典型零件的选用

2.典型零件选材及工艺路线

2.1齿轮齿轮主要用于传递扭矩和调节速度腹板式齿轮实心齿轮轮辐式齿轮2.1.1齿轮的工作条件

1.由于传递扭矩，齿根承受很大的变弯曲应力；2.换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；3.齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。2.1.2齿轮失效形式

1、轮齿折断

2、齿面疲劳点蚀

3、齿面磨损

4、齿面胶合

5、齿面塑性变形疲劳断裂2.齿面磨损3.齿面接触疲劳破坏在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小常常一齿断裂引起数齿甚至所有齿的断裂。

4.过载断裂是冲击载荷过大造成的断齿

2.1.2齿轮失效形式齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。

1.高的弯曲疲劳强度；2.高的接触疲劳强度和耐磨性；3.较高强度和冲击韧性；还要求有较好的热处理工艺性能，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。

2.2齿轮材料的性能要求齿轮类零件选材（金属材料）（1）锻钢为齿轮的主要材料。锻造可改善钢的组织并形成有益的加工流线，力学性能优良。重要用途的齿轮大多采用锻钢制造。主要包括：①低碳钢及低碳合金钢20、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等，可通过退火或正火来改善切削加工性能，通过渗碳后淬火＋低温回火来保证齿轮的使用性能。具有表面高硬度(56～62HRC)和高耐磨性、高的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限，心部具有足够高的强韧性；故适合于制造高速、大冲击的中载和重载齿轮。齿轮类零件选材（金属材料）（1）锻钢

②中碳钢及中碳合金钢

其中Q275只宜制作低速、轻载、无冲击的非重要齿轮，一般在正火状态直接使用；40、45钢可用作低中速、轻中载、小冲击的齿轮，依据具体工作条件不同，可在正火、调质、表面淬火状态下使用；40Cr、40MnB合金钢的综合力学性能优于40、45碳钢，可用做相对重要的齿轮，多在表面淬火状态使用，少数情况也可在调质状态使用。齿轮类零件选材（金属材料）（1）锻钢③中碳氮化钢40Cr、35CrMo、38CrMoAl钢，经调质处理后再表面渗氮处理，力学性能优良、变形微小，主要用做高精度、高速齿轮。齿轮类零件选材（金属材料）（2）铸钢铸钢齿轮的力学性能比锻钢差，较少使用，但对某些尺寸大(＞Ф500mm)、形状复杂的齿轮，采用铸钢较为合理。常用铸钢牌号有ZG270—500、ZG310—570、ZG40Cr等。铸钢齿轮加工后一般也是进行表面淬火＋低温回火处理，但对性能要求不高、低速齿轮，也可在调质状态、甚至正火状态下使用。齿轮类零件选材（金属材料）（3）铸铁灰铸铁齿轮具有优良的减摩性、减振性，工艺性能好且成本低，其主要缺点是强韧性欠佳，故多用于制作低速、轻载、不受冲击的非重要齿轮。常用牌号有HT200、HT250、HT350等；由于球墨铸铁的强韧性较好，故采用QT600-3、QT500-7代替部分铸钢齿轮的趋势越来越大。铸铁齿轮的热处理方法类似于铸钢齿轮。齿轮类零件选材（金属材料）§3典型零件选材与工艺分析

（4）非铁金属在仪器仪表及某些特殊条件下工作的轻载齿轮，由于有耐蚀、无磁、防爆等特殊要求，可采用一些耐磨性较好的有色金属材料制造，其中最主要的是铜合金，如黄铜(如H62)、铝青铜(如QAl9-4)、锡青铜(如QSn6.5-0.1)、硅青铜(如QSi3-1)等。齿轮类零件选材（典型齿轮选材）

1.机床齿轮运行平稳无强烈冲击、载荷不大、转速中等，对表面耐磨性和心部韧性要求不太高。大多采用碳钢(40、45钢)制造，经正火或调质处理后再进行表面淬火＋低温回火，其齿面硬度可达50HRC，齿心硬度为220～250HBS，可满足性能要求；对部分性能要求较高的齿轮，也可选用中碳合金钢(40Cr、40MnB、40MnVB等)制造，其齿面硬度可提高到58HRC左右、心部强韧性也有所改善；极少数高速、高精度、重载齿轮，还可选用中碳氮化钢(如35CrMo、38CrMoAlA等)进行表面渗氮处理制造。机床齿轮齿轮类零件选材（典型齿轮选材）

机床齿轮的简明加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工

→表面淬火＋低温回火→精磨正火可使锻造组织均匀化、便于切削加工、可作为表面淬火前的预备组织、并保证齿心的强韧性。调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能，改善齿心的强韧性进而使齿轮能承受较大的弯曲载荷和冲击载荷。表面淬火可提高齿轮表面的硬度，耐磨性和疲劳性能。低温回火的作用主要是消除淬火应力。齿轮类零件选材（典型齿轮选材）

2.汽车、拖拉机齿轮工作条件恶劣，特别是主传动系统中的齿轮；受力较大，易过载，变速时受到频繁的强烈冲击；对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求高，采用中碳钢表面淬火已难满足使用的需要；通常选用合金渗碳钢(20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo)制造，经渗碳淬火＋低温回火处理后，齿面硬度可达58～62HRC，心部硬度30～45HRC。对飞机、坦克等特别重要齿轮，则可采用高淬透性渗碳钢（如18Cr2Ni4WA）来制造。汽车、拖拉机齿轮齿轮类零件选材（典型齿轮选材）

采用20CrMnTi制造汽车齿轮，简明工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火＋低温回火→喷丸→磨削加工渗碳淬火处理可使齿面具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳性能，而心部保持良好的强韧性；喷丸作为进一步强化手段，可使齿面硬度提高1～3HRC，增加表层残余压应力，进而提高疲劳极限。总结：1.机床齿轮机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般可选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢。工艺路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及回火→精磨

冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT600－2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外，有的还可改用塑料齿轮。聚甲醛（或单体浇铸尼龙），工作时传动平稳，噪声减少，长期使用无损坏，且磨损很小。

总结：

2.汽车齿轮汽车齿轮功能—在变速箱中，通过它改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比；在差速器中，齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部发动机动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。工作条件—汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。选材—用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的是合金渗碳钢20CrMnTi，2.汽车齿轮工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→、淬火+低温回火→喷丸→磨削加工正火—可消除锻造应力，均匀组织，改善切削加工性，改善齿轮表面加工质量。渗碳、淬火及低温回火—表面高硬度、高耐磨性、接触疲劳抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。喷丸—增大表层压应力，提高疲劳强度，并清除氧化皮。总结：2.2轴减速器中的轴转轴转轴：机器中最常见的轴，简称为轴。工作时既承受弯矩又承受转矩。自行车的前轮轴固定心轴心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。铁路机车轮轴转动心轴汽车中联接变速箱与后桥之间的轴传动轴传动轴：用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴。曲轴、挠性钢丝轴根据轴线的形状的不同：轴又可分为：直轴、曲轴和挠性钢丝轴。轴类零件的工作条件1.主要受交变弯曲、扭转或弯曲、扭转应力的复合作用；2.轴与轴上零件有相对运动时相互间存在摩擦和磨损；3.轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷；4.多数轴会承受一定的过载载荷。轴类零件的失效方式1.疲劳断裂；2.过量变形甚至断裂；3.表面过度磨损等。轴类零件的失效方式轴类零件的性能要求1.良好的综合机械性能；2.高的疲劳强度；3.足够的淬透性；4.良好的切削加工性能。轴类零件选材（常用材料-钢铁）轴类零件选材（常用材料-钢铁）

1．锻钢优质中碳或中碳合金调质钢是轴类材料的主体：35、40、45、50(45钢最常见)等碳钢具有较高的综合力学性能且价格低廉，故应用广泛；对受力不大或不重要的轴，为进一步降低成本，也可采用Q235、Q255、Q275等普通碳钢制造；对受力较大、尺寸较大、形状复杂的重要轴，可选用综合力学性能更好的合金调质钢来制造，如40Cr、40MnVB等，对其中精度要求极高的轴要采用专用氮化钢（如38CrMoAlA）制造。轴类零件选材（常用材料-钢铁）

1．锻钢(续)

中碳钢轴的热处理特点是：正火或调质保证轴的综合力学性能(强韧性)，然后对易磨损的相对运动部位进行表面强化处理(表面淬火、渗氮或表面滚压、形变强化等)。少数情况下还可选用低碳钢或高碳钢来制造轴类零件。如当轴受到强烈冲击载荷作用时，宜用低碳钢（如20Cr、20CrMnTi）渗碳制造；而当轴所受冲击作用较小而相对运动部位要求更高的耐磨性时，则宜用高碳钢制造（如GCr15、9Mn2V等）。轴类零件选材（常用材料-钢铁）

2．铸钢形状复杂、尺寸较大的轴，可采用铸钢来制造，如ZG230-450。铸钢轴比锻钢轴的综合力学性能(主要是韧性)要低。3．铸铁由于大多数轴很少以冲击过载而断裂的形式失效，故近几十年来愈来愈多地采用球墨铸铁(如QT700-2)和高强度灰铸铁(HT350、KTZ550—06等)来代替钢作为轴(尤其是曲轴)的材料。铸铁轴的刚度和耐磨性不低，且具有缺口敏感性低、减振减摩、切削加工性好且生产成本低等优点，选材时值得重视。轴类零件选材（典型轴-机床主轴）机床主轴：

机床主轴承受弯-扭复合交变载荷、转速中等并承受一定的冲击载荷，一般选用45钢或40Cr钢制造(40Cr用于载荷较大、尺寸较大的轴)；对于承受重载、要求高精度、高尺寸稳定性及高耐磨性的主轴(如镗床主轴)，则须用38CrMoAlA钢经渗氮处理制造。45钢(或40Cr钢)机床主轴的简明加工路线为：下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工

→表面淬火＋低温回火→精磨→成品C620车床主轴简图调质220HB~250HB轴类零件选材（典型轴-机床主轴）该车床主轴可选用45钢。热处理工艺为调质处理，硬度要求为220HB－250HB；轴颈和锥孔进行表面淬火，硬度要求为52HRC。它的工艺路线如下：锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→表面淬火及低温回火→磨削加工。轴类零件选材（典型轴-机床主轴）轴类零件选材轴类零件选材轴类零件选材轴类零件选材轴类零件选材（典型材料）轴类零件选材（综述）①以刚度为主、轻载的轴，为降低成本，可选用碳钢(如45钢)、铸铁(如QT700-2)、普通质量碳钢(如Q275)制造；一般进行正火或调质处理，若提高相对运动部位的耐磨性，可表面淬火。②以耐磨性为主的轴，可选碳含量较高的钢(如65Mn、9Mn2V)或低碳钢(20Cr、20CrMnTi)渗碳制造，对其中精度有极高要求的轴，则应选38CrMoAlA渗氮制造。③主要受弯扭载荷的轴，无需选淬透性大的钢种，可选45、40Cr即可；而对受拉-压载荷的轴，当其尺寸较大、形状较复杂时，则应选用淬透性较高的钢种，如40CrNiMo。④主要受明显、强烈冲击的轴，宜用低碳钢渗碳制造。轴类零件材料总结1.优质碳素钢：35、40、45、50钢等，其中45钢最常用。一般要经正火、调质或表面淬火热处理。2.合金钢：20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等。采用合金钢必须采取相应的热处理。3.球墨铸铁或可锻铸铁：

QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。轴类零件材料总结刀具选材（机械切削刀具

）

1．车刀车刀是最常用的切削刀具，目前用于制造刀具的主要材料是高速钢和硬质合金两大类，其中高速钢应用最多、最广。刀具选材（机械切削刀具

）

2．丝锥与板牙