【正文】 力角 我們把 齒輪上作為齒輪尺寸基準的圓稱為分度圓，分度圓以 d 表示。相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的分度圓弧長稱為齒距，以 p 表示， p=π d/z， z 為齒數(shù)。齒距 p 與π 的比值 p/π 稱為模數(shù)，以 m表示 （ 模數(shù)是齒輪的基本參數(shù) ）。 由此可知： 齒距 p = mπ 度圓直徑 d = m z 我們把 漸開線齒廓上與分度圓交點處的壓力角 ?稱為分度圓壓力角，簡稱壓力角 ， 國家規(guī)定標準壓力角 ? =20176。 。 （ 2） 齒距、齒厚和槽寬 齒距 p分為齒厚 s和槽寬 e兩部分，即 ６ s + e = p =π m 標準齒輪的齒厚和槽寬相等， 即 s = e =π m/2 齒距、齒厚和槽寬都是分度圓上的尺寸。 （ 3） 齒頂高、頂隙和齒根高 由分度圓到齒頂?shù)膹较蚋叨确Q為齒 頂高，用 ha表示 ha = ha*m 兩齒輪裝配后，兩嚙合齒沿徑向留下的空隙距離稱為頂隙，以 c 表示 c = c*m 由分度圓到齒根圓的徑向高度稱為齒根高，用 hf表示 hf = ha + c =（ ha*+c*） m 式中 ha*、 c*分別稱為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，標準齒制規(guī)定：正常齒制 ha*=c*=，短齒制 ha*=、 c*=。 由齒頂圓到齒根圓的徑向高度稱為全齒高，用 h表示 h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 齒頂高、齒根高、全齒高及頂隙都是齒輪的徑向尺寸。 表 11 漸開線標準直齒圓柱齒輪 幾何尺寸計算公式 名稱 符號 計算公式 齒距 p p = mπ 齒厚 s s = π m/2 槽寬 e e =π m/2 齒頂高 ha ha = ha*m 齒根高 hf hf = ha + c =（ ha*+c*） m 全齒高 h h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 分度圓直徑 d d = m z 齒頂圓直徑 da da = d + 2ha = m（ z + 2ha*） 齒根圓直徑 df df = d 173。 2hf = m（ z 173。 2ha* 173。 2c*） 基圓直徑 db db = dcos?= mzcos? 中心距 a a = m（ z1+z2） / 2 的合理選擇 ７ 在加工之前， 為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應根據(jù) 實際的 工作條件和材料的特點來選取。 在本文的一些條件下， 對齒輪材 料的基本要求是：應使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術要求。 可以知道的是， 常用的齒輪材料為各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜 選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。 滿足材料的機械性能 在加工過程中， 如果 齒根部受到大彎曲應力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效 ；如果 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電蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。 因此 我們 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。 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 擇 材 料 時要特別注意材料的工藝性能 。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求，但強度不高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。 材料的經(jīng)濟性要求 在滿足使用性能的前提下，選 用齒輪材料還應該注意盡量降低零件的總成本。從材料本身價格來考慮， 碳鋼和鑄鐵的價格比較低廉，因此在滿足零件機械性能的前 提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可以降低成本。 ８ 從齒輪生產(chǎn)過程的耗費來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對加工費用也不一樣。其次，通過改進熱處理工藝也可以降低成本 。 齒輪的材料及熱處理 《材料成形原理與工藝》 中 對齒輪材料的基本要求 如下 ： －齒面要硬 ,齒芯要韌 －易于加工及熱處理 －軟齒面齒輪齒面配對硬度差為 3050HBS 常用的齒輪材料及其熱處理方法有： （ 1） 中碳鋼 (如 45鋼 )進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能較好，用于低速、輕載或中載的一些不重要 的齒輪。 （ 2） 合金調(diào)質(zhì)鋼 (如 40Cr)進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能更好，且熱處理變形小，適用于中速、中載及精度要求較高的齒輪。 （ 3） 合金滲碳鋼 (如 20Cr， 20CrMnTi)進行滲碳淬火或液體碳氮共滲，齒面硬度可達 58HRC，且心部有較高韌性，適用于高速、中載和或有沖擊載荷的齒輪 （ 4） 鑄鐵及其他非金屬材料 (如尼龍、夾布膠木等 )。這些材料強度低、易加工，適用于一些輕載的齒輪。 由于本文用到的齒輪材料為 鋼制齒輪 ，因此主要介紹一下它的 的熱處理方法 （本篇文章的加工工藝過程的選用中需要用到的 熱處理方法 是正火 和調(diào)質(zhì)） ： 表面淬火常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 4 40Cr 鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為 40～ 55HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高。耐磨性好；由于齒心部分未淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 滲碳淬火常用于低碳鋼和低碳含金鋼，如 20Cr 鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達 56～ 62HRC，而齒輪心部仍保持較高的韌性，輪齒的抗彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應進行磨削加工。 滲氮是一種表面化學熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面硬度可達 700～ ９ 900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉛、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼，如 38CrMoAl 等。 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鑰，如 4 40Cr、 35SiMn 鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為 220～ 280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進行。 正火能消除內(nèi)應力，細化晶粒，改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大 直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。 表 12 常用齒輪材料及其力學性能 類別 材料牌號 熱處理方 法 抗拉強度 σb/MPa 屈服點 σ s/MPa 硬度 HBS或 HRC 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 正火 500 270 150～ 180HBS 調(diào)質(zhì) 550 294 190～ 230 HBS 45 正火 588 294 169～ 217 HBS 調(diào)質(zhì) 647 373 229～ 286 HBS 表面淬火 40～ 50 HRC 50 正火 628 373 180～