直齿圆柱轮的的选材及热处理工艺安排

平顶山工业职业技术学院直齿圆柱轮的的选材及热处理工艺安排(说明书)辅导老师：成绩：院系：机械工程学院专业：焊接技术及自动化姓名：学号：20132001097平顶山工业职业技术学院2014年12月23日0目录概述·····························································1第1章直齿圆柱齿轮的设计·································21.1齿轮的基础知识···········································21.2标准直齿圆柱齿轮外啮合几何尺寸计算···············2第2章齿轮材料的合理选择·······························32.1齿轮材料的选择原则·····································32.2选择材料所要满足的条件·································4第3章齿轮的加工···········································43.1加工方法插齿加工·······································43.2齿轮毛坯···················································53.3机械加工的阶段···········································63.4齿形的加工················································6第4章热处理工艺············································64.1热处理阶段················································64.2齿形的精加工阶段········································7第5章防锈和包装入库·····································75.1基本流程·················································7结束语···························································8参考文献··················································9平顶山工业职业技术学院1概述齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度，它是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200年的手工制作阶段，18世纪后的机械仿形阶段，19世纪后的机械范成加工阶段以及20世纪80年代至今的数控技术加工阶段。近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨-珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工技术必定会朝着数控化、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。平顶山工业职业技术学院2第1章直齿圆柱齿轮的设计1.1齿轮的基础知识1、齿轮机构的优点有：（1）齿轮机构传别可达100000kw、300m/s。（2）齿轮机构的传动比恒定，寿命长，工作可递的功率和圆周速度分靠性高。（3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。2、齿轮机构的缺点有（1）齿轮机构得制造成本过高（2）齿轮机构不适用于远距离的传动。（3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。1.2标准直齿圆柱齿轮外啮合几何尺寸计算（1）分度圆、模数和压力角我们把齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以d表示。相邻两齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以p表示，p=πd/z，z为齿数。齿距p与π的比值p/π称为模数，以m表示（模数是齿轮的基本参数）。由此可知：齿距p=mπ度圆直径d=mz我们把渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角称为分度圆压力角，简称压力角，国家规定标准压力角=20°。（2）齿距、齿厚和槽宽齿距p分为齿厚s和槽宽e两部分，即s+e=p=πm标准齿轮的齿厚和槽宽相等，即s=e=πm/2齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。（3）齿顶高、顶隙和齿根高由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用ha表示ha=ha*m两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，以c表示c=c*m由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用hf表示hf=ha+c=（ha*+c*）m式中ha*、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制ha*=1、c*=0.25，短齿制ha*=0.8、c*=0.3。由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用h表示h=ha+hf=（2ha*+c*）m齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。表1-1渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式名称符号计算公式齿距pp=mπ平顶山工业职业技术学院3齿厚ss=πm/2槽宽ee=πm/2齿顶高haha=ha*m齿根高hfhf=ha+c=（ha*+c*）m全齿高hh=ha+hf=（2ha*+c*）m分度圆直径dd=mz齿顶圆直径dada=d+2ha=m（z+2ha*）齿根圆直径dfdf=d­2hf=m（z­2ha*­2c*）基圆直径dbdb=dcos=mzcos中心距aa=m（z1+z2）/2（4）基圆内无渐开线图1-1渐开线的形成及压力角图1-2渐开线形状与基圆大小的关系第2章齿轮材料的合理选择2.1齿轮材料的选择原则齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的平顶山工业职业技术学院4生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。2.2选择材料所要满足的条件1、满足材料的机械性能材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。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点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此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。另一方面，根据材料的使用性能确定了材料牌号后。要明确材料的机械性能或材料硬度，然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能。如材料为40Cr合金钢的齿轮，当840-860℃油淬，540-620℃回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880℃油淬，240—280℃回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560℃氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。2、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，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。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。但强度不够高，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、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。例如汽车变速箱中的齿轮选择20CrMnTi钢，该钢具有较高的机械性能，在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC，芯部硬度为30-45HRC。20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外，20CrMnTi还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi钢是比较合适的。第3章齿轮的加工3.1加工方法插齿加工插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作平顶山工业职业技术学院5啮合运动而把齿形切成的。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被一刀刀地切出，齿形则被逐渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，不存在理论误差。3.2齿轮毛坯由于齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。（由于实际需求，本文使用的就是下料件）(2)锻件用于重要而受力较大的齿轮。(3)铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。(4)铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。图3-1插齿时的运动平顶山工业职业技术学院63.3机械加工的阶段由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。3.4齿形的加工对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。第4章热处理工艺4.1热处理阶段在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。我们在齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序：(1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理—正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。图3-2齿轮毛坯平顶山工业职业技术学院7(2)齿面热处理齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。4.2齿形的精加工阶段这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。第5章防锈和包装入库5.1基本流程1、清洗进行清洗作业，具体操作要求可以见表1。工序名称组成使用比例(%)温度(℃)操作要求备注清洗JQL-2金属液体清洗剂1.5~2.5%55~75零件须排放整齐,不能重叠、堆积，凡有盲孔部位均朝下摆放。时间按链带速度HJ921A清洗剂漂洗HT-309水剂防锈剂2%注：将它配制完后用糖量计测得实际浓度应为0.4~0.7%，在清洗过程中，测量所得浓度逐渐累积增加。HJ921A清洗剂仅限用于工变分厂。表12、吹干半成品零件经清洗、漂洗后，用压缩空气或电风扇将积