齿轮材料的选择原则是什么
第4章齿轮习题答案
习 题（答案）1．选择题1）一般开式齿轮传动的主要失效形式是 3 。
（1）齿面胶合 （2）齿面疲劳点蚀 （3）齿面磨损或轮齿疲劳折断 （4）轮齿塑性变形2）高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是 1 。
（1）齿面胶合 （2）齿面疲劳点蚀 （3）齿面磨损 （4）轮齿疲劳折断3）材料为45钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为 2 。
（1）（45～50）HRC （2）（220～270）HBW （3）（160～180 ）HBW （4）（320～350）HBW 4）齿面硬度为（56～62）HRC 的合金钢齿轮的加工工艺过程为 3 。
（1）齿坯加工、淬火、磨齿、滚齿 （2）齿坯加工、淬火、滚齿、磨齿 （3）齿坯加工、滚齿、渗碳淬火、磨齿 （4）齿坯加工、滚齿、磨齿、淬火 5）齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在 2 。
（1）跑合阶段 （2）稳定性磨损阶段 （3）剧烈磨损阶段 （4）齿面磨料磨损阶段 6）对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般 4 。
（1）按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度（2）按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 （3）只需按接触强度设计 （4）只需按弯曲强度设计7）一对标准直齿圆柱齿轮，已知1z =18，2z =72，则这对齿轮的接触应力 3 。
（1）H2H1σσ> （2）H2H1σσ<（3）H2H1σσ= （4）H2H1σσ≤ 8）一对标准渐开线圆柱齿轮要正确啮合时，它们的 2 必须相等。
（1）直径 （2）模数（3）齿宽 （4）齿数9）设计闭式硬齿面齿轮传动时，若直径一定，则应取较少齿数，使模数增大以 2 。
（1）提高齿面接触强度 （2）提高齿根弯曲疲劳强度 （3）减少加工切削量，提高生产率 （4）提高抗塑性变形能力10）在直齿圆柱齿轮设计中，若中心距保持不变，而把模数增大，则可以 2 。
（1）提高齿面接触强度 （2）提高轮齿的弯曲强度 （3）弯曲与接触强度均可提高 （4）弯曲与接触强度均不变11）当 4 ，则齿根弯曲强度增大。
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析介绍了齿轮常用材料及典型齿轮的热处理工艺，结合常用齿轮材料的性能特点，总结了齿轮材料选用原则及热处理工艺与提高其承载能力以及延长使用寿命之间的关系，旨在通过理论来指导实践。
标签：齿轮材料；热处理；性能；承载能力引言齿轮作为传动系统中应用非常广泛的零件，在工作时，所受应力往往是非常复杂的，一是需要承受齿轮齿根部的循环往复的弯曲应力，二还要考虑接触应力以及齿面之间的相互接触所带来的不良影响，同时具有较强的摩擦齿面，齿轮啮合时，它会吸收一定量的冲击载荷。
齿轮使用过程应避免齿面磨损太多，甚至以断齿、疲劳点蚀形式失效。
合适的热处理工艺能提高齿轮的耐磨性、承载能力和使用寿命，热处理后的齿轮具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀），齿面具有较高的硬度和耐磨性，齿轮心部具有足够的强度和韧性[1]。
齿轮材料的选择以及相关的热处理工艺无论是对于齿轮的质量，又或者是齿轮的使用性能都会产生很大的影响。
比较常用的热处理工艺包括：表面淬火、碳氮共渗、渗碳、渗氮、回火、正火等。
而对于齿轮材料的选择，锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等都是非常理想的选择。
1 齿轮材料及热处理工艺1.1 锻钢根据齿面的软硬程度，钢制齿轮包括软齿面齿轮和硬齿面齿轮，它们之间的分界线是布氏硬度为350HBS的时候，大于350HBS为硬齿面，反之则是软齿面。
1.1.1 软齿面齿轮软尺面齿轮，工艺路线：锻造毛坯→正火→粗车→调质、精加工。
常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB等。
软齿面齿轮的特点：性能优良，齿面本身的硬度、强度都理想，齿心的韧性好；热处理后切齿精度可达8级；制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。
1.1.2 硬齿面齿轮（1）采用中碳钢时的加工工艺过程为：锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→高、中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。
常用材料：45、40Cr、40CrNi。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理The document was finally revised on 2021齿轮材料选择及其热处理摘要：齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件，是机械传动中应用最广泛的零件之一。
在齿轮的制造过程中,合理选择材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。
关键词：齿轮材料热处理工艺一、齿轮结构：二、齿轮的分类：按其外形分为：圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、、蜗杆蜗轮按齿线形状分为：直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮按轮齿所在的表面分为：外齿轮、内齿轮按制造方法可分为：铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮三、常用齿轮材料及热处理工艺的选择:1)高承载能力的重要齿轮，如汽车、拖拉机、矿山机械及航空发动机等齿轮汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中，推动汽车、拖拉机运行,所以传递功率、冲击力及摩擦压力都很大, 工作条件比较差。
因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比较高，因此选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。
小模数齿轮一般采用20Cr和20CrMnTi,而较大模数齿轮采用30CrMnTi 钢。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工、半精加工——渗碳+ 淬火+ 低温回火——喷丸——校正——精加工2)中等承载能力的齿轮，主要用于切削机床齿轮机床齿轮大多用于齿轮箱,传递动力,改变运动速度和方向,工作条件相对较好,载荷不大,工作平稳无强烈冲击,转速也不高,属工作条件较好的齿轮。
因此,要求综合力学性能好,一般选用调质钢制造, 如40 钢、45 钢、40Cr、40SiMn 等。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火+ 低温回火——磨削3)较低承载能力的齿轮较低承载能力的齿轮一般选用中碳钢(40、45)或低合金中碳钢(40Cr、40Mn、40MnB等)制造,进行调质处理,调质后硬度约为200～300HB。
齿轮的设计准则
齿轮的设计准则
齿轮是一种常用的传动方式，广泛应用于各种机械设备中，如工程机械、汽车、铁路车辆等。
为了确保齿轮的正常运行和使用寿命，需要遵循一些设计准则，下面就来介绍一下：
1.统一模数化设计：齿轮传动时，相邻的两个齿轮的模数应该相同，这样才能保证其配合良好。
同时还可以方便齿轮的制造和维修。
2.正确选择齿轮类型：不同类型的齿轮适用于不同的工况，应根据实际情况选择合适的齿轮类型。
例如，行星齿轮适用于高扭矩和高转速的传动，而斜齿轮适用于低噪音要求的传动。
3.合理设计齿数：齿轮的齿数应该尽量的多，这样可以减小每个齿轮的载荷和相邻齿轮轮齿之间的力矩。
同时还能降低噪音和振动，提高传动效率。
4.确定齿轮轴距：齿轮传动时，齿轮轴的距离应该保持一定的范围。
如果距离过于靠近，会导致载荷和摩擦增大，使得齿轮易损坏；如果距离过大，则传动效率会降低。
5.切向力计算：齿轮传动时，切向力是合成力中的一种，在设计时必须考虑到。
切向力的大小直接影响到齿轮的寿命和耐久性，应该尽可能地降低切向力的大小。
6.齿轮材料选择：齿轮的材料应该具有高弹性模量和高强度，同时还能提供一定的韧性和耐磨性。
常用的齿轮材料有钢、铸铁、铜合金等。
7.提高齿面硬度：齿轮的齿面硬度对其使用寿命和传动效率有着决定性影响。
为了提高齿轮的齿面硬度，可以采用淬火、磨削等加工方式。
以上就是齿轮的设计准则，通过遵循这些准则可以保证齿轮的正常运转和使用寿命，并且提高传动效率和降低噪音振动。
齿轮材料的选择原则是什么
(1)齿轮铸件材料的选择原则1)轮齿表面层要具有足够的硬度和耐磨性。
2)对于承受交变载荷和冲击载荷的齿轮，基体要具有足够的抗弯强度与韧性。
3)要具有良好的工艺性，不但易于切削加工，且热处理性能好。
4)在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。
(2)铸铁材料及其特点、用途因为铸铁中存在的游离石墨和多孔性结构．所以齿轮的耐磨性良好、噪声小、成本低，可在许多负荷不大、工作条件不苛刻的蜗轮传动中替换铜合金蜗轮。
常用的铸铁主要包括：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等四种。
最常用的是灰铸铁和球墨铸铁。
1)灰铸铁。
其抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造、易切削，具有良好的耐磨性和消振性，成本低。
可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。
2)球墨铸铁及其热处理。
其性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。
主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。
(3)铸造毛坯的预备热处理工艺。
铸坯需进行退火，也可进行正火+回火，调质处理。
机械原理及设计思考题练习题 (17)
第十章 齿轮传动1.直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮的优缺点各是什么？各适用何场合？2.齿轮传动的主要失效形式有几种？其发生的原因和防止措施各是什么？3.齿轮材料的选择原则是什么？软、硬齿面有什么区别？4.齿轮的工作载荷与计算载荷有什么关系？要考虑哪些因素的影响？5.齿数和齿宽系数对齿轮传动的承载能力有何影响？应如何选取？6. 试分析题6图.所示齿轮传动中各齿轮所受的力（在啮合点画出其三个分力）。
题6图. 齿轮传动力分析7.题7图.为两级斜齿圆柱齿轮减速器，动力由Ⅰ轴输入，Ⅲ轴输出，齿轮1的螺旋线方向及Ⅲ轴转向如图。
求：（1）为使载荷沿齿向分布均匀，运动应从轴Ⅰ的哪一端输入，从轴Ⅲ的哪一端输出？ （2）为使轴Ⅱ的轴承所受轴向力最小，其余各齿轮的螺旋线方向如何？ （3）标出齿轮2、3所受各分力的大小和方向。
题7图.两级斜齿圆柱齿轮减速器题8图. 齿轮传动应力循环特性分析8. 如图题8图.所示齿轮传动，试分析以下两种情况下各齿轮所受的齿面接触应力和齿根弯曲应力的循环特性。
（1）齿轮B 为“惰轮”，齿轮A 为主动轮，齿轮C 为从动轮； （2）齿轮B 为主动轮，齿轮A 和齿轮C 均为从动轮。
9. 有两对直齿圆柱齿轮传动，齿轮参数见下表，齿轮的材料、精度以及齿轮传动的工作条件均相同，则该两对齿轮传动的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度相比较，哪对齿轮传动较好？z 1 z 2 m a b 1 20 70 4 180 80 24014021808010.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=2.5mm ，齿数Z 1＝24，Z 2＝115，若已知〔σH 〕1=590Mpa, 〔σH 〕2 =470Mpa, 〔σF 〕1 =321.4Mpa, 〔σF 〕2 =278.6Mpa, ，且小齿轮齿根弯曲应力σF1 =67.3Mpa, 齿面接触应力σH1 =550.2Mpa 已知, Y Fa1Y sa1=4.187, Y Fa2Y sa2=3.906,试问：（1）大齿轮的σF2 和σH2 为多少？（2）哪个齿轮的齿面接触疲劳强度弱？哪个齿轮的齿根弯曲疲劳强度弱？为什么？ 11.设计一对斜齿圆柱齿轮传动。
9.41齿轮的材料及其选择原则
09-4齿轮的材料及其选择原则材料要求表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能、价格↓。
常用材料锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料1、锻钢1）软齿面齿轮：HBW≤350中碳钢：40、45、50、55 等中碳合金钢：40C r、40M n B、20C r特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本低，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。
加工工艺：锻坯——加工毛坯——热处理（正火、调质HBW160~300）——切齿精度7、8、9级。
2）硬齿面齿轮：HBW＞350低碳、中碳钢：20、45等低碳、中碳合金钢：20C r、20C r M n T i、20M n B等特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。
加工工艺：锻坯——加工毛坯——切齿——热处理（表面淬火、渗碳、氮化、氰化）——磨齿（表面淬火、渗碳）。
若氮化、氰化：变形小，不磨齿。
专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。
2、铸钢用于d＞400~600mm的大尺寸齿轮；不重要的，批量生产的齿轮。
3、铸铁用于低速、无冲击和大尺寸的场合。
4、非金属材料材料的选择原则1、按不同工况选材。
2、中低速、中低载齿轮传动：大、小齿轮齿面有一定硬度差，HBW1=HBW2+（20~50）。
1）使大、小齿轮寿命接近；2）减摩性、耐磨性好；3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。
3、有良好的加工工艺性，便于齿轮加工。
1）大直径d＞400 用ZG2）大直径齿轮：齿面硬度不宜太高，HBW＜200，以免中途换刀4、材料易得、价格合理。
举例：起重机减速器：小齿轮45钢调质 HBW230~260大齿轮45钢正火 HBW180~210机床主轴箱：小齿轮40C r或40M n B 表淬 HRC50~55大齿轮40C r或40M n B 表淬 HRC45~50 常用材料、热处理硬度和应用举例见下表表4-2 常用材料、热处理硬度和应用举例09-5圆柱齿轮传动的几何计算（略）。
齿轮常用材料
齿轮常用材料
齿轮是机械传动中常见的零部件，常用于改变轴线方向、传递动力和扭矩等。
齿轮的材料选择直接影响到齿轮的使用性能和寿命。
在实际应用中，常用到以下几种齿轮常用材料：
1. 碳素钢：碳素钢是一种普遍使用的齿轮材料。
它具有良好的可加工性、硬度和耐磨性。
碳素钢齿轮通常适用于低速和中速传动系统。
2. 铁素体不锈钢：铁素体不锈钢具有良好的耐蚀性和耐磨性，适用于一些要求耐蚀和强度较高的环境下。
不锈钢齿轮通常用于化工设备、食品加工设备等领域。
3. 铝合金：铝合金齿轮具有重量轻、高比强度和导热性好等特点。
它们通常用于航空航天、汽车和摩托车等领域，以减轻整体重量和提高传动效率。
4. 青铜：青铜齿轮具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于高速和高负荷的传动系统。
常见的青铜齿轮材料包括锡青铜、铝青铜和磷青铜等。
5. 铸铁：铸铁齿轮具有良好的耐磨性和强度，适用于大型和重负荷的传动系统。
它们通常用于钢铁、煤矿等行业。
6. 塑料：塑料齿轮具有良好的减震和减噪性能，重量轻且不需要润滑。
它们通常用于一些需要减少噪音和振动的设备，如家用电器、办公设备等。
7. 复合材料：复合材料齿轮是由两种或多种材料组合而成的，通常具有更好的机械性能和磨擦性能。
它们广泛应用于航天、汽车、电力等领域。
总之，齿轮的材料选择应根据具体的使用环境和要求进行，兼顾材料的硬度、耐磨性、耐蚀性、强度等性能，以确保齿轮的正常工作和长期使用。
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齿轮材料的选择原则
齿轮的材料及其选择原则
由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。
因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。
(一)常用的齿轮材料
1(钢
钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。
(1)锻钢
除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在0. 15%~0.6%的碳钢或合金钢。
制造齿轮的锻钢可分为:
1)经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。
、
对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用软齿面(硬度?350 HBS)以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。
因此，应将齿轮毛坯经过常化(正火)或调质处理后切齿。
切制后即为成品。
其精度一般为8级，精切时可达7级。
这类齿轮制造简便、经济、生产率高。
2)需进行精加工的齿轮所用的锻钢。
高速、重载及精密机器(如精密机床、航空发动机)所用的主要齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度(如58~ 65 HRC)外，还应进行磨齿等精加工。
需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行
精加工，精度可达5级或4级。
这类齿轮精度高，价格较贵，所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。
所用材料视具体要求及热处理方法而定。
合金钢材根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。
所以对于既是高速、重载，又要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi、20Cr2Ni4A等)来制造。
由于硬齿面齿轮具有力学性能高、结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家在一般机械中也普遍采用了中、硬齿面的齿轮传动。
(2)铸钢
铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。
铸钢常用于尺寸较大的齿轮。
2(铸铁
灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。
灰铸铁齿轮常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。
3(非金属材料
对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料(如夹布塑胶、尼龙等)做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。
为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250—350 HBS。
常用的齿轮材料及其力学性能列于表10 -1。
(二)齿轮材料的选择原则
齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考:
1)齿轮材料必须满足工作条件的要求。
例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合金钢;矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料;家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声，以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。
总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。
2)应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。
大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。
中等或中等以下尺寸要求较
高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。
尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢做毛坯。
齿轮表面硬化的方法有:渗碳、氮化和表面淬火。
采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料;氮化钢和调质钢能采用氮化工艺;采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。
3)正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷;调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。
4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
5)飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。
6)金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30—50 HBS或更多。
当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差(如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质)，且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。
因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。