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錐齒輪材料的選擇

時間:2017-2-9 點擊:3119次

錐齒輪的材料及其選擇原則

  錐齒輪設計時,應使齒面具有較高的耐磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力,而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此,對輪齒材料性能的基本要求為:齒面要硬、齒芯要韌。

 ?。ㄒ唬?常用錐齒輪的材料

  1. 合金鋼

  合金鋼的韌性好,耐沖擊,還可以通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面硬度,故適應于用來制造齒輪。

 ?。?)鍛鋼

  除尺寸過大或外形過于復雜的,一般都用鍛鋼制造齒輪,常用的是含碳量在(0.15~ 0.6)%的碳鋼或合金鋼。制造錐齒輪的鍛鋼可分為:

  軟齒面(硬度≤350HBS):經熱處理后切齒的齒輪所用的鍛鋼 對于強度、速度及精度都要求不高的齒輪,應采用以便于切齒,并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此,應將齒輪毛坯經過正火(正火)或調質處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級,精切時可達7級。這類錐齒輪制造簡便、經濟、生產效率高。

  硬齒面(硬度>350HBS):需進行精加工的齒輪所用的鍛鋼 高速、重載及精密機器(如精密機床、航空發動機)所用的錐齒輪,除要求材料性能優良,輪齒具有高強度及齒面具有高硬度(如58~65HRC)外,還應進行磨齒等精加工。需精加工的錐齒輪目前多是先切齒,再做表面硬化處理,后進行磨齒精加工,精度可達5級或4級。這類錐齒輪精度高,價格較貴,所以熱處理方法有表面淬火、滲碳、氮化、軟氮化及氰化等。所以材料視具體要求及熱處理方法而定。

  合金鋼根據所含金屬的成分及性能,可分別使材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性能等獲得提高,也可通過熱處理或化學熱處理改善材料的力學性能及提高齒面的硬度。所以對于既是高速、重載又要求尺寸小、質量小的航空專用錐齒輪,就都用性能優良的合金鋼(如20CrMnTi,20Cr2Ni4A等)來制造。

 ?。?)鑄鋼

  鑄鋼的耐磨性及強度均較好,但應經退火及正火處理,必要時也可進行調質。鑄鋼常用于尺寸較大的錐齒輪。

  2.鑄鐵

  灰鑄鐵性質較脆,抗沖擊及耐磨性都較差,但抗膠合及抗點蝕的能力較好?;诣T鐵錐齒輪常用于工作平穩、速度較低、功率不大的場合。

  3.非金屬材料

  對高速輕載及精度不高的錐齒輪傳動,為了降低噪聲,常用非金屬材料(如夾布膠木、尼龍等)做小輪,大輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力,齒面的硬度應為250~350HBS。

  常用的錐齒輪材料及其力學性能列于表<常用齒輪材料及其力學特性>。

 ?。ǘ╁F齒輪材料的選擇原則

  錐齒輪材料的種類很多,在選擇時應考慮的因素也很多,下述幾點可供選擇材料時參考:

 ?。?) 錐齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如,用于飛行器上的錐齒輪,要滿足質量小、傳遞功率大和可靠性高的要求,因此必須選擇機械性能高的合金鋼;礦山機械中的錐齒輪傳動,一般功率很大、工作速度較低、周圍環境中粉塵含量ji高,因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料;家用及辦公用機械的功率很小,但要求傳動平穩、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態下正常工作,因此常選用工程塑料作為錐齒輪材料??傊?,工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應考慮的因素。

 ?。?)應考慮錐齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯,可選用鑄鋼或鑄鐵作為錐齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯??蛇x擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時,可選用圓鋼作毛坯。錐齒輪表面硬化的方法有:滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時,應選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料;氮化鋼和調質鋼能采用氮化工藝;采用表面淬火時,對材料沒有特別的要求。

 ?。?)正火碳鋼,不論毛坯的制作方法如何,只能用于制作在載荷平穩和輕度沖擊下工作的齒輪,不能承受大的沖擊載荷;調質碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的錐齒輪。

 ?。?)合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的錐齒輪。

 ?。?)飛行器中的錐齒輪傳動,要求齒輪尺寸盡可能小,應采用表面硬化處理的高強度合金鋼。

 ?。?)金屬制的軟齒面錐齒輪,配對兩輪齒面的硬度差應保持為30~50HBS或更多。當小輪與大輪的齒面具有較大的硬度差(如小輪齒面為淬火并磨制,大輪齒面為正火或調質),且速度又較高時,較硬的小輪齒面對較軟的大輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應,從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此,當配對的兩個錐齒輪齒面具有較大的硬度差時,大輪的接觸疲勞許用應力可提高約20%,但應注意硬度高的齒面,粗糙度值也要相應地減小。

文章來源于:http://www.duitsimple.com/News-Detail.asp?Id=884

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