齿轮类

   机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。

   齿轮工作时的一般受力情况如下：

（1） 齿部承受很大的交变弯曲应力；

（2） 换当、启动或啮合不均匀时承受击力；

（3） 齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。

所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。据此，要求齿材料具有以下主要性能：

（1） 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；

（2） 齿面有高的硬度和耐磨性；

（3） 齿轮心部有足够高的强度和韧性。

 此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。

 下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。

（一）机床齿轮

   机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。只是在他度传动机构中要求较高的精度。

   机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市 频淬火具有变形小、生产率高等优点。

下面以C616机床中齿轮为例加以分析。

   1、高频淬火齿轮的工工艺线

            下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工→ 调质→ 精加工 → 高频淬火及回火 → 精磨

2、热处理工序的作用  正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。 对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。

调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。

高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火），这对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利。

3、齿轮高频淬火后的变形情况  齿轮高频淬火后，其变形一般表现为内孔缩小，外径不变或减小。齿轮外径与内径之比小于1.5时，内径略胀大；当齿轮有键槽时，内径向键槽方向胀大，形成椭圆形，齿间椭圆形，齿间亦稍有变形，齿形变化较小，一般表现为中间凹0.002~0.0005㎜。这些微小的变形对生产影响不大，因为一般机床用的7级精度齿轮，淬火回火后，均要经过滚光和推孔才成为成品。

高频淬火齿轮通常用含碳量为0.40~0.50%的碳钢或低合金钢（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生产时，一般要求精选含碳量以保证质量。45钢限制在0.42~0.47%C，40Cr钢限制在0.37~0.42%C。经高频淬火交低温回火后，淬硬层应为中碳回火马氏体，而心部则为毛坯热处理（正火或调质）后的组织。

（二）汽车、拖拉机齿轮

汽车、拖拉机齿轮主要分装在变速箱和差速器中，在变速箱中，通过它来改变发动机、典轴和主轴齿轮的速比；在差速器中，通过齿轮来增加扭转力钜并调节左右两车轮的转速，通过齿轮将发动机的动力传到主动轮，驱汽车、拖拉机运行。汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要繁重得多，困此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比机床齿轮为高。实践证明，汽车、拖拉机齿轮选用渗碳钢制造并经渗碳热处理后使用是较为合合适。

下面以JN-150型载重汽车（载重量为8000㎏）变速箱中第二轴的二、三档齿轮（如图）为例进行分析。

1、选用钢；汽车、拖拉机齿轮的生产特点是批量大、产量高，因此在选择用钢时，在满足机械性能的前提下，对工艺性必须给以足够的重视。

20CrMnTi 钢具有较高的机械性能。该钢在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为HRC58~62，心部硬度为HRC30~45。20CrMnTi 的工艺性能尚好。锻造后一般以正火改善其切削加工性。

20CrMnTi钢的热处理工艺性较好，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。此外尚有渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小等优点，这对制造形状复杂、要求变形小的齿轮零件来说是十分有利的。

20CrMnTi钢可制造截面在30㎜以下，承受高速中等载荷以及冲击、摩擦的重要零件，如齿轮、齿轮轴等各种渗碳零件。当含碳量在上限时，也可用于制造截面在40㎜以下，模数大于10的20CrMnTi齿轮等。

根据JN-150G型载重汽车变速箱中第二轴的二、三档齿轮的规格和工作条件，选用20CrMnTi钢制造是比较合适的。

2、二轴齿轮的工艺路线。

   下料→锻造→正火→机械加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨内孔及换档槽→装配

3、热处理工序的作用。

4、热处理技术条件和热处理工艺

   热处理技术条件：

渗碳层表面含碳量：0.8～1.05%C;

 渗碳层厚度：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。

  齿轮主要尺寸：

      齿数（Z）=32；模数（m）=5.5；

      公法线长度（L）=74.88-0.16 +0.24 ；键宽 =10-0.09 +0.03 。

        变形要求：

           齿部公法线摆动量小于0.055㎜；

           键宽的变形不超过0.005㎜；

           齿向的变形不超过0.017㎜。

热处理工艺：渗碳是在JT-75井式炉内进行。渗碳温度为920～940℃，确定为5小，渗碳后预冷至840～860℃直接淬火（油冷），淬火后再经≤200℃低温回火。

二轴齿轮经渗碳、淬火及低温回火后得到的统计结果台下：

表层含碳量：不超过1.05%

表面硬度（回火后）：HRC62～63

心部硬度（回火后）：HRC40～43

公法线长度胀大：0.02～0.04㎜

内孔缩小：0.05～0.1㎜

键宽缩小：0.05㎜

   根据上述变形规律，生产上进一步采用冷热加工配合的方法，使变形控制在要求的技条件范围之内。

   除高频淬火齿轮与渗碳齿轮外，尚有碳氮共渗齿轮；根据受力情况和性能要求不同，齿轮还可采用中碳合金进行调质并经氮化处理后使用；以及采用铸铁、铸钢制造齿轮。