齿轮类零件选材优化探析

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图8-10减速箱中的齿轮图8-11换向器中的齿轮8.3.1.1齿轮的工作条件齿轮工作时的受力情况如下：由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。工程塑料齿轮的选材与应用见表8-4。

齿轮是应用极广的重要机械零件，它的主要作用是传递扭矩，调节速度，换挡或改变传动方向。不同条件下工作的齿轮不仅转速可以相差很大，齿轮的直径也从几毫米到几米不等，虽然齿轮的工作条件是复杂的，但大多数重要齿轮仍具有共同特点。图8-10所示为减速箱中的齿轮，图8-11所示为换向器中的齿轮。

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图8-10　减速箱中的齿轮

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图8-11　换向器中的齿轮

8.3.1.1　齿轮的工作条件

齿轮工作时的受力情况如下：

（1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。

（2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触应力，并发生强烈的摩擦。

（3）由于换挡、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。

8.3.1.2　齿轮的失效形式

根据齿轮的工作特点，其主要失效形式有以下几种：

（1）疲劳断裂。疲劳断裂主要发生在齿根，常常一齿的齿断裂引起数齿甚至更多的齿断裂，疲劳断裂是齿轮最严重的失效形式。

（2）齿面磨损。齿面磨损是指齿面接触区摩擦，使齿厚变小，齿隙增大。

（3）齿面接触疲劳破坏。齿面接触疲劳破坏是指在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹并逐渐发展，引起点状剥落。

（4）过载断裂。过载断裂主要是指冲击载荷过大造成的断齿。

8.3.1.3　齿轮用材的性能要求

根据工作条件和失效形式，齿轮用材应满足以下性能要求：

（1）齿轮用材应具有高的弯曲疲劳强度。

（2）齿轮用材应具有高的接触疲劳强度和耐磨性。

（3）齿轮心部应具有足够的强度和韧性。

8.3.1.4　齿轮类零件的常用材料

1. 低、中碳钢或低、中碳合金钢

根据齿轮的性能要求，齿轮常用材料可选用低、中碳钢或低、中碳合金钢，并对轮齿表面进行强化处理，使轮齿表面具有较高的强度和硬度、心部具有较好的韧性。这类钢材的工艺性良好，价格较便宜。

机床、汽车、航空齿轮的选材及热处理工艺见表8-3。

表8-3　机床、汽车、航空齿轮的选材及热处理工艺

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2. 非铁金属及非金属材料

承受载荷较轻、速度较小的齿轮还常选用非铁金属材料，如仪器仪表齿轮常选用黄铜、铝青铜等。随着高分子材料性能的不断完善，工程塑料制成的齿轮也在越来越多的场合得到应用。工程塑料齿轮的选材与应用见表8-4。

表8-4　工程塑料齿轮的选材与应用

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3. 铸铁材料

对于一些轻载、低速、不受冲击、精度和结构紧凑要求不高的不重要的齿轮，常采用灰铸铁并适当热处理。近年来球墨铸铁应用范围越来越广，对于润滑条件差而要求耐磨的齿轮及要求耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳的齿轮，可用贝氏体球墨铸铁代替渗碳钢。