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毕业设计-车床主轴箱齿轮的选材与热处理

题目:

表面工程课程设计

所属学院:材料科学与工程学院

专业班级:金属

姓名:

学号:

指导教师姓名:

2013年1月

车床主轴箱齿轮的选材与热处理

1.车床主轴箱齿轮图如下

2.车床主轴箱齿轮的服役条件

车床主轴箱是一变速装置，通常将主动轴的一种转换为从动轴的一种或多种转

速，而这种转速的改变主要是通过一系列相互啮合的不同齿数的齿轮来实现的。因

此主动齿轮会对与其啮合的从动轮轮齿施加推动力，从而带动从动轮的旋转。所以

齿轮会受到外力的影响，从而导致齿轮自身会产生相应的应力。虽然齿轮所承受的

应力远低于材料的屈服点，但长时间工作也有可能导致齿轮产生裂纹而断裂。齿轮

在转动过程中，接触面的齿面会产生滑动摩擦，从而磨损齿面而导致轮齿的断裂。

齿轮在传动过程中，会由于换挡、启动或啮合不良而使齿轮受到冲击载荷的作用，

从而使齿轮变形甚至断裂。以上均是齿轮的工作环境，为了能使齿轮在上述环境下

能正常工作，就得要求齿轮的自身条件能符合上述条件。

2.1受力分析及失效形式

齿轮在工作过程中，由于轮齿受到外力的作用，会产生相应的应力。该应力

是由零逐渐增加到最大值，又由最大值逐渐减小到零，即应力随时间作周期性的变

化，这种应力称为交变应力(也称循环应力)。在交变应力作用下，虽然齿轮所承受

的应力远远低于材料的屈服点(材料发生永久变形即塑性变形时对应的应力)，但经

过较长时间工作后有可能会产生疲劳裂纹导致断裂，这种现象称为疲劳，疲劳是导

致齿轮失效甚至造成重大事故的主要原因。齿轮传动过程中，接触的两齿面会产

生一定的相互滑动，发生滑动摩擦，导致齿面发生磨

损。磨损严重时，会加大齿侧间隙而引起传动不平稳和冲击，甚至会因齿厚被

过度磨损，在受载时发生轮齿折断现象。齿轮在传动过程中，由于换档、起动或啮

合不良，轮齿可能会受到冲击载荷的作用，当冲击载荷较大时，有可能导致齿轮

变形甚至断裂。

3.车床主轴箱齿轮材料的性能

力学性能要求;为了满足齿轮的工作的条件，防止出现疲劳、磨损以及断裂等

情况的出现，需要求齿轮必须有较高的硬度及好的耐磨性，齿面有较高的疲劳强

度，齿轮心部要有足够的强度和韧度，通常情况下要求齿轮心部的硬度达170-

217HB齿面硬度达45-50HRC。根据齿轮的受力情况和失效分析可知,齿轮一般都需

经过适当的热处理,以提高承载能力和延长使用寿命，齿轮在热处理后应满足下列

性能要求:

1)高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)。

2)齿面具有较高的硬度和耐磨性。

3)齿轮心部具有足够的强度和韧性。

4.车床主轴箱齿轮材料的选择

4.1选材原则

1)材料的使用性能应满足零件的使用要求。使用性能是指零件在正常使用状

态下，材料应具备的性能，包括力学性能、物理性

能和化学性能。使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。不

同机械零件要求材料的使用性能是不一样的。选材时，首先要根据零件的工作条件

和失效形式，正确地判断所要求的主要性能，然后根据主要的使用性能指标来选择

较为合理的材料;有时还需要进行一定的模拟试验来最后确定零件的材料。对于一

般的机械零件，则主要以其力学性能作为选材依据。在对零件的工作条件、失效形

式进行全面分析，并根据零件的几何形状和尺寸、工作中所受的载荷及使用寿命，

通过力学计算确定出零件应具有的主要力学性能指标及其数值后，即可利用手册选

材。

2)材料的工艺性应满足加工要求。材料的工艺性是指材料适应某种加工的能

力。在选材中，与使用性能相比，材料的工艺性能常处于次要地位。但在某些特殊

情况下，工艺性能也会成为选材的主要依据。金属材料如果用铸造成形，最好选择

共晶成分或接近共晶成分的合金;如果用锻造成形，最好选用组织呈固溶体的合金;

如果是焊接成形，最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢;为了便于切削加工，一般

希望钢铁材料的硬度控制在170~230HB(这可通过热处理来调整其组织和性能)。

3)选材时应充分考虑经济性。选材时应注意降低零件的总成本。零件的总成

本包括材料本身的价格、加工费、管理费及其它附加费用(如零件的维修费等)。据

资料统计，在一般的工业部门中，材料的价格要占产品价格的30%~70%。因此，在

保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材

料，以取得最

大的经济效