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齒輪類
機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)中,速度的調(diào)節(jié)和功率的傳遞主要靠齒輪機(jī)床、汽車和拖拉機(jī)中是一種十分重要、使用量很大的零件。
齒輪工作時(shí)的一般受力情況如下:
(1) 齒部承受很大的交變彎曲應(yīng)力;
(2) 換當(dāng)、啟動(dòng)或嚙合不均勻時(shí)承受擊力;
(3) 齒面相互滾動(dòng)、滑動(dòng)、并承受接觸壓應(yīng)力。
所以,齒輪的損壞形式主要是齒的折斷和齒面的剝落及過度磨損。據(jù)此,要求齒材料具有以下主要性能:
(1) 高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度;
(2) 齒面有高的硬度和耐磨性;
(3) 齒輪心部有足夠高的強(qiáng)度和韌性。
此外,還要求有較好的熱處理工藝性,如變形小,并要求變形有一定的規(guī)律等。
下面以機(jī)床和汽車、拖拉機(jī)兩類齒輪為例進(jìn)行分析。
(一)機(jī)床齒輪
機(jī)床中的齒輪擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)。一般機(jī)床中的齒輪精度大部分是7級(jí)精度(GB179-83規(guī)定,精度分12級(jí),用1、2、3、……12表示,數(shù)字愈大者,精度愈低)。只是在他度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中要求較高的精度。
機(jī)床齒輪的工作條件比起礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械中的齒輪來說還屬于運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、負(fù)荷不大、條件較好的一類。實(shí)踐證明,一般機(jī)床齒輪選用中碳鋼制造,并經(jīng)高頻感應(yīng)熱處理,所得到的硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性能滿足要求,而縣市 頻淬火具有變形小、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。
下面以C616機(jī)床中齒輪為例加以分析。
1、高頻淬火齒輪的工工藝線
下料 → 鍛造 → 正火 → 粗加工→ 調(diào)質(zhì)→ 精加工 → 高頻淬火及回火 → 精磨
2、熱處理工序的作用 正火處理對(duì)鍛造齒輪毛坯是必需的熱處理工序,它可以使同批坯料具有相同的硬度,便于切削加工,并使組織均勻,消除鍛造應(yīng)力。 對(duì)于一般齒輪,正火處理也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。
調(diào)質(zhì)處理可以使齒輪具有較高的綜合機(jī)械性能,提高齒輪心部的強(qiáng)度和韌性,使齒輪能承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力。調(diào)質(zhì)后的齒輪由于組織為回火索氏體,在淬火時(shí)變形更小。
高頻淬火及低溫回火是賦予齒輪表面性能的關(guān)鍵工序,通過高頻淬火提高了齒輪表面硬度和耐磨性,并使齒輪表面有壓應(yīng)力存在而增強(qiáng)了抗疲勞破壞的能力。為了消除淬火應(yīng)力,高頻淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火(或自行回火),這對(duì)防止研磨裂紋的產(chǎn)生和提高抗沖擊能力極為有利。
3、齒輪高頻淬火后的變形情況 齒輪高頻淬火后,其變形一般表現(xiàn)為內(nèi)孔縮小,外徑不變或減小。齒輪外徑與內(nèi)徑之比小于1.5時(shí),內(nèi)徑略脹大;當(dāng)齒輪有鍵槽時(shí),內(nèi)徑向鍵槽方向脹大,形成橢圓形,齒間橢圓形,齒間亦稍有變形,齒形變化較小,一般表現(xiàn)為中間凹0.002~0.0005㎜。這些微小的變形對(duì)生產(chǎn)影響不大,因?yàn)橐话銠C(jī)床用的7級(jí)精度齒輪,淬火回火后,均要經(jīng)過滾光和推孔才成為成品。
高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40~0.50%的碳鋼或低合金鋼(40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等)制造。批量生產(chǎn)時(shí),一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45鋼限制在0.42~0.47%C,40Cr鋼限制在0.37~0.42%C。經(jīng)高頻淬火交低溫回火后,淬硬層應(yīng)為中碳回火馬氏體,而心部則為毛坯熱處理(正火或調(diào)質(zhì))后的組織。
(二)汽車、拖拉機(jī)齒輪
汽車、拖拉機(jī)齒輪主要分裝在變速箱和差速器中,在變速箱中,通過它來改變發(fā)動(dòng)機(jī)、典軸和主軸齒輪的速比;在差速器中,通過齒輪來增加扭轉(zhuǎn)力鉅并調(diào)節(jié)左右兩車輪的轉(zhuǎn)速,通過齒輪將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳到主動(dòng)輪,驅(qū)汽車、拖拉機(jī)運(yùn)行。汽車、拖拉機(jī)齒輪的工作條件比機(jī)床齒輪要繁重得多,困此在耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度和沖擊韌性等方面的要求均比機(jī)床齒輪為高。實(shí)踐證明,汽車、拖拉機(jī)齒輪選用滲碳鋼制造并經(jīng)滲碳熱處理后使用是較為合合適。
下面以JN-150型載重汽車(載重量為8000㎏)變速箱中第二軸的二、三檔齒輪(如圖)為例進(jìn)行分析。
1、選用鋼;汽車、拖拉機(jī)齒輪的生產(chǎn)特點(diǎn)是批量大、產(chǎn)量高,因此在選擇用鋼時(shí),在滿足機(jī)械性能的前提下,對(duì)工藝性必須給以足夠的重視。
20CrMnTi 鋼具有較高的機(jī)械性能。該鋼在滲碳淬火低溫回火后,表面硬度為HRC58~62,心部硬度為HRC30~45。20CrMnTi 的工藝性能尚好。鍛造后一般以正火改善其切削加工性。
20CrMnTi鋼的熱處理工藝性較好,有較好的淬透性。由于合金元素鈦的影響,對(duì)過熱不敏感,故在滲碳后可直接降溫淬火。此外尚有滲碳速度較快,過渡層較均勻,滲碳淬火后變形小等優(yōu)點(diǎn),這對(duì)制造形狀復(fù)雜、要求變形小的齒輪零件來說是十分有利的。
20CrMnTi鋼可制造截面在30㎜以下,承受高速中等載荷以及沖擊、摩擦的重要零件,如齒輪、齒輪軸等各種滲碳零件。當(dāng)含碳量在上限時(shí),也可用于制造截面在40㎜以下,模數(shù)大于10的20CrMnTi齒輪等。
根據(jù)JN-150G型載重汽車變速箱中第二軸的二、三檔齒輪的規(guī)格和工作條件,選用20CrMnTi鋼制造是比較合適的。
2、二軸齒輪的工藝路線。
下料→鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨內(nèi)孔及換檔槽→裝配
3、熱處理工序的作用。
4、熱處理技術(shù)條件和熱處理工藝
熱處理技術(shù)條件:
滲碳層表面含碳量:0.8~1.05%C;
滲碳層厚度: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。
齒輪主要尺寸:
齒數(shù)(Z)=32;模數(shù)(m)=5.5;
公法線長(zhǎng)度(L)=74.88-0.16 +0.24 ;鍵寬 =10-0.09 +0.03 。
變形要求:
齒部公法線擺動(dòng)量小于0.055㎜;
鍵寬的變形不超過0.005㎜;
齒向的變形不超過0.017㎜。
熱處理工藝:滲碳是在JT-75井式爐內(nèi)進(jìn)行。滲碳溫度為920~940℃,確定為5小,滲碳后預(yù)冷至840~860℃直接淬火(油冷),淬火后再經(jīng)≤200℃低溫回火。
二軸齒輪經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果臺(tái)下:
表層含碳量:不超過1.05%
表面硬度(回火后):HRC62~63
心部硬度(回火后):HRC40~43
公法線長(zhǎng)度脹大:0.02~0.04㎜
內(nèi)孔縮?。?span style="font-family: 宋體; font-size: 16px; text-indent: 48px;">0.05~0.1㎜
鍵寬縮小:0.05㎜
根據(jù)上述變形規(guī)律,生產(chǎn)上進(jìn)一步采用冷熱加工配合的方法,使變形控制在要求的技條件范圍之內(nèi)。
除高頻淬火齒輪與滲碳齒輪外,尚有碳氮共滲齒輪;根據(jù)受力情況和性能要求不同,齒輪還可采用中碳合金進(jìn)行調(diào)質(zhì)并經(jīng)氮化處理后使用;以及采用鑄鐵、鑄鋼制造齒輪。
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