齒輪類

   機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)中，速度的調(diào)節(jié)和功率的傳遞主要靠齒輪機(jī)床、汽車和拖拉機(jī)中是一種十分重要、使用量很大的零件。

   齒輪工作時(shí)的一般受力情況如下：

（1） 齒部承受很大的交變彎曲應(yīng)力；

（2） 換當(dāng)、啟動(dòng)或嚙合不均勻時(shí)承受擊力；

（3） 齒面相互滾動(dòng)、滑動(dòng)、并承受接觸壓應(yīng)力。

所以，齒輪的損壞形式主要是齒的折斷和齒面的剝落及過(guò)度磨損。據(jù)此，要求齒材料具有以下主要性能：

（1） 高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度；

（2） 齒面有高的硬度和耐磨性；

（3） 齒輪心部有足夠高的強(qiáng)度和韌性。

 此外，還要求有較好的熱處理工藝性，如變形小，并要求變形有一定的規(guī)律等。

 下面以機(jī)床和汽車、拖拉機(jī)兩類齒輪為例進(jìn)行分析。

（一）機(jī)床齒輪

   機(jī)床中的齒輪擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)。一般機(jī)床中的齒輪精度大部分是7級(jí)精度（GB179-83規(guī)定，精度分12級(jí)，用1、2、3、……12表示，數(shù)字愈大者，精度愈低）。只是在他度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中要求較高的精度。

   機(jī)床齒輪的工作條件比起礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械中的齒輪來(lái)說(shuō)還屬于運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、負(fù)荷不大、條件較好的一類。實(shí)踐證明，一般機(jī)床齒輪選用中碳鋼制造，并經(jīng)高頻感應(yīng)熱處理，所得到的硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性能滿足要求，而縣市 頻淬火具有變形小、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。

下面以C616機(jī)床中齒輪為例加以分析。

   1、高頻淬火齒輪的工工藝線

            下料 → 鍛造 → 正火 → 粗加工→ 調(diào)質(zhì)→ 精加工 → 高頻淬火及回火 → 精磨

2、熱處理工序的作用  正火處理對(duì)鍛造齒輪毛坯是必需的熱處理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使組織均勻，消除鍛造應(yīng)力。 對(duì)于一般齒輪，正火處理也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。

調(diào)質(zhì)處理可以使齒輪具有較高的綜合機(jī)械性能，提高齒輪心部的強(qiáng)度和韌性，使齒輪能承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力。調(diào)質(zhì)后的齒輪由于組織為回火索氏體，在淬火時(shí)變形更小。

高頻淬火及低溫回火是賦予齒輪表面性能的關(guān)鍵工序，通過(guò)高頻淬火提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并使齒輪表面有壓應(yīng)力存在而增強(qiáng)了抗疲勞破壞的能力。為了消除淬火應(yīng)力，高頻淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火（或自行回火），這對(duì)防止研磨裂紋的產(chǎn)生和提高抗沖擊能力極為有利。

3、齒輪高頻淬火后的變形情況  齒輪高頻淬火后，其變形一般表現(xiàn)為內(nèi)孔縮小，外徑不變或減小。齒輪外徑與內(nèi)徑之比小于1.5時(shí)，內(nèi)徑略脹大；當(dāng)齒輪有鍵槽時(shí)，內(nèi)徑向鍵槽方向脹大，形成橢圓形，齒間橢圓形，齒間亦稍有變形，齒形變化較小，一般表現(xiàn)為中間凹0.002~0.0005㎜。這些微小的變形對(duì)生產(chǎn)影響不大，因?yàn)橐话銠C(jī)床用的7級(jí)精度齒輪，淬火回火后，均要經(jīng)過(guò)滾光和推孔才成為成品。

高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40~0.50%的碳鋼或低合金鋼（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生產(chǎn)時(shí)，一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45鋼限制在0.42~0.47%C，40Cr鋼限制在0.37~0.42%C。經(jīng)高頻淬火交低溫回火后，淬硬層應(yīng)為中碳回火馬氏體，而心部則為毛坯熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）后的組織。

（二）汽車、拖拉機(jī)齒輪

汽車、拖拉機(jī)齒輪主要分裝在變速箱和差速器中，在變速箱中，通過(guò)它來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)、典軸和主軸齒輪的速比；在差速器中，通過(guò)齒輪來(lái)增加扭轉(zhuǎn)力鉅并調(diào)節(jié)左右兩車輪的轉(zhuǎn)速，通過(guò)齒輪將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到主動(dòng)輪，驅(qū)汽車、拖拉機(jī)運(yùn)行。汽車、拖拉機(jī)齒輪的工作條件比機(jī)床齒輪要繁重得多，困此在耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度和沖擊韌性等方面的要求均比機(jī)床齒輪為高。實(shí)踐證明，汽車、拖拉機(jī)齒輪選用滲碳鋼制造并經(jīng)滲碳熱處理后使用是較為合合適。

下面以JN-150型載重汽車（載重量為8000㎏）變速箱中第二軸的二、三檔齒輪（如圖）為例進(jìn)行分析。

1、選用鋼；汽車、拖拉機(jī)齒輪的生產(chǎn)特點(diǎn)是批量大、產(chǎn)量高，因此在選擇用鋼時(shí)，在滿足機(jī)械性能的前提下，對(duì)工藝性必須給以足夠的重視。

20CrMnTi 鋼具有較高的機(jī)械性能。該鋼在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為HRC58~62，心部硬度為HRC30~45。20CrMnTi 的工藝性能尚好。鍛造后一般以正火改善其切削加工性。

20CrMnTi鋼的熱處理工藝性較好，有較好的淬透性。由于合金元素鈦的影響，對(duì)過(guò)熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。此外尚有滲碳速度較快，過(guò)渡層較均勻，滲碳淬火后變形小等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)制造形狀復(fù)雜、要求變形小的齒輪零件來(lái)說(shuō)是十分有利的。

20CrMnTi鋼可制造截面在30㎜以下，承受高速中等載荷以及沖擊、摩擦的重要零件，如齒輪、齒輪軸等各種滲碳零件。當(dāng)含碳量在上限時(shí)，也可用于制造截面在40㎜以下，模數(shù)大于10的20CrMnTi齒輪等。

根據(jù)JN-150G型載重汽車變速箱中第二軸的二、三檔齒輪的規(guī)格和工作條件，選用20CrMnTi鋼制造是比較合適的。

2、二軸齒輪的工藝路線。

   下料→鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨內(nèi)孔及換檔槽→裝配

3、熱處理工序的作用。

4、熱處理技術(shù)條件和熱處理工藝

   熱處理技術(shù)條件：

滲碳層表面含碳量：0.8～1.05%C;

 滲碳層厚度：0.8～1.3㎜;

 淬火后硬度：HRC≮59；

 回火后表面硬度：HRC58～64；

回火后心部硬度：HRC33～48。

  齒輪主要尺寸：

      齒數(shù)（Z）=32；模數(shù)（m）=5.5；

      公法線長(zhǎng)度（L）=74.88-0.16 +0.24 ；鍵寬 =10-0.09 +0.03 。

        變形要求：

           齒部公法線擺動(dòng)量小于0.055㎜；

           鍵寬的變形不超過(guò)0.005㎜；

           齒向的變形不超過(guò)0.017㎜。

熱處理工藝：滲碳是在JT-75井式爐內(nèi)進(jìn)行。滲碳溫度為920～940℃，確定為5小，滲碳后預(yù)冷至840～860℃直接淬火（油冷），淬火后再經(jīng)≤200℃低溫回火。

二軸齒輪經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果臺(tái)下：

表層含碳量：不超過(guò)1.05%

表面硬度（回火后）：HRC62～63

心部硬度（回火后）：HRC40～43

公法線長(zhǎng)度脹大：0.02～0.04㎜

內(nèi)孔縮?。?span style="font-family: 宋體; font-size: 16px; text-indent: 48px;">0.05～0.1㎜

鍵寬縮?。?span style="font-family: 宋體; font-size: 16px; text-indent: 48px;">0.05㎜

   根據(jù)上述變形規(guī)律，生產(chǎn)上進(jìn)一步采用冷熱加工配合的方法，使變形控制在要求的技條件范圍之內(nèi)。

   除高頻淬火齒輪與滲碳齒輪外，尚有碳氮共滲齒輪；根據(jù)受力情況和性能要求不同，齒輪還可采用中碳合金進(jìn)行調(diào)質(zhì)并經(jīng)氮化處理后使用；以及采用鑄鐵、鑄鋼制造齒輪。