【文章內(nèi)容簡介】 050HBS 常用的齒輪材料及其熱處理方法有： （ 1） 中碳鋼 (如 45鋼 )進(jìn)行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學(xué)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(jìn)行調(diào) 質(zhì)或表面淬火，綜合力學(xué)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(jìn)行滲碳淬火或液體碳氮共滲，齒面硬度可達(dá) 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(qiáng)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(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)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(dá) 56～ 62HRC，而齒輪心部仍保持較高的韌性，輪齒的抗彎強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨削加工。 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要 進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá) 700～900HV。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(jìn)行。 正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)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 42 常用齒輪材料及其力學(xué)性能 類別 材料牌號 熱處理方 法 抗拉強(qiáng)度 σb/MPa 屈服點(diǎn) 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～ 220 HBS 合金結(jié)構(gòu)鋼 40Cr 調(diào)質(zhì) 700 500 240～ 258 HBS 表面淬火 48～ 55 HRC 35SiMn 調(diào)質(zhì) 750 450 217～ 269 HBS 表面淬火 45～ 55 HRC 40MnB 調(diào)質(zhì) 735 490 241～ 286 HBS 表面淬火 45～ 55 HRC 20Cr 滲碳淬火后回火 637 392 56～ 62 HRC 20CrMnTi 1079 834 56～ 62HRC 38CrMnAlA 滲氮 980 834 850HV 鑄鋼 ZG45 正火 580 320 156～ 217 HBS ZG55 650 350 169～ 229 HBS 灰鑄鐵 HT300 ─ 300 185～ 278 HBS HT350 350 202～ 304 HBS 球墨鑄鐵 QT6003 ─ 600 370 190～ 270 HBS QT7002 700 420 225～ 305 HBS 非金屬 夾布膠木 ─ 100 25～ 35 HBSv 齒輪的技術(shù)要求 齒輪本身的制造精度，對整個(gè)機(jī)器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求。 （ 1） 傳遞運(yùn)動(dòng) 準(zhǔn)確性 我們 要求齒輪 能 較準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng) 并使 傳動(dòng)比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。 （ 2） 傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 我們 要求齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以減小沖擊、振動(dòng)和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)速比的變化。 （ 3）載荷分布均勻性 我們 要求齒輪工作時(shí)，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)不致因載荷分布不勻而使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。 （ 4）傳動(dòng)側(cè)隙的合理性 我們 要求齒輪工作時(shí)，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存 潤滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時(shí)的一些誤差。 由于 齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。 在實(shí)際運(yùn)用中 ： 對于分度傳動(dòng)用的齒輪，主要要求齒輪的運(yùn)動(dòng)精度較高；對于高速動(dòng)力傳動(dòng)用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動(dòng)用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動(dòng)和讀數(shù)機(jī)構(gòu)用的齒輪，則應(yīng)嚴(yán)格控制齒側(cè)間隙，必要時(shí)，須消除間隙。 齒輪毛坯 由于 齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結(jié)構(gòu)形式與尺寸、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。常用的齒輪毛坯有： (1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單的齒輪。 （ 由于實(shí)際需求， 本文使用的就是下料件） (2)鍛件用于重要而受力較大的齒輪。 (3)鑄鋼件用于直徑大或結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，不宜鍛造的齒輪。 (4)鑄鐵件用于受力小，無沖擊的開式傳動(dòng)的齒輪。 機(jī)械加工的階段 由于齒輪的傳動(dòng)精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時(shí)采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著 直接的關(guān)系，所以，這個(gè)階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個(gè)階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。 齒形的加工 對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個(gè)階段也就是齒輪的最后加工階段， 經(jīng)過這個(gè)階段就應(yīng)當(dāng)加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的齒輪，必須在這個(gè)階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個(gè)階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。應(yīng)予以特別注意。 熱處理階段 在這個(gè)階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達(dá)到規(guī)定的硬度要求。 我們在 齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩類熱處理工序 ： (1)毛坯熱處理在齒坯加工前后安排預(yù)備熱處理 — 正火或調(diào)質(zhì)。其主要目的是消除鍛造及粗加工所引起的殘余應(yīng)力，改善材料的切削性能和提高綜合力學(xué)性能。 (2)齒面熱處理齒形加工完畢后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火，高頻淬火，碳氮共滲和氮化處理等熱處理工序。 齒形的精加工階段 這個(gè)階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過淬火后所引起的齒形變形，進(jìn)一步提高齒形精度和降低表面粗糙度 ，使之達(dá)到最終的精度要求。在這個(gè)階段中首先應(yīng)對定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進(jìn)行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準(zhǔn)進(jìn)行齒形精加工，是很難達(dá)到齒輪精度的要求的。以修整過的基準(zhǔn)面定位進(jìn)行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確可靠，余量分布也比較均勻，以便達(dá)到精加工的目的 。 影響齒輪傳動(dòng)工作平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的齒形誤差 △ff 和基節(jié)偏差△fpb 。齒形誤差會引起每對齒輪嚙合過程中傳動(dòng)比的瞬時(shí)變化；基節(jié)偏差會引起一對齒過渡到另一對齒嚙合時(shí)傳動(dòng)比的突變。齒輪傳動(dòng)由于傳動(dòng)比瞬時(shí)變化和突變而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，從而影響工作平穩(wěn)性精度。 加工誤差分析 （ 1） 齒形誤差 從實(shí)際操作中，我們 不難 發(fā)現(xiàn)： 齒形誤差主要是由于齒輪滾刀的制造刃磨誤差及滾刀的安裝誤差等原因造成的，因此在滾刀的每一轉(zhuǎn)中都會反映到齒面上。常見的齒形誤差有如圖 14所示的各種形式。圖 a為齒面出棱、圖 b為齒形不對稱、圖 c為齒形角誤差、圖 d 為齒面上的周期性誤差、圖 e為齒輪根切。 由于齒輪的齒面偏離了正確的漸開線，使齒輪傳動(dòng)中瞬時(shí)傳動(dòng)比不穩(wěn)定，影響齒輪的工作平穩(wěn)性。 圖 44 常見的齒輪誤差 （ 2） 基節(jié)極限偏差滾齒時(shí)，齒輪的基節(jié)極限偏差主要受滾刀基節(jié)偏差的影響。滾刀基節(jié)的計(jì)算式為： pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0 式中： pb0―― 滾刀基節(jié)； pn0―― 滾刀法向齒距； pt0―― 滾刀軸向齒距； α0―― 滾刀法向齒形角； λ0―― 滾刀分度圓螺旋升角，一般很小，因此 cosλ0≈1 。 由上式可見，為減少 基節(jié)偏差