齿轮设计

目录

1.热处理课程设计的目的

2.热处理课程设计的任务

3.设计题目

4.设计要求

5.整体设计

5,1 零件图纸

5,2服役条件

5,3性能要求

5、4齿轮的失效形式及解决措施

5、5材料选择

5、6 25MNTIBRE齿轮加工制造工艺流程

5、7 25mntibre刚的热处理工艺

5、8喷丸

5、9矫直

5、10清洗

5、11齿轮的精加工与装配

6、热处理课程设计总结

7、参考文献

摘要

长期以来，我国制造汽车齿轮普遍使用20CrMnTi，这是上世纪50年代从原苏联引进的中型的汽车齿轮钢种。用20CrMnTi制造齿轮的工艺已经日趋成熟。但是在加工工艺过程中存在的缺陷还是很多，导致齿轮的工作效率和使用寿命受到限制。随后人们开发了综合和工艺性能优于20CrMnTi的25MnTiBRE钢，用于制造承受中等负荷的拖拉机汽车的变速箱齿轮轴等。

一、设计目的

(1) 加深对钢的热处理的基本原理的理解和熟悉基本热处理工艺制定过程，培养学生成为一名热处理方面的工程技术人员的基本能力。

(2) 通过对典型零件的热处理工艺设计，进一步巩固学生所学热处理原理与工艺方面的专业知识，提高综合运用知识、分析问题及解决问题的能力；培养学生独立思考，理论联系实际的能力；

(3) 掌握热处理工艺设计的基本原则及程序，锻炼和提高学生查阅热处理工艺资料及其他工具书的能力，掌握编写设计报告或说明书和热处理工艺卡的编制方法；

(4) 确定热处理工艺过程的技术检验和辅助工序的项目及要求；熟悉热处理主要设备的选择或计算。

二、设计题目

题目12、25MnTiBRE齿轮的热处理生产工艺设计

产品名称：齿轮

工件外形尺寸：直径128mm,高度20mm，详见图纸。

材质：25MnTiBRE。齿数：32

工件质量：可计算。

技术要求：表面：>58HRC，其余：35～40HRC；

渗碳层深度：0.8～1.2mm (工艺深度)。

生产要求：采用二班制，生产量２万件/年。

三、设计依据

(1) 国家清洁生产、安全生产及环境保护等方面的国家级文件，上级主管部门批准的热处理工艺、质量检验标准等方面的指令性文件或行业对热处理工艺的质量标准等。

(2) 需要进行热处理的典型零件的服役条件和技术要求。

四、设计要求

(1) 认真分析任务书中所给的典型零件的热处理工艺的设计任务，积极调查研究相关资料，在老师的指导下，独立完成规定的设计内容。

（2）熟悉典型零件的加工路线，了解典型零件的使用要求，掌握典型零件的钢材料选用原则，并掌握典型零件的热处理工艺的制定原则及其工艺卡的编写规则。

（3）能够正确使用有关热处理手册等工具书，并能够进行热处理设备的选择或计算，并能选择或设计热处理工艺过程中的必要的工装或夹具。

（4）要求学生认真书写毕业设计说明书。说明书应做到条理清楚，数据准确，语言通顺，格式规范。

五、整体设计

5、1 零件图纸

25MnTiBRE齿轮零件示意图如图5-1所示

5、2 服役条件

齿轮在传递动力及在改变速率的运行过程中，一对啮合齿面之间既有滚动，又有滑动，而且在齿轮根部还受到脉冲或交变弯曲应力的作用。吃面和齿根在上述不同应力作用下导致不同的失效形式。这些应力中主要有三种，即摩擦力接触应力弯曲应力。造成的失效形式主要有齿面磨损接触疲劳弯曲。

5、3 性能要求

为满足齿轮的正常工作，齿轮应具备以下性能：

（1）高的弯曲疲劳轻度接触疲劳抗力，出材料本身性能外，还可依靠齿轮表面的强化处理。

（2）齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止粘着磨损和磨粒磨损。耐磨性的提高主要依靠表面硬度的提高和降低耐磨因数来实现。

（3）齿轮心部要有足够的强度和韧度，以抬高齿轮的承载能力。

（4）要求齿轮具有高的传动精度，材料具有较好的切削加工性及热处理工艺性。齿面硬度：>58HRC。其余：35~40HRC.渗碳层深度：0.8~1.2mm(工艺深度)

生产要求：采用两班制，生产量2万件每年。

5、4 齿轮主要的失效形式及解决办法

（1）减少非热影响引起的磨损，诸如氧化磨损、磨粒磨损和冷咬合磨损的关键是提高齿轮表面的塑变抗力，即提高齿面的硬度。工业中常以中硬齿面（>=320~380HB）代替软齿面(220~270HB)，也常采用表面硬化处理。其中渗碳和渗氮处理可以使齿面具有较高的硬度。

（2）减少摩擦热引起的胶合磨损的关键是降低啮合齿面间的磨擦，也就是降低齿面之间的摩擦系数。为此，可以提高齿轮的基本硬度，并在表层形成软层以减

少摩擦系数，如在碳氮共渗、渗碳、渗氮后，再在齿面上镀铜等处理方法。

（3）齿面解除疲劳是由于作用与齿面上的接触应力超过超过材料的疲劳极限而产生的。主要破坏形式有齿面出现麻点、浅层剥落、深层剥落等。主要通过提高齿面硬度改善齿面接触状态，可以有效提高形成麻点抗力。

（4）齿轮的弯曲疲劳的破坏时齿根不受到最大振幅脉动或交变弯曲应力的作用，提高齿轮弯曲疲劳强度的主要途径是提高齿根处材料强度。

5、5 材料选择

25MnTiBRE的综合力学性能较好，表现在如下：

（1）力学性能：抗拉强度>=1380Mp，断面收缩率>=40%，断后伸长率>=10%，冲击吸收功>=47J，屈服强度>=850Mp ，硬度：58~62HRC。

（2）淬透性：较好，临界淬透直径达17~27mm。

（3）工艺性能：冷加工性良好，锻造温度较宽，氧化皮疏松易清理，正货后可获得较均匀分布的珠光体和铁素体组织，可切削性能良好，渗碳后碳份分布平缓，战火后金相组织正常。稀土加入后低温冲击韧性提高，缺口敏感度降低。

缺点：

制造的齿轮热处理变形一般比铬钢稍大。

5、5、1 材料的主要化学成分

25MnTiBRE钢的化学成分如表5—1示

表5-1 25MnTiBRE钢的化学成分w%

元素 C Si Mn S Ti B RE

含量0、22~0、

28 0、20~0、

45

1、30~1、

60

0、04~0、

10

0、005~0、

0035

0、05

化学元素作用：

（1）25MnTiBRE钢中加入Mn元素，主要是提高钢的淬透性。

（2）加入Ti元素主要还是为了细化晶粒

（3）25MnTiBRE钢淬火加热时，Mn、Si元素完全固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性，Ti以碳化TiC形式钉扎于奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的长大。

（4）25MnTiBRE钢淬火后，Mn、Si元素固溶强化基本组织，并改善基体阻止的挥霍稳定性。

（5）加入稀土元素后，低温冲击韧性提高，缺口敏感性降低。

5、5、2 钢的淬透性曲线

在《热处理手册》p7

5、5、3 25MnTiBRE钢相变点为：

表5-3 25MnTiBRE钢相变点摄氏度