齿轮常用材料和许用应力

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齿轮常用材料和许用应力
MATERIAL FOR GEARS
　


一、 常用的齿轮材料
是钢、铸铁和非金属材料。
1、锻钢
钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故最适应于用来制造齿轮。除尺寸过大（da＞400~600mm）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：

　　 软齿面（硬度≤350HBS）：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，应将齿轮毛坯经过正火（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、生产效率高。
　　 硬齿面（硬度＞350HBS）：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58～65HRC）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，所以热处理方法有表面淬火、滲碳、氮化、软氮化及氰化等。所以材料视具体要求及热处理方法而定。
　　合金钢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。

2、铸钢
铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及正火处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。

3．铸铁
灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合。

4．非金属材料
对高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250～350HBS。

常用的齿轮材料及其力学性能列于设计用表。
二、齿轮许用应力
齿轮的许用应力[σ]按下式计算：


式中：
S—疲劳强度安全系数。对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后引起噪声、振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取S＝SH＝1。但是，如果一旦发生断齿，就会引起严重的故事，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S＝SF＝1.25～1.5。

KN—考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。弯曲疲劳寿命系数和接触疲劳寿命系数分别见图2。设n为齿轮的转速，r/min；j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；Lh为齿轮的工作寿命，h，则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算：N＝60njLh。

σlim—齿轮的疲劳极限。弯曲疲劳强度极限值用σFE代入，查设计线图，图中的σFE＝σFlim·YST，YST为试验齿轮的应力校正系数；接触疲劳强度极限值σHlim查图4。

注：1、图中极限应力值，一般选取其中间偏下值，即在MQ及ML中间选值。
2、若齿面硬度超出图中荐用的范围，可大体按外插法查取相应的极限应力值。　　

3、所示σFE为脉动循环应力的极限应力。对称循环应力的极限应力值仅为脉动循环应力的70%。

4、夹布塑料的弯曲疲劳许用应力=50MPa,接触疲劳许用应力=110MPa。

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    齿轮是依*本身的结构尺寸和材料强度来承受外载荷的，这就要求材料具有较高强度韧性和耐磨性；由于齿轮形状复杂，齿轮精度要求高，还要求材料工艺性好。
    常用材料为锻钢、铸钢、铸铁。
    一、锻钢
    根据齿面硬度分为两大类
    HB＜350时，称为软齿面
    H8＞350时，称为硬齿面
    l．齿面硬度 HB＜350
    工艺过程：锻造毛坯→正火--粗车→调质、精加工
    常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB
    特点：
    具有较好的综合性能，齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好韧性。
    热处理后切齿精度可达8级。
    制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。
    2．齿面硬度 HB＞350
    采用中碳钢时：
    工艺过程：锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→高、中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。
    常用材料：45、40Cr、40CrNi 。
    特点：
    齿面硬度高 HRC＝48-55，接触强度高，耐磨性好。
    齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高。
    精度下降半数，可达7级精度。
    适用于大量生产，如：汽车、机床等中速中载变速箱齿轮。
    采用低碳钢时：
    锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→渗碳淬火→低温回火→磨齿。达6级、7级。
    常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo 。

飞跃齿轮

    2．齿面硬度 HB＞350
    采用中碳钢时：
    工艺过程：锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→高、中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。
    常用材料：45、40Cr、40CrNi 。
    特点：
    齿面硬度高 HRC＝48-55，接触强度高，耐磨性好。
    齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高。
    精度下降半数，可达7级精度。
    适用于大量生产，如：汽车、机床等中速中载变速箱齿轮。
    采用低碳钢时：
    锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→渗碳淬火→低温回火→磨齿。达6级、7级。
    常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo 。

低碳钢神探淬火+磨齿，中碳钢调质高频+磨齿，另外中碳钢也可以氮化或者QPQ

jiao881121

谢谢分享好资料！

李玉志66

公式和图示呢？