齒輪類

   機床、汽車(chē)、拖拉機中(zhōng)，速度的調節和功率的傳遞主要靠齒輪機床、汽車(chē)和拖拉機中(zhōng)是一(yī)種十分(fēn)重要、使用量很大(dà)的零件。

   齒輪工(gōng)作時的一(yī)般受力情況如下(xià)：

（1） 齒部承受很大(dà)的交變彎曲應力；

（2） 換當、啓動或齧合不均勻時承受擊力；

（3） 齒面相互滾動、滑動、并承受接觸壓應力。

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

（1） 高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度；

（2） 齒面有高的硬度和耐磨性；

（3） 齒輪心部有足夠高的強度和韌性。

 此外(wài)，還要求有較好的熱處理工(gōng)藝性，如變形小(xiǎo)，并要求變形有一(yī)定的規律等。

 下(xià)面以機床和汽車(chē)、拖拉機兩類齒輪爲例進行分(fēn)析。

（一(yī)）機床齒輪

   機床中(zhōng)的齒輪擔負着傳遞動力、改變運動速度和運動方向的任務。一(yī)般機床中(zhōng)的齒輪精度大(dà)部分(fēn)是7級精度（GB179-83規定，精度分(fēn)12級，用1、2、3、……12表示，數字愈大(dà)者，精度愈低）。隻是在他度傳動機構中(zhōng)要求較高的精度。

   機床齒輪的工(gōng)作條件比起礦山機械、動力機械中(zhōng)的齒輪來說還屬于運轉平穩、負荷不大(dà)、條件較好的一(yī)類。實踐證明，一(yī)般機床齒輪選用中(zhōng)碳鋼制造，并經高頻(pín)感應熱處理，所得到的硬度、耐磨性、強度及韌性能滿足要求，而縣市 頻(pín)淬火(huǒ)具有變形小(xiǎo)、生(shēng)産率高等優點。

下(xià)面以C616機床中(zhōng)齒輪爲例加以分(fēn)析。

   1、高頻(pín)淬火(huǒ)齒輪的工(gōng)工(gōng)藝線

            下(xià)料 → 鍛造 → 正火(huǒ) → 粗加工(gōng)→ 調質→ 精加工(gōng) → 高頻(pín)淬火(huǒ)及回火(huǒ) → 精磨

2、熱處理工(gōng)序的作用  正火(huǒ)處理對鍛造齒輪毛坯是必需的熱處理工(gōng)序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工(gōng)，并使組織均勻，消除鍛造應力。 對于一(yī)般齒輪，正火(huǒ)處理也可作爲高頻(pín)淬火(huǒ)前的最後熱處理工(gōng)序。

調質處理可以使齒輪具有較高的綜合機械性能，提高齒輪心部的強度和韌性，使齒輪能承受較大(dà)的彎曲應力和沖擊力。調質後的齒輪由于組織爲回火(huǒ)索氏體(tǐ)，在淬火(huǒ)時變形更小(xiǎo)。

高頻(pín)淬火(huǒ)及低溫回火(huǒ)是賦予齒輪表面性能的關鍵工(gōng)序，通過高頻(pín)淬火(huǒ)提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并使齒輪表面有壓應力存在而增強了抗疲勞破壞的能力。爲了消除淬火(huǒ)應力，高頻(pín)淬火(huǒ)後應進行低溫回火(huǒ)（或自行回火(huǒ)），這對防止研磨裂紋的産生(shēng)和提高抗沖擊能力極爲有利。

3、齒輪高頻(pín)淬火(huǒ)後的變形情況  齒輪高頻(pín)淬火(huǒ)後，其變形一(yī)般表現爲内孔縮小(xiǎo)，外(wài)徑不變或減小(xiǎo)。齒輪外(wài)徑與内徑之比小(xiǎo)于1.5時，内徑略脹大(dà)；當齒輪有鍵槽時，内徑向鍵槽方向脹大(dà)，形成橢圓形，齒間橢圓形，齒間亦稍有變形，齒形變化較小(xiǎo)，一(yī)般表現爲中(zhōng)間凹0.002~0.0005㎜。這些微小(xiǎo)的變形對生(shēng)産影響不大(dà)，因爲一(yī)般機床用的7級精度齒輪，淬火(huǒ)回火(huǒ)後，均要經過滾光和推孔才成爲成品。

高頻(pín)淬火(huǒ)齒輪通常用含碳量爲0.40~0.50%的碳鋼或低合金鋼（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生(shēng)産時，一(yī)般要求精選含碳量以保證質量。45鋼限制在0.42~0.47%C，40Cr鋼限制在0.37~0.42%C。經高頻(pín)淬火(huǒ)交低溫回火(huǒ)後，淬硬層應爲中(zhōng)碳回火(huǒ)馬氏體(tǐ)，而心部則爲毛坯熱處理（正火(huǒ)或調質）後的組織。

（二）汽車(chē)、拖拉機齒輪

汽車(chē)、拖拉機齒輪主要分(fēn)裝在變速箱和差速器中(zhōng)，在變速箱中(zhōng)，通過它來改變發動機、典軸和主軸齒輪的速比；在差速器中(zhōng)，通過齒輪來增加扭轉力钜并調節左右兩車(chē)輪的轉速，通過齒輪将發動機的動力傳到主動輪，驅汽車(chē)、拖拉機運行。汽車(chē)、拖拉機齒輪的工(gōng)作條件比機床齒輪要繁重得多，困此在耐磨性、疲勞強度、心部強度和沖擊韌性等方面的要求均比機床齒輪爲高。實踐證明，汽車(chē)、拖拉機齒輪選用滲碳鋼制造并經滲碳熱處理後使用是較爲合合适。

下(xià)面以JN-150型載重汽車(chē)（載重量爲8000㎏）變速箱中(zhōng)第二軸的二、三檔齒輪（如圖）爲例進行分(fēn)析。

1、選用鋼；汽車(chē)、拖拉機齒輪的生(shēng)産特點是批量大(dà)、産量高，因此在選擇用鋼時，在滿足機械性能的前提下(xià)，對工(gōng)藝性必須給以足夠的重視。

20CrMnTi 鋼具有較高的機械性能。該鋼在滲碳淬火(huǒ)低溫回火(huǒ)後，表面硬度爲HRC58~62，心部硬度爲HRC30~45。20CrMnTi 的工(gōng)藝性能尚好。鍛造後一(yī)般以正火(huǒ)改善其切削加工(gōng)性。

20CrMnTi鋼的熱處理工(gōng)藝性較好，有較好的淬透性。由于合金元素钛的影響，對過熱不敏感，故在滲碳後可直接降溫淬火(huǒ)。此外(wài)尚有滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火(huǒ)後變形小(xiǎo)等優點，這對制造形狀複雜(zá)、要求變形小(xiǎo)的齒輪零件來說是十分(fēn)有利的。

20CrMnTi鋼可制造截面在30㎜以下(xià)，承受高速中(zhōng)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。當含碳量在上限時，也可用于制造截面在40㎜以下(xià)，模數大(dà)于10的20CrMnTi齒輪等。

根據JN-150G型載重汽車(chē)變速箱中(zhōng)第二軸的二、三檔齒輪的規格和工(gōng)作條件，選用20CrMnTi鋼制造是比較合适的。

2、二軸齒輪的工(gōng)藝路線。

   下(xià)料→鍛造→正火(huǒ)→機械加工(gōng)→滲碳、淬火(huǒ)及低溫回火(huǒ)→噴丸→磨内孔及換檔槽→裝配

3、熱處理工(gōng)序的作用。

4、熱處理技術條件和熱處理工(gōng)藝

   熱處理技術條件：

滲碳層表面含碳量：0.8～1.05%C;

 滲碳層厚度：0.8～1.3㎜;

 淬火(huǒ)後硬度：HRC≮59；

 回火(huǒ)後表面硬度：HRC58～64；

回火(huǒ)後心部硬度：HRC33～48。

  齒輪主要尺寸：

      齒數（Z）=32；模數（m）=5.5；

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

        變形要求：

           齒部公法線擺動量小(xiǎo)于0.055㎜；

           鍵寬的變形不超過0.005㎜；

           齒向的變形不超過0.017㎜。

熱處理工(gōng)藝：滲碳是在JT-75井式爐内進行。滲碳溫度爲920～940℃，确定爲5小(xiǎo)，滲碳後預冷至840～860℃直接淬火(huǒ)（油冷），淬火(huǒ)後再經≤200℃低溫回火(huǒ)。

二軸齒輪經滲碳、淬火(huǒ)及低溫回火(huǒ)後得到的統計結果台下(xià)：

表層含碳量：不超過1.05%

表面硬度（回火(huǒ)後）：HRC62～63

心部硬度（回火(huǒ)後）：HRC40～43

公法線長度脹大(dà)：0.02～0.04㎜

内孔縮小(xiǎo)：0.05～0.1㎜

鍵寬縮小(xiǎo)：0.05㎜

   根據上述變形規律，生(shēng)産上進一(yī)步采用冷熱加工(gōng)配合的方法，使變形控制在要求的技條件範圍之内。

   除高頻(pín)淬火(huǒ)齒輪與滲碳齒輪外(wài)，尚有碳氮共滲齒輪；根據受力情況和性能要求不同，齒輪還可采用中(zhōng)碳合金進行調質并經氮化處理後使用；以及采用鑄鐵、鑄鋼制造齒輪。