直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺-燕山大学

直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺-燕山大学内容摘要：

热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； b) 铸铁，由于铸铁的抗 耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速不重复的开式传动，功率不大的齿轮，常用材料有 HT250,HT300 等，常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；。 c) 非金属材料，对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动，也可用非金属材料，加夹布胶木、尼龙等。 常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表 6— 4，适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 2) 热处理：应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工 艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在 30~50HBS 或更多。 a) 表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 4 40Cr 等，表面淬火后轮齿变形小，不可磨齿，硬度可达 52～ 56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。 a) 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量 ～ %的低碳钢和地碳合金钢，如 20C 等。 齿面硬度达 冀中职业学院毕业论文 7 到 56～ 62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高，常用于受冲击载荷的重要传动。 通常渗碳淬火或要磨齿。 b) 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 4 45C、 35SiMn 等。 调质处理后齿面硬度为： 220～ 260HBS。 因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。 c) 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。 d) 渗氮 渗氮是一种化学处理。 渗氮后齿面硬度可达 60～ 62HBC。 氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。 特点及应用：调质、正火处理后的硬度低， HBS 350,属于软齿面，工艺简单，用于一般传动。 当大小齿轮都是软齿面时。 因小轮齿很薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高 20～ 50HBS。 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。 其承载能力高，但一般需要磨齿。 常用于结构紧凑的场合。 所以为制造方便，才用软吃面，大小齿轮均用 45 钢，小齿轮调制处理 ，吃面硬度：229～ 286HBS,大齿轮正火处理，吃面硬度： 169～ 217HBS。 冀中职业学院毕业论文 8 直齿圆柱 齿轮毛坯材料的合理选择 在加工之前， 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 实际的 工作条件和材料的特点来选取。 在本文的一些条件下， 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。 可以知道的是， 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、铸钢冀中职业学院毕业论文 9 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。 满足材料的机械性能 在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。 齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。 因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 材料的经济性要求 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。 从材料 本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。 从齿轮生产过程的耗费来考虑。 首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。 其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本。 满足材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。 一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可 以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。 而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。 我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。 冀中职业学院毕业论文 10 直齿圆柱齿轮的计算 设计传递功率 P=10Kw，电动机驱动，小齿轮转速为 N1=1000r/min，传动比 i=4,单向转动，载荷平稳，使用寿命 10 年，单班制工作。 分析： (1)选择齿轮材料及精度等级 小齿轮选用 45 钢调质，硬度为 220～ 250HBS。 大齿轮选用 45 钢正火，硬度为 170～，由提供的材料知选 8级精度，要求齿面粗糙度 Ra=. (2)按齿面接触疲劳强度设计 银两齿轮均为钢质齿轮，可应用公式求出 d1的值，确定有关参数及系数： 1)转矩 T1 T1= 106 P/N1= 106 10/1000N mm= 104 2)载荷系数 K 查表知 K= 3)齿数 Z1和齿宽系数 ψ d 小齿轮的齿数 z1 取为 25，则大齿轮的 z2=，而齿轮齿面又为软齿面，由材料选取 ψ d=1。 4）许用接触应力 [σ H] 由图查得 σ Hlim1=560MPa, σ Hlim2=530MPa 由表查得 SH=1。 N1=60njLh=60 1000 1 (10 52 40)= 109 N2=N1/i= 109/4= 108 由图得 ZNT1=1， ZNT2=。 由式可得 [σ H]1= ZNT1σ Hlim1/SH=1 560/1MPa=560MPa [σ H]2= ZNT2σ Hlim2/ SH= 530/1MPa=562MPa 故 d1≥ 错误 !未找到引用源。 = 错误 !未找到引用源。 mm= m=错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 mm= 冀中职业学院毕业论文 11 由表取标准模数 m=. (3)计算主要尺寸 错误 !未找到引用源。 =m 错误 !未找到引用源。 = 25mm= 错误 !未找到引用源。 =m 错误 !未找到引用源。 = 100mm=250mm b=ψ d 错误 !未找到引用源。 =1 = 经圆整后取 b2=65mm. 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 +5mm=70mm a=错误 !未找到引用源。 m(z1+z2)=错误 !未找到引用源。 (25+100)mm = (4)按齿根弯曲疲劳强度较核 由上式得出 错误 !未找到引用源。 ，如 错误 !未找到引用源。 ≤ [错误 !未找到引用源。 ]则校核合格。 确定有关系数与参数： 1） 齿形系数 错误 !未找到引用源。 查表得 YF1=， YF2=。 2） 应力修正系数 错误 !未找到引用源。 查表得 YS1=， YS2= 3)许用弯曲应力 [错误 !未找到引用源。 ] 由图查得 错误 !未找到引用源。 =210MPa,错误 !未找到引用源。 =190MPa. 由表查得 错误 !未找到引用源。 =. 由图查得 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =1。 由上式可得 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 MPa=162MPa 错误 !未找到。