。鍛件多用于齒輪要求強(qiáng)度高、耐沖擊和耐磨。當(dāng)齒輪直徑大于400-600毫米時(shí)，常用鑄造方法鑄造齒坯。為了減少機(jī)械加工量，對大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；壓力鑄造，精密鑄造、粉末冶金、熱扎和冷擠等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料。齒輪材料的合理選擇 A滿足材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能包括強(qiáng)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(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。例如，在確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)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?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)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(jī)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(dá)到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機(jī)械性能。如材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840-860℃油淬，540-620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)28-32HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860-880℃油淬，240—280℃回火時(shí)，硬度可達(dá)46-51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng)500-560℃氮化處理，氮化層0.15-0.6mm時(shí)，硬度可達(dá)52-54HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極小；當(dāng)通過電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。 B滿足材料的工藝性能材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時(shí)要對材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機(jī)械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來改善材料的工藝性能。例如汽車變速箱中的齒輪選擇20CrMnTi鋼，該鋼具有較高的機(jī)械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為58-62HRC，芯部硬度為30-45HRC。20CrMnTi的工藝性能較好，鍛造后以正火來改善其切削加工性。此外，20 CrMnTi還具有較好的淬透性，由于合金元素鈦的影響，對過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。且滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小。適合于制造承受高速中載及沖擊、摩擦的重要零件，因此根據(jù)齒輪的工作條件選用20CrMnTi鋼是比較合適的。 C材料的經(jīng)濟(jì)性要求所謂經(jīng)濟(jì)性是指最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應(yīng)注意盡量降低零件的總成本。我們可以從以下幾方面考慮：從材料本身價(jià)格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。從齒輪生產(chǎn)過程的耗費(fèi)來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對加工費(fèi)用也不一樣，如12CrNi3A鋼滲碳表面淬火的費(fèi)用要比氮化處理的費(fèi)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(diǎn)。其次，通過改進(jìn)熱處理工藝也可以降低成本。如某齒輪工作時(shí)在高速、中載且承受中等沖擊條件下，原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(jī)械性能的抗拉強(qiáng)度≥1177Mpa、屈服強(qiáng)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(jià)格高?，F(xiàn)選用價(jià)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℃回火后機(jī)械性能的抗拉強(qiáng)度≥1100Mpa、屈服強(qiáng)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(xiàng)改進(jìn)，材料費(fèi)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(yīng)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(gè)性化的方向發(fā)展，尤其是在型號多、產(chǎn)量小時(shí)，在齒輪鍛造、機(jī)加工和熱處理等生產(chǎn)工藝方面，存在著設(shè)計(jì)量大，生產(chǎn)周期長、效率低、成本高、能耗大、管理難和質(zhì)量不易保證等不利狀況，因此在齒輪選材時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化程度，提高材料的利用率，提高材料采購的計(jì)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(jìn)工藝來提高經(jīng)濟(jì)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(shí)，可利用少無切削工藝，模鍛與機(jī)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(shù)與工藝，也可提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本。: 回答者：網(wǎng)友

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