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锥齿轮材料的选择

时间:2017-2-9   点击:6635次

锥齿轮的材料及其选择原则

  锥齿轮设计时,应使齿面具有较高的损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力,而齿根要有较高的抗折断的能力。因此,对轮齿材料性能的基本要求为:齿面要硬、齿芯要韧。

  (一) 常用锥齿轮的材料

  1. 合金钢

  合金钢的韧性好,耐冲击,还可以通过热处理或化学热处理其力学性能及提高齿面硬度,故适应于用来制造齿轮。

  (1)锻钢

  除尺寸过大或外形过于复杂的,一般都用锻钢制造齿轮,常用的是含碳量在(0.15~ 0.6)%的碳钢或合金钢。制造锥齿轮的锻钢可分为:

  软齿面(硬度≤350HBS):经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢 对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮,应采用以便于切齿,并使刀具不致迅速磨损变钝。因此,应将齿轮毛坯经过正火(正火)或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级,精切时可达7级。这类锥齿轮制造简便、经济、生产效率高。

  硬齿面(硬度>350HBS):需进行精加工的齿轮所用的锻钢 高速、重载及精密机器(如精密机床、航空发动机)所用的锥齿轮,除要求材料性能优良,轮齿具有高强度及齿面具有高硬度(如58~65HRC)外,还应进行磨齿等精加工。需精加工的锥齿轮目前多是先切齿,再做表面硬化处理,后进行磨齿精加工,精度可达5级或4级。这类锥齿轮精度高,价格较贵,所以热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。所以材料视具体要求及热处理方法而定。

  合金钢根据所含金属的成分及性能,可分别使材料的韧性、耐冲击、及抗胶合的性能等获得提高,也可通过热处理或化学热处理材料的力学性能及提高齿面的硬度。所以对于既是高速、重载又要求尺寸小、质量小的航空锥齿轮,就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi,20Cr2Ni4A等)来制造。

  (2)铸钢

  铸钢的性及强度均较好,但应经退火及正火处理,时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的锥齿轮。

  2.铸铁

  灰铸铁性质较脆,抗冲击及性都较差,但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁锥齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合。

  3.非金属材料

  对高速轻载及精度不高的锥齿轮传动,为了降低噪声,常用非金属材料(如夹布胶木、尼龙等)做小轮,大轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力,齿面的硬度应为250~350HBS。

  常用的锥齿轮材料及其力学性能列于表<常用齿轮材料及其力学特性>。

  (二)锥齿轮材料的选择原则

  锥齿轮材料的种类很多,在选择时应考虑的因素也很多,下述几点可供选择材料时参考:

  (1) 锥齿轮材料满足工作条件的要求。例如,用于飞行器上的锥齿轮,要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求,因此选择机械性能高的合金钢;矿山机械中的锥齿轮传动,一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量ji高,因此往往选择铸钢或铸铁等材料;家用及办公用机械的功率很小,但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑状态下正常工作,因此常选用工程塑料作为锥齿轮材料。总之,工作条件的要求是选择齿轮材料时应考虑的因素。

  (2)应考虑锥齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯,可选用铸钢或铸铁作为锥齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯。可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时,可选用圆钢作毛坯。锥齿轮表面硬化的方法有:渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时,应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料;氮化钢和调质钢能采用氮化工艺;采用表面淬火时,对材料没有特别的要求。

  (3)正火碳钢,不论毛坯的制作方法如何,只能用于制作在载荷平稳和轻度冲击下工作的齿轮,不能承受大的冲击载荷;调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的锥齿轮。

  (4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的锥齿轮。

  (5)飞行器中的锥齿轮传动,要求齿轮尺寸尽可能小,应采用表面硬化处理的高强度合金钢。

  (6)金属制的软齿面锥齿轮,配对两轮齿面的硬度差应保持为30~50HBS或更多。当小轮与大轮的齿面具有较大的硬度差(如小轮齿面为淬火并磨制,大轮齿面为正火或调质),且速度又较高时,较硬的小轮齿面对较软的大轮齿面会起较显著的冷作硬化效应,从而提高了大齿轮齿面的疲劳。因此,当配对的两个锥齿轮齿面具有较大的硬度差时,大轮的接触疲劳许用应力可提高约20%,但应注意硬度高的齿面,粗糙度值也要相应地减小。

文章来源于:http://www.juligear.cn/News-Detail.asp?Id=884

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