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机械男——齿轮知识之齿轮材料

机械设计理论知识 jixienan 1个月前 (06-12) 69次浏览 0个评论

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唠叨一句:人生根本不会像偶像剧里面演的那么美好,恰恰相反,人生有很多不美好,很多的遗憾,比如遇到喜欢的人却不能在一起,工作优秀的你,得不到领导提拔等等等等,人生再怎么成功都会有不如意的地方,这些东西都需要你自己面对,自己默默承受。人要成长就得丢得起面子,担得起责任,忍得起责任,受得了打击。

一、渗碳硬化钢

这是指低碳合金钢。含碳量为 0.15% ∼ 0.20% 的钢中添加了 Ni,Cr,Mo,Mn 等元素,通过渗碳淬火处理提高表面硬度后使用。

一般使用的材料如下表所示。

二、铝青铜铸造合金

三、青铜铸造合金

四、机械结构用碳素钢钢材

最为普及的材料。可以施加高频淬火处理。

五、铬钼钢钢材

经过淬火,回火,高频淬火后使用。

淬火

对轮齿表面进行硬化处理以提高轮齿强度。方法有很多,具有代表性的有以下几种。

渗碳淬火

渗碳 => 淬火 => 洗净 => 回火 => 喷砂处理 => 检查

【方法】

一般使用碳酸气进行气体渗碳。

– 表面硬度 ⋯⋯⋯ 55 – 60HRC

– 硬化深度 ⋯⋯⋯ 1.0 ㎜左右 (使用负载越大,硬化层就需越深)

低碳合金钢在渗碳环境中加热到转变点以上并保持这个温度,碳素从表面渗入。

【特点】

由表面到中心部,硬度由硬到软连续变化,所以表面硬而内部富有韧性。

    

左图 / 渗碳淬火炉                                                                           右图 / 齿轮的淬火层

高频淬火

【方法】

调质材 => 淬火 => 回火

【特点】

只有被感应圈所加热的周围产生硬化。

根据形状使用各种不同的感应器,不熟悉操作的话,会产生裂纹及翘曲变形。

为了防止淬火裂纹,使用含硫,含磷量少的材料。

通常,含碳量在 0.55% 以下的材料产生淬火裂纹的可能性比较小。

    


左图 / 淬火设备                                                                                                    右图 / 回火炉


总结:齿轮材料的选择主要取决于齿轮的用途、工作环境、载荷情况和制造工艺。以下是一些常见的齿轮材料及其适用场景:

1. 钢材

– 低碳钢(如AISI 1018, 1020):适用于轻载齿轮,易于加工和热处理。

– 中碳钢(如AISI 1045, 1050):适用于中等载荷齿轮,通常经过淬火和回火处理以提高硬度和强度。

– 合金钢(如AISI 4140, 4340):适用于高载荷齿轮,具有良好的韧性和疲劳强度,常用于汽车和工业机械中。

– 不锈钢(如AISI 304, 316):适用于耐腐蚀要求高的环境,如食品加工设备和化工机械。

2. 铸铁

– 灰铸铁(如GG25):适用于中等载荷、速度较低的齿轮,具有良好的减振性能。

– 球墨铸铁(如GGG40):适用于高载荷齿轮,具有更高的强度和韧性。

3. 有色金属

– 青铜(如锡青铜CuSn10):适用于低速、高负荷齿轮,具有良好的耐磨性和自润滑性能,常用于蜗轮。

– 黄铜(如CuZn40):适用于中低载荷齿轮,成本较低,易于加工。

4. 塑料

– 尼龙(如PA6, PA66):适用于低载荷、低速度的齿轮,具有自润滑性和耐腐蚀性,常用于家用电器和轻型机械。

– 聚酯(如PBT, PET):具有较好的机械强度和耐热性能,适用于中低载荷齿轮。

5. 复合材料

– 玻璃纤维增强尼龙:适用于中载荷齿轮,具有较高的强度和耐磨性,常用于汽车和电动工具中。

材料选择的考虑因素

– 载荷情况:高载荷齿轮需要选择高强度、高硬度的材料,如合金钢和球墨铸铁。

– 速度和摩擦:高速齿轮需要材料具有良好的耐磨性和低摩擦系数,如青铜和尼龙。

– 工作环境:腐蚀性环境需要选择耐腐蚀材料,如不锈钢和塑料。

– 成本和加工性:需要综合考虑材料成本和加工难度,低碳钢和黄铜加工性好且成本低,但强度较低。

选择齿轮材料时,需要根据具体的应用场景和需求综合考虑各项因素,以确保齿轮的性能和寿命满足设计要求。


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