齒輪類(lèi)零件選材及熱處理工藝分析

案例詳情

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(yùn)動(dòng)方向。

2 工作條件

(1)一對(duì)相互嚙合的齒輪,是通過(guò)齒面的接觸、滑動(dòng)傳遞動(dòng)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(qiáng)烈的摩擦和磨損。

(2)在換檔、啟動(dòng)、嚙合不良時(shí),承受一定的沖擊載荷。

3 失效形式

常見(jiàn)的失效形式有輪齒折斷、齒面磨損、齒面剝落、齒面點(diǎn)蝕、過(guò)載斷裂等。

4 力學(xué)性能要求

(1)高的彎曲疲勞強(qiáng)度。

(2)齒面應(yīng)具有高的接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)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(shí))達(dá)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(dá)52~58HRC,具有較高的耐磨性。這類(lèi)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(gè)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(qiáng)度和韌性。

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

(4)對(duì)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(kāi)式傳動(dòng);在閉式傳動(dòng)中,可用球墨鑄鐵代替鑄鋼制造齒輪,如QT600-3、QT500-7等。

(5)對(duì)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(duì)受力不大的儀器、儀表齒輪,在無(wú)潤(rùn)滑條件下: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

(1)機(jī)床齒輪。右圖是臥式車(chē)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(shí),撥動(dòng)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(wèn)題,選用40Cr鋼較為合適。其工藝路線(xiàn)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(jī)械加工,細(xì)化晶粒、改善組織;調(diào)質(zhì)可使齒輪獲得較高的w合力學(xué)性能,改善心部的強(qiáng)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(qiáng)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(chē)齒輪。右圖是解放牌汽車(chē)的變速箱中的齒輪,其任務(wù)是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到后輪,承受重載和大的沖擊力,工作條件比機(jī)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(qiáng)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(wèn)題,可選用20CrMnTi鋼。其工藝路線(xiàn)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。

滲碳是為了提高表層的x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(qiáng)度;心部獲得低碳馬氏體,硬度可達(dá)到33~48HRC,具有高的強(qiáng)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(qiáng)度。


視頻展示