机械零件选材原则培训教材.pptx

5 典型齿轮选材举例 一、机床齿轮
机床变速箱齿轮担负传递动
力，改变运动速度和方向的任 务。工作条件较好，转速中等， 载荷不大，工作平稳无强烈冲 击。因此，一般可选中碳钢 (45钢)制造，为了提高淬透性， 也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。
机床变速箱齿轮
工艺路线为： 下料--锻造--正火--粗加工--调质--精加工--高频淬火及低温回火--精磨。
1. 性能要求不高的一般金属零件选材的工艺路线 毛坯正火或退火切削加工零件。
2. 性能要求较高的金属零件选材的工艺路线 毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处
理(淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等)精加工零件。 3. 性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线
毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处 理(淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳)半精加工稳 定化处理或氮化精加工稳定化处理零件。
材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理 后的状态有关。
材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考 虑零件尺寸与手册中试样尺寸的差别，进行适当的修 正。
材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一 定波动范围。
工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材必须 考虑的问题。
疲劳断裂
齿面磨损
(3) 齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产 生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)；
(4) 过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。
齿面剥落
轮齿冲击断裂
3 齿轮材料的性能要求 (1) 高的弯曲疲劳强度； (2) 高的接触疲劳强度和耐磨性； (3) 较高的强度和冲击韧性。
（1）受力状况 主要是载荷的类型(例如动载、静载、 循环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式；载荷的特 点等。
（2）环境状况 主要是温度特性、介质情况等。 （3）特殊要求 如对导电性、磁性、热膨胀、密度、外
观等的要求。
三、零件根据使用性能选材的步骤
第一步:通过对零件工作条件和失效形式的全面分析， 确定零件对使用性能的要求；
小等。
4 齿轮类零件的选材 齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳
强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。 齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断 裂。
从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们 经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的 韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经 济上也较合理，所以是比较理想的材料。
交变， 冲击
交变， 冲击
摩擦，振 齿Biblioteka Baidu断,磨损,疲劳断
动
裂,接触疲劳(麻
点)
振动
弹性失稳，疲劳破 坏
强烈摩擦 磨损，脆断
表面高强度及疲劳极 限，心部强度、 韧性
弹性极限，屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的强度， 韧性
由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手 册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下 情况：
汽车后桥齿轮
渗碳齿轮的工艺路线为：
下料--锻造--正火--切削加工--渗碳、淬火及低温回火--喷丸-磨削加工。
这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很高的 尺寸精度和表面光洁度。
经济性原则
一、材料的价格 零件材料的价格无疑应该尽量低。 材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重，据有关资料统计，在许多工业
部门中可占产品价格的30%～70%，因此设计人员要十分关心材料的市场价格。 二、零件的总成本 零件选用的材料必须保证其生产和使用的总成本最低。 零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用、研究费用、维修费用和材料价
机械零件选材原则
使用性能原则
一、机械零件正确选材的使用性能原则 使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该具有的机 械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构 件，则主要是机械性能。对一些特殊条件下工作的零件， 则必须根据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使 用性能应满足使用要求。
二、零件使用时的工作条件
格有关。 三、国家的资源 随着工业的发展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此有所考虑，
特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。 另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。
典型工件的选材及工艺路线设计
主要本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿 轮、轴类零件、弹簧和刃具)的工作条件、失效形式、性 能要求及选材分析，举例说明典型工件的工艺路线。
常用零件的工作和失效形式
零件
紧固 螺栓 传动
轴
工作条件
应力种 载荷性 受载状态
类
质
常见的失效形式
拉，
静载
—
剪应力
过量变形，断裂
弯，
循环， 轴颈摩擦， 疲劳断裂，过量变
扭应力
冲击
振动
形，轴颈摩损
要求的主要机械性能 强度，塑性 综合机械性能
传动 压， 齿轮 弯应力
弹簧
冷作 模具
扭， 弯应力
复杂应 力
循环， 冲击
第二步:利用使用性能与实验室性能的相应关系，将使 用性能具体转化为实验室机械性能指标；
第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的 载荷，计算出零件中的应力分布；
第四步:由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能 指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；
第五步:利用手册根据使用性能选材。
冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁 制造。机床齿轮除选用金属齿轮外, 有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、 单体浇铸尼龙齿轮, 工作时传动平稳, 噪声减少, 长期使用磨损很小。
二、汽车齿轮
汽车齿轮主要分装在变速箱 和差速器中。汽车齿轮受力 较大，受冲击频繁，其耐磨 性、疲劳强度、心部强度以 及冲击韧性等，均要求比机 床齿轮高。一般用合金渗碳 钢20Cr或20CrMnTi制造。
一、 齿轮选材
1.齿轮的工作条件 (1) 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； (2) 换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； (3) 齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力 及摩擦力的作用。
2.齿轮的失效形式 (1) 疲劳断裂 主要从根部发生； (2) 齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；