齿轮常用材料及其力学性能
齿轮材料的选择原则是什么
齿轮材料的选择原则齿轮的材料及其选择原则由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、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能力。
因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。
(一)常用的齿轮材料1(钢钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。
(1)锻钢除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，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。
制造齿轮的锻钢可分为:1)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，应采用软齿面(硬度?350 HBS)以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。
因此，应将齿轮毛坯经过常化(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。
这类齿轮制造简便、经济、生产率高。
2)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)所用的主要齿轮传动，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~ 65 HRC)外，还应进行磨齿等精加工。
需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行精加工，精度可达5级或4级。
这类齿轮精度高，价格较贵，所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。
所用材料视具体要求及热处理方法而定。
合金钢材根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨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改善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、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi、20Cr2Ni4A等)来制造。
由于硬齿面齿轮具有力学性能高、结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家在一般机械中也普遍采用了中、硬齿面的齿轮传动。
(2)铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。
齿轮的应用及材料
齿轮的应用及材料齿轮是一种常见的机械元件，用于传递动力和运动的装置。
齿轮由一系列齿均匀分布在周围的圆盘组成。
通过齿轮的啮合，可以改变速度、转矩和方向传递。
齿轮广泛应用于各种机械设备中，包括汽车、工业机械、航空航天等。
齿轮的应用涉及到多个领域，下面将介绍其中几个主要的应用。
1. 汽车齿轮在汽车中起到了至关重要的作用。
汽车的变速器中使用了多组齿轮来实现不同档位的切换。
高速档位时，小齿轮驱动大齿轮可以实现较大的速度比。
低速档位时，大齿轮驱动小齿轮可以实现较大的扭矩输出。
齿轮还被广泛应用于汽车的发动机以及其他部件中。
2. 工业机械工业机械领域对齿轮的需求也非常高。
例如，齿轮可以用于锻压机、冲床、拉床等设备。
在这些设备中，齿轮能够传递动力和运动，使得机械零件能够精确地协调工作。
齿轮还常见于其他设备，如起重机、挖掘机等。
3. 航空航天航空航天领域也是齿轮的重要应用领域之一。
齿轮常用于飞机引擎、起落架、飞控系统等部位。
航空航天领域对齿轮的要求非常高，需要具备高强度、耐热、轻巧等特点。
齿轮的应用离不开对材料的选择。
下面将介绍几种常用的齿轮材料。
1. 碳钢碳钢是最常见的齿轮材料之一。
它具有良好的强度和硬度，并且成本相对较低，适用于大多数一般应用。
碳钢的应用范围广泛，包括汽车、工业设备等。
2. 铸铁铸铁是一种常用的齿轮材料，主要用于传动机构和高负荷应用。
铸铁齿轮可以提供更高的强度和耐磨性，适用于重载和高速应用。
3. 不锈钢不锈钢具有良好的耐腐蚀性和抗磨损性能，适用于需要在恶劣环境中工作的齿轮。
不锈钢齿轮广泛应用于食品加工、制药、化工等领域。
4. 铝合金铝合金齿轮具有良好的耐磨性和轻质化特点，广泛应用于航空航天领域。
铝合金齿轮比其他材料更轻，可以减少飞机的重量和燃料消耗。
总之，齿轮作为一种重要的机械传动装置，在各个领域都有广泛的应用。
根据不同的应用需求，可以选择不同的齿轮材料来满足要求，如碳钢、铸铁、不锈钢和铝合金等。
常用齿轮材料及其力学性能
9.10齿轮常用材料及许用应力为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。
对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。
常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。
一般多采用锻件或轧制钢材。
当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁、低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材；高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料；受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。
对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。
常用的齿轮材料及其力学性能列于下表。
钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种：●表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr钢等。
表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。
特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。
耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。
●渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr钢等。
渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。
齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削加工。
●渗氮渗氮是一种表面化学热处理。
渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。
由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAl等。
●调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如45、40Cr、35SiMn钢等。
调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。
做齿轮用什么材料最好
做齿轮用什么材料最好
首先，我们需要考虑齿轮所在的工作环境。
如果齿轮需要在潮湿、腐蚀性较大
的环境下工作，不锈钢可能是一个不错的选择。
不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，可以有效地延长齿轮的使用寿命。
此外，不锈钢还具有较高的强度和硬度，可以满足一定的传动需求。
另外，如果齿轮需要在高温、高压的环境下工作，那么合金钢可能是一个更好
的选择。
合金钢具有优良的耐热性和耐压性能，可以保证齿轮在恶劣环境下的稳定工作。
同时，合金钢的硬度也较高，可以有效地减少齿轮的磨损，提高传动效率。
除了不锈钢和合金钢，还有一种常用的齿轮材料是铝合金。
铝合金具有较轻的
重量和良好的导热性能，可以减轻齿轮的负荷，同时有效地散热，延长齿轮的使用寿命。
但是，铝合金的硬度相对较低，对于高负荷、高速度的传动要求可能不太适用。
另外，还有一些特殊材料，如塑料齿轮、铜齿轮等。
塑料齿轮具有良好的自润
滑性和吸音性能，适合在低负荷、低速度的场合使用。
铜齿轮具有良好的导热性和耐磨性，适合在一些特殊的工作环境下使用。
总的来说，选择齿轮材料需要根据具体的工作环境和传动要求来进行综合考虑。
在一般情况下，不锈钢和合金钢是较为常用的选择，它们具有较好的综合性能，可以满足大部分的传动需求。
而对于特殊的工作环境和传动要求，则需要根据具体情况来选择特殊材料。
在选择齿轮材料时，还需要考虑到材料的加工性能、成本、可靠性等因素。
综
合考虑这些因素，选择合适的齿轮材料，可以保证齿轮的稳定传动，延长使用寿命，提高传动效率，从而更好地满足机械传动的需求。
锥齿轮的材料
锥齿轮的材料锥齿轮是一种常见的传动装置，广泛应用于机械设备中。
它由锥齿轮副组成，可以实现两轴的传动，并且可以改变传动方向。
在制造锥齿轮时，选择合适的材料对于其性能和使用寿命至关重要。
本文将介绍锥齿轮常用的材料及其特点，以帮助读者选择合适的材料用于锥齿轮的制造。
1. 碳素钢。
碳素钢是制造锥齿轮常用的材料之一。
它具有良好的强度和硬度，适用于一般要求不高的传动装置。
碳素钢制造的锥齿轮成本较低，易于加工，但其耐磨性和耐腐蚀性较差，易受到表面损伤。
2. 合金钢。
合金钢是一种优质的锥齿轮材料。
它通过添加合金元素来提高其硬度、强度和耐磨性，适用于高速、重载或高温环境下的传动装置。
合金钢制造的锥齿轮具有较长的使用寿命和稳定的传动性能，但成本较高，加工难度也较大。
3. 不锈钢。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于要求高耐腐蚀性的传动装置。
不锈钢制造的锥齿轮在潮湿、腐蚀性环境下具有较好的稳定性，但其硬度和强度较低，易受到磨损。
4. 铝合金。
铝合金是一种轻质材料，适用于要求轻量化设计的传动装置。
铝合金制造的锥齿轮具有较低的密度和良好的导热性能，适用于一些特殊场合的应用，但其硬度和强度较低，易受到变形和磨损。
5. 铜。
铜是一种传统的锥齿轮材料，具有良好的导热性能和耐磨性。
铜制造的锥齿轮适用于一些特殊的高温或高速传动装置，但其成本较高，加工难度也较大。
综上所述，选择合适的材料对于锥齿轮的性能和使用寿命至关重要。
在实际应用中，需要根据传动装置的工作环境、使用要求和成本考虑，综合选择合适的材料进行制造。
希望本文能够帮助读者更好地理解锥齿轮的材料选择问题，为实际应用提供参考。
齿轮常用材料和热处理
1. 齿轮材料对齿轮材料的基本要求为：1.齿面要有足够的硬度，以使得齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合、抗塑性变形的能力；2.齿芯材料要有较高的机械性能，高强度极限、疲劳极限和足够的韧性，以使得轮齿具有足够的抗弯曲疲劳折断的能力；3.价格合理、购买方便，具有良好的加工和热处理工艺性。
齿轮材料中最常用的是各种钢材，其次是铸铁，还有一些非金属材料。
齿轮的毛坯由锻造、铸造或焊接而成，也可以直接用棒料加工。
(1) 钢•钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学处理改善材料的机械性能及提高齿面的硬度。
常用的钢材有锻钢和铸钢两类。
•除尺寸过大或形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量0.15~0.6%的碳钢或合金钢。
•铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。
铸钢常用于尺寸较大的齿轮。
(2) 铸铁•灰铸铁价廉、易切削，其中石墨能起润滑作用，能吸收噪音，但抗弯强度低，冲击韧性差。
适用于形状复杂、尺寸较大，同时工作平稳、速度较低、功率不大的的场合，尤其适用于开式齿轮传动。
•球墨铸铁的力学性能和抗冲击性能远高于灰铸铁，可替代某些调质钢的大齿轮。
(3) 非金属材料对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪音，常采用夹布胶木、塑料、尼龙等非金属材料。
非金属材料齿轮的优点是质量小、减振性好、噪音低、具有相应的抗腐蚀性；缺点是导热性差、易变形等。
为了有利于散热，与其配对啮合的齿轮仍多用钢或铸铁制造。
2. 齿轮热处理钢制齿轮可以通过不同的热处理方法获得不同的表面硬度，工业中以350HB为界将齿轮传动分为软齿面（布氏硬度≤350HB）和硬齿面（布氏硬度≥350HB）。
(1) 软齿面•软齿面齿轮常用的热处理方法为调质和正火。
齿轮的材料一般选用中碳钢和中碳合金钢以及中碳铸钢和中碳合金铸钢。
调质齿轮的强度、韧性和齿面硬度均高于正火齿轮，对于不宜调质、尺寸较大或不太重要的齿轮一般采用正火。
齿轮专用材料有哪些
制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。
铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。
未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。
齿轮的分类有很多种，可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和
制造方法等分类。
1、齿轮按齿形可分类齿廓曲线、压力角、齿高和变位。
2、齿轮按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆-蜗轮。
3、按齿线形状齿轮分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮。
4、按轮齿所在的表面齿轮分为外齿轮、内齿轮。
外齿轮齿顶圆比齿根圆大；而内齿轮齿顶圆比齿根圆小。
5、按制造方法齿轮分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。
种类不同，用的材料也有偏差。
具体的大家可以到工厂进行详细了解。
常用齿轮材料及热处理
常用齿轮材料及热处理齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮材料的选择和热处理技术的应用对于齿轮的性能和使用寿命有着重要的影响。
下面将介绍一些常用的齿轮材料及其热处理方法。
1.铸铁材料铸铁是一种常用的齿轮材料，具有良好的可铸性、低成本和较高的耐磨性。
根据使用环境和要求，铸铁齿轮可以选择不同的热处理方法，如退火、正火和渗碳等。
退火可以改善铸铁的韧性和耐磨性，正火可以提高硬度和强度，渗碳可以增加齿面的硬度和耐磨性。
2.钢材料钢是齿轮制造中最常用的材料之一，具有较高的强度、硬度和耐磨性。
常用的钢材包括低碳钢、中碳钢和合金钢。
对于低碳钢和中碳钢，常用的热处理方法有退火、正火、淬火和渗碳等。
退火可以改善钢材的韧性，正火可以提高硬度和强度，淬火可以获得较高的硬度和耐磨性，渗碳可以增加齿面的硬度和耐磨性。
对于合金钢，除了上述热处理方法外，还可以通过调质淬火来提高材料的强度和耐磨性。
3.不锈钢材料不锈钢是一种耐腐蚀性能较好的材料，常用于要求齿轮具有较高质量和美观外观的场合。
不锈钢的热处理方法主要包括退火和淬火。
退火可以消除不锈钢材料的内部应力和碳化物析出，提高材料的韧性和耐腐蚀性能。
淬火可以提高不锈钢材料的硬度和强度。
4.铝合金材料铝合金是一种密度低、重量轻的材料，常用于要求齿轮具有较高强度和良好耐磨性的场合。
对于铝合金齿轮，常用的热处理方法有固溶处理和时效处理。
固溶处理可以提高铝合金的强度和耐磨性，时效处理可以进一步提高材料的硬度和强度。
在选择齿轮材料和热处理方法时，需要根据具体的应用场景和要求来确定。
不同的材料和处理方法可以使齿轮具有不同的性能和使用寿命。
因此，在设计和生产齿轮时，应根据实际情况选择适合的材料和热处理方法，以确保齿轮的性能和可靠性。
齿条常用材料
齿条常用材料
齿条常用的材料有：
1. 锻钢：根据齿条的硬度分为软齿面和硬齿面。
当齿面的硬度小于350时，齿条具有较好的强度及韧性，生产成本也较低，但精度方面相对较差；当齿面硬度超过350时，其硬度增加、耐冲击性也更好。
2. 铸钢：当齿轮直径大于400mm，结构复杂，锻造有难度时，可以选用铸钢为生产原料。
3. 铸铁：铸铁材质的抗胶合及抗点蚀能力较强，但抗冲击耐磨性较差，通常用于一些工作稳定、功率不大、低速或尺寸较大形状复杂的情况下的齿轮制造。
4. C45碳钢：此类齿条广泛应用于自动化机器人、龙门加工中心、激光切割机、铝型材、木工加工中心、桁架第七轴等领域，一般要求精度高、定位准确、运行稳定。
除了金属材质外，为满足一些较为特殊的需求，齿条的加工原料还可以选用布质、木质、塑料、尼龙等材料。
齿轮的强度计算
式（11-4）和（11-5）适用钢制齿轮， ） ）适用钢制齿轮， 若为钢对铸铁或铸铁对铸铁， 若为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将 公式中的系数335分别改为 和250。 分别改为285和 。 公式中的系数 分别改为 许用接触应力[ 按下式计算 许用接触应力 σH]按下式计算
[σ H ] =
σ H lim
3 2
一对齿轮啮合，其接触应力 一对齿轮啮合，其接触应力σH反映了大小齿轮在 节点处相互啮合引起的表面应力， 节点处相互啮合引起的表面应力， σH完全由两轮 的参数共同决定， 的参数共同决定，∴ σH1= σH2 注意：因两个齿轮的σ 注意：因两个齿轮的 H1= σH2 ，故按此强度准则设计齿 轮传动时，公式中应代入[σ 中较小者。 轮传动时，公式中应代入 H] 1和[σH] 2中较小者。 模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。 模数 不能成为衡量齿轮接触强度的依据。 不能成为衡量齿轮接触强度的依据
含碳量为(0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢。 含碳量为(0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢。 (0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢 锻钢 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。
常用齿 常用齿 轮材料
耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。 铸钢 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。 常作为低速、轻载、 铸铁 常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿 轮材料； 轮材料； 适用于高速、轻载、 非金属材料 适用于高速、轻载、且要求降低 噪声的场合。 噪声的场合。
11章 齿轮的强度计算 章
1111-2 齿轮材料及热处理
1.对齿轮材料性能的要求 1.对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力， 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强 的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿 的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求： 面硬、芯部韧。 面硬、芯部韧。 表11-1 常用齿轮材料及其机械性能 2.常用齿轮材料 2.常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击， 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可 改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。 改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
齿轮的强度计算
常化
调质后表 面淬火
250 300 350 500 600
580 650 580
.
170~241
187~255
197~269
147~241
229~302
320
156~217
350
169~229
290
162~217
217~255 40~50HRC
241~286 48~554HRC
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、
d2 2
Cc ρ1
α
ρ2 N2 αt
d1 T1 2
ω1
齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 = ρ2 /ρ1 ≥ 1
O（1主动）
11
1 2
(21) 12
2(d2 d1)
d1d2 sin
u1 2 1
u d1sin
.
10
钢制标准齿轮传动的齿面接触疲劳强度校核公式：
H335bKa21T(uu1)3 [H]
齿形系数. –YF
50
100 4002.1 2.0
17
对于闭式传动，当齿面硬度不太高
时，轮齿的弯曲强度通常是足够的，故 齿 数 可 取 多 些 ， 例 如 常 取 z1=24~40 。 当 齿面硬度很高时，轮齿的弯曲强度常感 不足，故齿数不宜过多。
许用弯曲应力[F]按下式计算
F
F Lim
弯曲力矩： M=KFnhcosγ
分量F2产生压缩应力可忽略不计，
危险界面的弯曲截面系数：W
bS 2
6
rb
B
A
σF
弯曲应力：
F0
M W
常用的齿轮材料牌号
常用的齿轮材料牌号摘要：一、齿轮材料的基本概念二、常用齿轮材料的牌号分类1.碳钢齿轮2.合金钢齿轮3.铸铁齿轮4.塑料齿轮5.青铜齿轮6.钛合金齿轮三、牌号选择与应用场合四、齿轮材料的性能与加工工艺五、我国齿轮材料牌号的标准化正文：一、齿轮材料的基本概念齿轮是机械传动系统中最重要的部件之一，它在各种机械设备中发挥着传递动力和控制运动的作用。
齿轮的材料选择对其性能和应用场合具有至关重要的意义。
在实际应用中，齿轮材料需要具备良好的强度、韧性、耐磨性和抗疲劳性能。
二、常用齿轮材料的牌号分类1.碳钢齿轮碳钢齿轮具有良好的强度和耐磨性，但在润滑和抗疲劳方面性能较差。
常用的碳钢齿轮牌号有20#、35#、45#等。
2.合金钢齿轮合金钢齿轮在碳钢的基础上添加了合金元素，使其具有更高的强度、韧性和耐磨性。
常用的合金钢齿轮牌号有40Cr、38CrMoAl、20CrNiMo等。
3.铸铁齿轮铸铁齿轮具有较好的铸造性能、抗震性能和耐磨性，但强度较低。
常用的铸铁齿轮牌号有HT200、HT300、KTZ等。
4.塑料齿轮塑料齿轮具有良好的耐磨性和抗疲劳性能，重量轻，但强度和硬度较低。
常用的塑料齿轮牌号有尼龙、聚甲醛、聚氨酯等。
5.青铜齿轮青铜齿轮具有较高的强度、耐磨性和抗疲劳性能，但价格较高。
常用的青铜齿轮牌号有ZCuSn10P1、ZCuPb15Ni5Cu4等。
6.钛合金齿轮钛合金齿轮具有较高的强度、韧性和抗疲劳性能，但在润滑方面性能较差。
常用的钛合金齿轮牌号有Ti6Al4V、Ti5Al2.5Sn等。
三、牌号选择与应用场合在选择齿轮材料时，应根据传动系统的载荷、速度、工作环境等因素综合考虑。
例如，高载荷、高速度的场合应选用强度高、韧性好的合金钢齿轮；在润滑条件较差的环境中，可选用铸铁齿轮或塑料齿轮以降低摩擦系数。
四、齿轮材料的性能与加工工艺齿轮材料的性能决定了齿轮的传动性能和使用寿命。
在选择材料时，不仅要考虑强度、韧性、耐磨性和抗疲劳性能，还要关注材料的加工性能。
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点，在机械制造行业得到广泛应用。
常用铸造齿轮材料主要包括铸铁及铸钢。
常用齿轮铸铁材料是灰铸铁和球墨铸铁，因铸铁中存在游离石墨和多孔性结构，故齿轮的耐磨性良好、噪声小。
与铸铁齿轮材料相比，铸钢材料具有较高强度、硬度和耐磨性能，可用于负荷较大的大型齿轮。
一、铸铁齿轮材料及其热处理铸铁齿轮常用材料为灰铸铁及球墨铸铁。
1.齿轮用灰铸铁灰铸铁抗拉强度低，脆性较高，抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造，易切削，具有良好的耐磨性、缺口敏感性小、减振性及成本低特点，可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。
（1）齿轮用灰铸铁的牌号及力学性能齿轮用灰铸铁的牌号及抗拉强度见表1。
（2）灰铸铁齿轮表面硬度和耐磨性灰铸铁表面热处理前最好先正火处理。
表面热处理，如高中频感应淬火及化学热处理等，其中高中频感应淬火应用最多。
高中频感应淬火温度通常采用850~950℃加热淬火，由于铸铁导热性差，因此加热速度不易太快，单位功率要比同样的钢件小一些。
否则，会产生裂纹和熔化现象。
铸铁经高频感应加热后，淬火冷却介质一般采用水、PAG进行冷却。
回火温度一般在200~400℃，铸铁齿轮经淬火、回火后硬度为40~50HRC。
灰铸铁齿轮金相检验执行GB/T7216《灰铸铁金相检验》标准。
2.齿轮用球墨铸铁球墨铸铁的性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。
齿轮制造主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。
（1）球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能及其各热处理状态下的力学性能球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能见表2。
（2）球墨铸铁热处理铸造齿轮毛坯的预处理一般采用退火、正火，也可进行正火+回火，或调质处理。
球墨铸铁齿轮的常用热处理工艺见表3。
（3）球墨铸铁金相检验执行GB/T9441《球墨铸铁金相检验》标准。
齿轮的结构和常用材料
齿轮的结构和常用材料
齿轮的结构有几种主要种形式
齿轮轴实体式齿轮腹板式齿轮轮辐式齿轮
齿轮的材料
1. 齿轮的材料的基本要求：
（1）应使齿面具有足够的硬度和耐磨性；
（ 2 ）齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效；
（3）同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。
2.常用的齿轮材料：各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。
一般多采用锻件或轧制钢材。
（1）当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢；
（2）开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁；
（3）低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材；
（4）高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料；受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。
（5）对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。
齿轮参考
表8-4 齿轮的常用材料及其力学性能2. 许用应力齿轮的许用应力是根据试验齿轮的疲劳极限确定的，与齿轮材料和齿面硬度有关。
齿面接触疲劳许用应力[]minlim H H H S σσ= (8-16)齿根弯曲疲劳许用应力[]minlim F F F S σσ= (8-17)式中：σHlim ——试验齿轮材料的接触疲劳极限，MPa ； 由图8-29查取。
σFlim ——齿轮的弯曲疲劳极限，MPa ；由图8-30查取。
如果齿轮双向长期工作（经常正、反转动的齿轮），σFlim 应取正常值的70％ 。
图8-29齿轮材料的接触疲劳强度极σHlim图8-30 齿轮材料的弯曲疲劳强度极σFlimS Hmin，S Fmin——齿面接触疲劳强度的最小安全系数和齿根疲劳弯曲强度的最小安全系数。
S Hmin和S Fmin的值查表8-5。
表8-5 最小安全系数齿轮精度等级的选择，应当根据齿轮的用途、使用条件、圆周速度和功率的大小，合理的确定齿轮的经济技术指标。
8.6.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算1. 齿轮的受力分析和计算载荷(1) 圆柱齿轮传动的受力分析。
在计算齿轮强度时必须首先分析作用在齿轮上的力，如果忽略齿轮齿面之间的摩擦力，在理想情况下，作用在齿面上的力是沿接触线均匀分布且垂直与齿面，常用集中力F n表示，F n称为法向力，由渐开线齿廓啮合特点（见8.2.2节）可知，在传动过程中F n是沿啮合线作用于齿面且保持方向不变。
图8-31表示一直齿圆柱齿轮传动在节点C处的受力情况。
不考虑摩擦力，作用在齿面上的法向力F n可分解为圆周力F t和径向力F r。
图8-31 直齿圆柱齿轮的受力分析各力的计算公式为αααcos2costan21111dTFFFFdTFtntrt====(8-18)式中：T1——为主动轮传递的扭矩，N·mm；d1——主动轮分度圆直径, mm；α——压力角。
如果小齿轮传递的功率为P1(kW)，转速为n1(r/min)，则11611055.9nPT⨯=(8-19)(2) 计算载荷。
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。
齿轮毛坯一般多采用锻件或轧制钢材，当齿轮较大(例如直径大于400～600mm)而轮坯不易锻造时，可采用铸钢;开式低速传动可采用灰铸铁;球墨铸铁有时可代替铸钢。
列出了常用的齿轮材料及其热处理后的硬度。
齿轮常用的热处理方法有以下几种：1.表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。
表面淬火后轮齿变形不大，可在不磨齿的情况下达到7级精度，齿面硬度可达52～56HRC。
由于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。
表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。
2.渗碳淬火渗碳钢为含碳量0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20、20Cr等。
渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，齿面接触强度高、耐磨性好，而齿芯部仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。
通常渗碳淬火后变形较大，需要磨齿。
3.调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。
例如45、40Cr、35SiMn等。
调质处理后齿面硬度一般为220～260HBS。
因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。
4.正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。
机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。
大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
5.渗氮渗氮是一种化学热处理。
渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达60～62 HRC。
因氮化处理温度低，齿的变形小，因此适用于难以磨齿的场合(例如内齿轮)。
氮化层一般不厚且较脆，故不宜用于有冲击的场合。
常用的渗氮钢为38CrMoAlA。
上述五种热处理中，调质和正火后的齿面硬度较低(HBS≤350)，为软齿面齿轮;其他三种的齿面硬度较高，为硬齿面齿轮。
软齿面工艺过程较简单，适用于一般传动。
当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿轮齿根较薄，且受载次数较多，弯曲强度较低，一般应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBS。