直齒圓柱輪的的選材及熱處理工藝安排

1、直齒圓柱輪的的選材及熱處理工藝安排(說明書)平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年12月23日院系：機械工程學(xué)院專業(yè)：焊接技術(shù)及自動化姓名：學(xué)號：20132001097輔導(dǎo)老師： 成績：目錄概述··································&#

2、183;··························1第1章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計·····················

3、············21.1齒輪的基礎(chǔ)知識····································&

4、#183;······21.2 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪外嚙合幾何尺寸計算 ···············2第2章 齒輪材料的合理選擇······················

5、·········32.1 齒輪材料的選擇原則·····································32.2 選擇材料所

6、要滿足的條件·································4第3章 齒輪的加工··············&#

7、183;····························43.1 加工方法插齒加工···················&

8、#183;···················43.2齒輪毛坯·····························

9、;······················53.3機械加工的階段··························

10、·················63.4齒形的加工·······························

11、83;················6第4章 熱處理工藝 ·······························

12、3;············64.1熱處理階段····································&

13、#183;···········64.2齒形的精加工階段····································&

14、#183;···7第5章 防銹和包裝入庫·····································75.1 基本流程·····

15、3;···········································7結(jié)束語······

16、··················································

17、···8參考文獻··············································&

18、#183;···9概述齒輪是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種機械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度，它是機械行業(yè)量大面廣的基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用于機床，汽車，摩托車，農(nóng)機，建筑機械，工程機械，航空，兵器，工具等領(lǐng)域，而且對加工精度，效率和柔性提出了越來越高的要求。齒輪加工技術(shù)的發(fā)展有四個階段，分別是：公元前400-200年的手工制作階段，18世紀(jì)后的機械仿形階段，19世紀(jì)后的機械范成加工階段以及20世紀(jì)80年代至今的數(shù)控技術(shù)加工階段。近幾年，齒輪加工技術(shù)在發(fā)展的過程中涌現(xiàn)了一些新工藝：磨料流光整加工工藝，磨-珩聯(lián)合工

19、藝。相信在不久的將來，齒輪加工技術(shù)必定會朝著數(shù)控化、智能化、高速化、集成化、環(huán)?；姆较虬l(fā)展。第1章 直齒圓柱齒輪的設(shè)計1.1齒輪的基礎(chǔ)知識1、齒輪機構(gòu)的優(yōu)點有：（1）齒輪機構(gòu)傳別可達100000kw、300m/s。 （2）齒輪機構(gòu)的傳動比恒定，壽命長，工作可遞的功率和圓周速度分靠性高。（3）齒輪機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸和不平行軸之間的傳動。 2、齒輪機構(gòu)的缺點有（1）齒輪機構(gòu)得制造成本過高（2）齒輪機構(gòu)不適用于遠距離的傳動。 （3）低精度齒輪會產(chǎn)生有害的沖擊，噪音和振動。1.2 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪外嚙合幾何尺寸計算 （1）分度圓、模數(shù)和壓力角我們把齒輪上作為齒輪尺寸基準(zhǔn)的圓稱為分度圓，分度圓以d表示

20、。相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的分度圓弧長稱為齒距，以p表示，p=d/z，z為齒數(shù)。齒距p與的比值p/稱為模數(shù)，以m表示（模數(shù)是齒輪的基本參數(shù)）。由此可知： 齒距 p = m 度圓直徑 d = m z 我們把漸開線齒廓上與分度圓交點處的壓力角a稱為分度圓壓力角，簡稱壓力角，國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角a =20°。（2）齒距、齒厚和槽寬齒距p分為齒厚s和槽寬e兩部分，即s + e = p =m 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒厚和槽寬相等，即s = e =m/2 齒距、齒厚和槽寬都是分度圓上的尺寸。（3）齒頂高、頂隙和齒根高由分度圓到齒頂?shù)膹较蚋叨确Q為齒頂高，用ha表示ha = ha*m 兩齒輪裝配后，兩嚙合齒沿徑向留下的

21、空隙距離稱為頂隙，以c表示c = c*m 由分度圓到齒根圓的徑向高度稱為齒根高，用hf表示hf = ha + c =（ha*+c*）m 式中ha*、c*分別稱為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒制規(guī)定：正常齒制ha*=1、c*=0.25，短齒制ha*=0.8、c*=0.3。由齒頂圓到齒根圓的徑向高度稱為全齒高，用h表示h = ha + hf =（2ha*+c*）m 齒頂高、齒根高、全齒高及頂隙都是齒輪的徑向尺寸。表1-1 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算公式名稱符號計算公式齒距pp = m齒厚ss = m/2槽寬ee =m/2齒頂高haha = ha*m齒根高hfhf = ha + c =（ha*

22、+c*）m全齒高hh = ha + hf =（2ha*+c*）m分度圓直徑dd = m z齒頂圓直徑dada = d + 2ha = m（z + 2ha*）齒根圓直徑dfdf = d ­ 2hf = m（z ­ 2ha* ­ 2c*）基圓直徑dbdb = dcosa= mzcosa中心距aa = m（z1+z2）/ 2（4）基圓內(nèi)無漸開線 圖1-1 漸開線的形成及壓力角 圖1-2 漸開線形狀與基圓大小的關(guān)系第2章 齒輪材料的合理選擇2.1 齒輪材料的選擇原則齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能

23、能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作。2.2 選擇材料所要滿足的條件1、滿足材料的機械性能    材料的機械性能包括強度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效。齒面各點都有相對滑動，會產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒

24、輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。另一方面，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號后。要明確材料的機械性能或材料硬度，然后我們可以通過不同的熱處理工藝達到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機械性能。如材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840-860油淬，540-620回火時，調(diào)質(zhì)硬度可達28-32HRC，可改善組織、提高綜合機械性能；當(dāng)860-880油淬，240280回火時，硬度可達46-51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng)500-560氮化處理，氮化層0.15-0.6mm時，硬度可達52-54HRC，則鋼具有高的表面硬度

25、、高的耐磨性、高的疲勞強度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極?。划?dāng)通過電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。    2、滿足材料的工藝性能    材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時要對材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來改善材料的

26、工藝性能。    例如汽車變速箱中的齒輪選擇20CrMnTi鋼，該鋼具有較高的機械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為58-62HRC，芯部硬度為30-45HRC。20CrMnTi的工藝性能較好，鍛造后以正火來改善其切削加工性。此外，20 CrMnTi還具有較好的淬透性，由于合金元素鈦的影響，對過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。且滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小。適合于制造承受高速中載及沖擊、摩擦的重要零件，因此根據(jù)齒輪的工作條件選用20CrMnTi鋼是比較合適的。第3章 齒輪的加工3.1 加工方法插齒加工插齒加工在插齒機上進行，是相當(dāng)于一個齒輪

27、的插齒刀與齒坯按一對齒輪作嚙合運動而把齒形切成的?？砂巡妪X過程分解為：插齒刀先在齒坯上切下一小片材料，然后插齒刀退回并轉(zhuǎn)過一小角度，齒坯也同時轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度。之后，插齒刀又下插在齒坯上切下一小片材料。不斷重復(fù)上述過程。就是這樣，整個齒槽被一刀刀地切出，齒形則被逐漸地包絡(luò)而成。因此，一把插齒刀，可加工相同模數(shù)而齒數(shù)不同的齒形，不存在理論誤差。圖3-1插齒時的運動3.2齒輪毛坯 由于齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結(jié)構(gòu)形式與尺寸、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。常用的齒輪毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單的齒輪。（由于實際需求，本文使用的就是下料件）(2)鍛件用于重要而受力較

28、大的齒輪。(3)鑄鋼件用于直徑大或結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，不宜鍛造的齒輪。(4)鑄鐵件用于受力小，無沖擊的開式傳動的齒輪。圖3-2齒輪毛坯 3.3機械加工的階段由于齒輪的傳動精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。 3.4齒形的加工對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的最后加工階段，經(jīng)過這個階段就應(yīng)當(dāng)加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的

29、齒輪，必須在這個階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。應(yīng)予以特別注意。第4章 熱處理工藝 4.1熱處理階段在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達到規(guī)定的硬度要求。我們在齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩類熱處理工序： (1) 毛坯熱處理在齒坯加工前后安排預(yù)備熱處理正火或調(diào)質(zhì)。其主要目的是消除鍛造及粗加工所引起的殘余應(yīng)力，改善材料的切削性能和提高綜合力學(xué)性能。 (2) 齒面熱處理齒形加工完畢后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進行滲碳淬火，高頻淬火，碳氮共滲和氮化處理等熱處理工序。4.2齒形的精加工階段這個階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過淬火后所引起的齒形變形，進一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達到最終的精度要求。在這個階段中首先應(yīng)對定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會產(chǎn)生變形，