錐齒輪的材料及其選擇原則

　　錐齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的損、抗點(diǎn)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(duì)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(xué)熱處理其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適應(yīng)于用來制造齒輪。

　?。?）鍛鋼

　　除尺寸過大或外形過于復(fù)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(jīng)熱處理后切齒的齒輪所用的鍛鋼　對(duì)于強(qiáng)度、速度及精度都要求不高的齒輪，應(yīng)采用以便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此，應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過正火（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級(jí)，精切時(shí)可達(dá)7級(jí)。這類錐齒輪制造簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)效率高。

　　硬齒面（硬度＞350HBS）：需進(jìn)行精加工的齒輪所用的鍛鋼　高速、重載及精密機(jī)器（如精密機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)）所用的錐齒輪，除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強(qiáng)度及齒面具有高硬度（如58～65HRC）外，還應(yīng)進(jìn)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(jìn)行磨齒精加工，精度可達(dá)5級(jí)或4級(jí)。這類錐齒輪精度高，價(jià)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(jù)所含金屬的成分及性能，可分別使材料的韌性、耐沖擊、及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過熱處理或化學(xué)熱處理材料的力學(xué)性能及提高齒面的硬度。所以對(duì)于既是高速、重載又要求尺寸小、質(zhì)量小的航空錐齒輪，就都用性能優(yōu)良的合金鋼（如20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）來制造。

　?。?）鑄鋼

　　鑄鋼的性及強(qiáng)度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及正火處理，時(shí)也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)。鑄鋼常用于尺寸較大的錐齒輪。

　　2．鑄鐵

　　灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及性都較差，但抗膠合及抗點(diǎn)蝕的能力較好?；诣T鐵錐齒輪常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場(chǎng)合。

　　3．非金屬材料

　　對(duì)高速輕載及精度不高的錐齒輪傳動(dòng)，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(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為250～350HBS。

　　常用的錐齒輪材料及其力學(xué)性能列于表<常用齒輪材料及其力學(xué)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(shí)應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點(diǎn)可供選擇材料時(shí)參考：

　?。?） 錐齒輪材料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(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此選擇機(jī)械性能高的合金鋼；礦山機(jī)械中的錐齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)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(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為錐齒輪材料。總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時(shí)應(yīng)考慮的因素。

　?。?）應(yīng)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(shí)，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(shí)，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時(shí)，對(duì)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(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)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(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。

　?。?）金屬制的軟齒面錐齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或更多。當(dāng)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(diào)質(zhì)），且速度又較高時(shí)，較硬的小輪齒面對(duì)較軟的大輪齒面會(huì)起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞。因此，當(dāng)配對(duì)的兩個(gè)錐齒輪齒面具有較大的硬度差時(shí)，大輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高約20％，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。

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