行星轮资料.doc

1、1第一章 课程实践指导第一节 概述一、课程实践目的机械制造基础课程实践是在学完机械制造基础课程之后进行的一个教学环节，要求学生综合运用本专业有关课程理论和实践知识，进行减速器的拆装和对减速器零件技术分析，其目的在于：培养学生运用机械制造基础及有关课程（工程制图、互换性与测量技术等）的知识，结合生产实践中学到的知识，独立地拆装齿轮减速器，并能分析零件的技术要求、毛坯选择和分析机械加工工艺流程，进一步培养学生读图、制图、拆装齿轮减速器等基本技能。二、课程实践要求本次课程实践要求为齿轮减速器的拆装，并能分析零件形状尺寸在图纸上表达、零件的技术要求、毛坯选择和熟悉简单的加工工艺流程。学生应在教师的指导

2、下，认真、有计划地按时完成课程设计任务。课程实践的具体要求包括：零件图 12 张装配图 1 张课程实践报告 1 份三、课程实践的内容和步骤（一）按要求拆齿轮减速器（二）测绘齿轮减速器 12 个零件（三）绘制零件草图（四）绘制减速器壳体的铸件图（五）零件材料、毛坯类型、热处理方法的选择（六）分析零件的技术要求（七）绘制零件装配图（八）编写零件机械加工工艺流程（九）按齿轮减速器装配图要求装配减速器2第二节 一齿差行星齿轮减速器介绍一、一齿差行星齿轮减速器的组成和传动原理（一）组成如图 1-1 所示一齿差行星齿轮减速器由输入轴（偏心轴） 、输出轴、行星齿轮、内齿轮、十字滑块和滚动轴承等组成。（二）传

3、动原理如图 1-2 所示，偏心轴 12 装在电机轴上，当电机转动时，带动偏心轴 12 和滚动轴承 15，使行星齿轮 9 绕电机轴线和内齿轮 8 作转动啮合（即行星运动） 。 在这个轮系中，偏心轴（系杆）H 为主动件，行星齿轮为从动件，输出的运动为行星齿轮的转动。由于行星齿轮作复杂的平面运动，既有转动又有平动（自转与公转） ，因此用一根轴直接把行星轮的转动输出是不可能的，而必须采用能传递平行轴之间回转运动的联轴器，图中采用的是十字滑块联轴器。 十字滑块联轴器结构如 图 1-2 所示，它是由两个在端面上开有凹槽的半联轴器 1，3和一个两面带有凸牙的中间盘 2 所组成。中间盘两面的凸牙位于互相垂直的

4、两个直径方向上，并在安装时分别嵌入 1，3 的凹槽中。因为凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的偏移。图 1-2 十字滑块联轴器二、传动比计算设行星齿轮齿数 Z1=100，其转速 n1，内齿轮齿数 Z2=101，其转速 n2图 1-1 一齿差行星齿轮减速器原理图3(内齿轮固定不动 )1221ZniH02n1ZH1212ZiH代入所设数值得：211i 0由上述传动比计算可知，当（Z 2-Z1）=1，即“一齿差”时，则 iH1=-Z1。这表示：“在一齿差行减速器中，当系杆 H 为主动件，行星齿轮 1 为从动件时，其传动比的大小等于行星齿轮的齿数，且输入与输出轴的转向相反” 。或者说， 当

5、偏心轴（即系杆 H）旋转一周时， “一齿差”行星齿轮按相反方向转动一齿，即输出轴转速是输入轴转速的 1/Z1转，且转向相反。三、功用及优缺点 这种轮系结构构件少，但可获得较大传动比，结构紧凑，使渐开线齿轮齿廓加工较容易，装配也教方便。可用于取代一般的蜗杆蜗轮减速器或多级圆柱齿轮减速器。但为了防止由于齿数差很小而引起的两齿轮轮系的干涉，需要采用较大的啮合角，因而导致较大的轴承压力。此外还需一个输出机构，致使传递的功率和传递效率受到一定限制。“一齿差”行星减速器适用于中、小型的动力传动（传递功率 N45KW） ，其传递效率约为 08094；用于增速传动时，则可能出现自锁。四、渐开线齿形的一齿差行星

6、齿轮减速器结构图图 1-3 渐开线齿形的一齿差行星齿轮减速器1-输出轴 2-平键 3-油封圈 4-轴承 5-壳体 6-内六角螺栓 8-内齿轮9-行星齿轮 10 圆柱头螺钉 12-偏心轴 15 轴承 16-轴用挡圈 17-十字滑块 18-轴承4第三节 零件的工作图设计零件工作图是在完成装配图设计的基础上绘制的。零件工作图是零件制造和检验的主要技术文件。因此，它应完整清楚地表达零件的结构和尺寸，图上应注出尺寸偏差、形位公差和表面粗糙度，写明材料、热处理方式及其他技术要求等。零件工作图既要反映出设计意图，又要考虑到制造的可能性及合理性。正确的零件工作图可以降低生产成本、提高生产率和机器的使用性能等。

7、机器的零件有外购件(一般指标准零部件 )和自制件两类。外购件不必绘出零件工作图，只需列出清单进行采购即可。自制件则必须绘制出每个零件的零件工作图，以便组织生产。课程设计中，由于受学时所限，绘制出具有代表性的几个主要零件工作图即可。零件工作图中所表达的结构和尺寸应与装配图一致。如需更改，装配图上的对应零件也要修改。一、零件工作图的内容及要求（一）视图所选取的视图应充分而准确地表示出零件内部和外部的结构形状和尺寸大小，而且视图及剖视图等数量应力求最少。（二）尺寸标注零件工作图中的尺寸是制造和检验零件的依据，所以要仔细标注。尺寸既要完整，又不应重复。在标注尺寸前，应根据零件的加工工艺过程，正确选择基

8、准面，以利加工和检验，避免在加工时作任何计算。大部分尺寸最好标注在最能反映零件结构特征的视图上。（三）尺寸公差和形位公差零件工作图上所有的配合部位和精度要求较高的地方都应标注基本尺寸和极限偏差数值。如配合的孔、中心距等。对于没有配合关系，而且精度要求不高的尺寸极限偏差可不注出，以简化图样标注。但对未注尺寸公差应在图样和技术文件中采用 GBT1804 的标准号和未注公差等级符号表示。零件工作图上要标注必要的形位公差。因为零件在装配时，不仅尺寸误差，而且几何形状和相对位置误差都会影响零件装配，降低零件的承载能力，甚至加速零件的损坏。形位公差值可用类比法或计算法确定，但要注意各公差值的协调，应使形状

9、公差小于位置公差，位置公差小于尺寸公差。对于配合面，当缺乏具体推荐值时，通常可取形状公差为尺寸公差的 2563。（四）表面粗糙度零件的表面都应注明表面粗糙度。如果较多的表面具有相同的表面粗糙度，则要集中在图样右上角标注，并加作“其余”字样，但只允许就一个粗糙度进行这样的标注。5表面粗糙度的选择，一般可根据对各表面的工作要求和尺寸精度等级来决定，在满足工作要求的条件下，应尽量放宽对零件表面粗糙度的要求。（五）技术要求技术要求是指一些不便在图上用图形或符号表示，但在制造或检验时又必须保证的要求它的内容随不同零件、不同要求及不同加工方法而异。其中主要应注明：1齿轮、蜗轮类零件的啮合特性及部分公差要求

10、。2对加工的要求。如轴端是否保留中心孔、是否需要在装配中加工、是否与其他零件起配合加工(如有的孔要求配钻、配铰 )等。3对材料的要求。如热处理方法(正火、调质、淬火等) 及热处理后表面应达到的硬度等。4表面处理(渗碳、氰化、渗氮、喷丸等 )、表面涂层或镀层 (油漆、发兰、镀铬、镀镍等) 以及表面修饰(去毛边、清砂)等。5给出图中未注明的尺寸。如圆角、倒角、铸造斜度等。6对线性尺寸未注公差和未注形位公差的要求。7其他特殊要求。如许用不平衡力矩以及检验、包装、打印等要求。技术要求中，文字应简练、明确、完整，不应含混，以免引起误会，而且各要求中所述内容和表达方法均应符合机械制图标准的规定。（六）零件

11、图标题栏在图样右下角应画出零件图标题栏。标题栏格式如图 14 所示。图 14 零件图标题栏格式二、轴类零件工作图（一）视图轴类零件的工作图，一般只需一个主视图。在有键槽和孔的地方，可增加必要的局部剖面图，对于退刀槽、中心孔等细小结构必要时应绘制局部放大图，以便确切地表达出形状并标注尺寸。（二）标注尺寸轴类零件一般都是回转体，因此主要是标注直径尺寸和轴向长度尺寸。标注直径尺寸6时应特别注意有配合关系的部位。当各轴段直径有几段相同时，都应逐一标注不得省略。即使是圆角和倒角也应标注无遗，或者在技术要求中说明，不致给机械加工造成困难或给操作者带来不便。因此需要考虑基准面和尺寸链问题。标注轴向尺寸时应以

12、工艺基准面作为标注轴向尺寸的主要基准面。如图 15 所示，其主要基准面选择在轴肩 II 处，它是大齿轮的轴向定位面，同时也影响其他零件在轴上的装配位置。只要正确定出轴肩II 的位置，各零件在轴上的位置就能得到了保证。图 16 为齿轮轴的实例，它的轴向尺寸主要基准面选择在轴肩 II 处，该处是滚动轴承的定位面，图上是用轴向尺寸 L1 确定这个位置的。这里应特别注意保证两轴承间的相对位置尺寸 L2。应该注意，在标注轴向尺寸时尺寸链不要封闭。（三）标注尺寸公差和形位公差1尺寸公差安装齿轮、蜗轮、带轮、联轴器以及滚动(滑动) 轴承等零件的轴径，应按装配图中已选定的配合种类查出上、下偏差数值，标注在相应

13、的尺寸上。键槽尺寸公差应符合键槽的剖面尺寸规定。在减速器设计中一般不进行尺寸链的计算，所以长度尺寸公差不必标注。2形位公差表 1-1 列出了轴类零件工作图上应标注的形位公差项目，供设计时参考。表 1-1 轴的形位公差推荐项目图 15 转轴图 16 齿轮轴7轴的尺寸公差和形位公差标注方法见图 17 所示，具体公差数值可查相关表。（四）标注表面粗糙度轴的各个表面都要加工，故各表面都应注明表面粗糙度。（五）撰写技术要求轴类零件的技术要求包括下列几个方面：1热处理要求，如热处理方法、热处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等；2对加工的要求，如是否要保留中心孔，若需保留，应在零件图上画出或说明；3对未注明的

14、圆角、倒角的说明；4对线性尺寸未注公差和未注形位公差的要求；5对个别部位的修饰加工的要求；6对较长的轴进行毛坯校直的要。图 17 轴的尺寸公差和形位公差查注指示（d 处安装齿轮，d 1处安装轴承）三、齿轮类零件工作图（一）视图齿(蜗)轮类零件工作图一般需要两个主要视图。可视具体情况根据机械制图的规定画法对视图作些基本简化。有轮辐的齿轮应画出轮辐结构的横剖面图。（二）标注尺寸齿轮零件图中应标注径向尺寸和轴向尺寸。各径向尺寸以轮毂孔中心线为基准标注，轴向尺寸以端面为基准标注。8齿轮类零件的分度圆直径虽然不能直接测出，但它是设计的基本尺寸，应该标注。齿根圆直径在齿轮加工时无须测量，在图样上不标注。径

15、向尺寸还应标注轮毂外径和内孔直径、轮缘内侧直径以及腹板孔的位置和尺寸等。 轴向尺寸应标注轮毂长、齿宽及腹板厚度等。（三）标注尺寸公差与形位公差1以轮毂孔为基准标注的公差轮毂孔不仅是装配的基准，也是切齿和检测加工精度的基准，孔的加工质量直接影响到零件的旋转精度。齿轮孔的尺寸精度按齿轮的精度查表 2-18。以孔为基准标注的尺寸偏差和形位公差见图 18，形位公差有基准端面跳动、顶圆跳动公差，数值查齿坯公差。2以端面为基准标注的公差轮毂孔的端面是装配定位基准，也是切齿时定位基准，它将影，向安装质量和切齿精度。所以，应标出基准端面对孔中心线的垂直度或端面圆跳动公差。3齿顶圆柱面的公差齿轮的齿顶圆作为测量

16、基准时有两种情况：一是加工时用齿顶圆定位或找正，此时需要控制齿顶圆的径向跳动；另一种情况是用齿顶圆定位检验齿厚偏差，因此应标注出尺寸偏差和形位公差，如图 18 所示。（四）表面粗糙度轮齿工作面和其他加工表面的粗糙度按齿轮类别和精度等级从表中选取。（五）啮合特性表啮合特性表的内容包括：齿轮的主要参数及检验项目。齿轮的啮合特性表详见工作图示。（六）技术要求1热处理要求。如热处理方法、热处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等。2对未注明的倒角、圆角半径的说明。3对铸件、锻件或其他坯件的要求。图 18 圆柱齿轮毛坯尺寸及公差9四、铸造箱体零件工作图（一）视图为了正确、完整、清晰地表达出箱体的结构形式和尺寸

17、，其工作图通常需绘二三个视图。（二）标注尺寸由于箱体形状多样，尺寸繁多，所以它的尺寸标注远较轴类零件和齿轮类零件复杂。标注尺寸时，既要考虑铸造工艺、加工工艺及测量的要求，又要清楚明晰。箱体尺寸可分为形状尺寸和定位尺寸两类，标注时应注意二者间的区别。1形状尺寸形状尺寸是表示箱体各部位形状大小的尺寸。如箱体的壁厚、各种孔径及其深度、螺纹孔尺寸、凸缘尺寸、圆角半径、槽的宽度及深度、加强筋的厚度及高度、各曲线的曲率半径、各倾斜部分的斜度及箱体的长、宽、高等。这类尺寸应直接标出，而不需经任何运算，壁厚和轴承座孔的标注如图 19、图 110 所示。2、定位尺寸定位尺寸是确定箱体各部位相对于基准的位置尺寸。

18、如孔的中心线、曲线的曲率中心及其他部位的平面与基准的距离等。对于这些尺寸一是防止遗漏，二是应特别注意定位尺寸应从基准(或辅助基准)直接注出。图 110 所示尺寸是以轴承孔中心线作为基准进行标注的。在标注定位尺寸时，一定要正确选择尺寸标注的基准，同时注意箱盖与箱座彼此对应的尺寸要排在相同的位置上，因为很多工序是箱盖与箱座组合后进行加工的。现就箱座定位尺寸的标注方法简述如下( 箱盖尺寸的标注方法基本相同 )：图 19 壁厚的标注 图 110 轴承座孔的标注(1)高度方向的尺寸 高度方向按所选基准面，可分为两个尺寸组：第一尺寸组，以箱体底平面为主要基准进行标注，如箱体高度，底座的厚度等。第二组尺寸，

19、以辅助基准进行标注，如凸缘厚度，轴承旁螺栓凸台的高度等。此外，某些局部结构的尺寸，也可以毛面为基准进行标注，如起吊钩凸台的高度等。10(2)宽度方向的尺寸宽度方向的尺寸，应以减速箱体的对称中心线为基准进行标注，如螺栓( 钉) 孔沿宽度方向的位置尺寸、箱体宽度和起吊钩厚度等。(3)长度方向的尺寸 沿长度方向的尺寸，应以轴承座孔为主要基准进行标注。如轴承座孔中心距、轴承旁螺栓孔的位置尺寸等。(4)地脚螺钉孔的位置尺寸 地脚螺钉孔沿长度和宽度方向的尺寸均应以箱体底座的对称中心线为基准进行布置和标注。此外，还应特别注明地脚螺栓与轴承座孔的定位尺寸。（三）标注形位公差1轴承座孔(基准孔)端面对轴线的垂直

20、度公差值与轴承类型和公差等级有关，可查表 2-6 和表 2-8。2两轴承座孔的同轴度通常非调心球轴承座孔同轴度公差为 6 级，非调心滚子轴承座孔同轴度为 5 级，查表2-6。3轴承座孔的圆柱度当直接安装滚动轴承时，圆柱度公差为孔尺寸公差 03 倍。其余情况，圆柱度不大于孔尺寸公差的 04 倍，查表 27。箱体各加工表面推荐用的粗糙度数值见表 2-13。（四）技术要求箱体零件工作图的技术要求包括下列几个方面的内容：1箱体的内表面需用煤油清洗，并涂防腐漆，防止润滑油的侵蚀并便于清洗。2未注铸造斜度、倒角及圆角的说明。3未注线性尺寸公差和形位公差的说明第四节 典型零件材料、毛坯类型和热处理方法的选择

21、一、齿轮类零件的选材及热处理（一）齿轮类零件的选材齿轮用材绝大多数是钢(锻钢与铸钢 )，某些开式传动的低速齿轮可用铸铁，特殊情况下还可采用有色金属和工程塑料。确定齿轮用材的主要依据是：齿轮的传动方式(开式或闭式) 、载荷性质与大小(齿面接触应力和冲击负荷等)、传动速度 (节圆线速度)、精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材料及硬度值的匹配情况等。1钢制齿轮钢制齿轮有型材和锻件两种毛坯形式。一般锻造齿轮毛坯的纤维组织与轴线垂直，分11布合理，故重要用途的齿轮都采用锻造毛坯。钢质齿轮按齿面硬度分为硬齿面和软齿面：齿面硬度350HBW 为硬齿面。（1）轻载，低、中速，冲击力小，精度要求较低的一般

22、齿轮，选用中碳钢(如Q255、Q275、40、45、50、50Mn 等)制造。常用正火或调质等热处理制成软面齿轮，正火硬度为 160200HBW，调质硬度一般为 200280HBW(350HBW)。此类齿轮硬度适中，齿形加工可在热处理后进行，工艺简单，成本低。主要用于标准系列减速箱齿轮，以及冶金机械、重型机械和机床中的一些次要齿轮。（2）中载，中速、受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮，选用中碳钢或合金调质钢(如 45、50Mn、40Cr、42SiMn 等) 制造。其最终热处理采用高频或中频淬火及低温回火，制成硬面齿轮，齿硬度可达 5055HRC，齿心部保持原正火或调质状态，具有较好的韧性。大多

23、数机床齿轮属于这种类型。（3）重载，中、高速，且受较大冲击载荷的齿轮，选用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢(如 20Cr、20MnB 、20CrMnTi、30CrMnTi 等)制造。其热处理是渗碳、淬火、低温回火，齿轮表面获得 5863HRC 的硬度，因淬透性高，齿轮心部有较高的强韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗接触疲劳强度、抗弯强度及心部的抗冲击能力都高于表面淬火齿轮，但热处理变形较大，在精度要求较高时应安排磨削加工。主要用于汽车、拖拉机变速箱和后桥中的齿轮。内燃机车、坦克、飞机上的变速齿轮，其负荷和工作条件比汽车齿轮更重要、更苛刻，对材料的性能要求更高，应选用含合金元素较多的渗碳钢(如 20Cr2

24、Ni4、18Cr2Ni4WA)制造，以获得更高的强度和耐磨性。（4）精密传动齿轮或磨齿有困难的硬齿面齿轮(如内齿轮) ，要求精度高、热处理变形小，宜采用氮化钢(如 38CrMoAl 等) 制造。热处理采用调质及氮化。氮化后齿面硬度可达 8501200HV(相当于 6570HRC)，热处理变形极小，热稳定性好(在 500550C 仍能保持高硬度)，并有一定耐磨性。其缺点是硬化层薄，不耐冲击，不适用于重载齿轮，多用于载荷平稳的精密传动齿轮或磨齿困难的内齿轮。2铸钢齿轮某些尺寸较大(如直径大于 400mm)、形状复杂并受一定冲击的齿轮，其毛坯用锻造难以加工时需要采用铸钢。常用碳素铸钢为 ZG270

25、一 500、ZG310 570、ZG340640 等。载荷较大的采用合金铸钢，如 ZG40Cr、ZG35CrMo 、ZG42MnSi 等。铸钢齿轮通常是在切削加工前进行正火或退火，以消除铸造内应力，改善组织和性能的不均，从而提高切削加工性。要求不高、转速较低的铸钢齿轮，可在退火或正火处理后使用；对耐磨性要求高的，可进行表面淬火(如火焰淬火)。3铸铁齿轮12灰铸铁可用于制造开式传动齿轮，常用的牌号有 HT200、HT250 、HT300 等。灰铸铁组织中的石墨起润滑作用，减摩性较好，不易咬合，切削加工性能好，成本低。其缺点是抗弯强度差、性脆、耐冲击性差。只适用于制造一些轻载、低速、不受冲击的齿轮

26、。由于球墨铸铁的强韧性较好，在闭式齿轮传动中，有用球墨铸铁(如 QT6003、QT45010、QT40015 等)代替铸钢的趋势。铸铁齿轮在铸造后一般进行去应力退火或正火、回火处理，硬度在 170269HBW 之间，为提高耐磨性还可进行表面淬火。4有色金属齿轮对仪表齿轮或接触腐蚀介质的轻载齿轮，常用抗蚀、耐磨的有色金属型材制造。常见的有黄铜(如 H62)、铝青铜(如 QAl94)、硅青铜(如 QSi31)、锡青铜(QSn6501)。硬铝和超硬铝(如 2A12、7A04)可制作轻质齿轮。另外，对蜗轮蜗杆传动，由于传动比大、承载力大，常用锡青铜制作蜗轮(配合钢制蜗杆) ，以减摩、减少咬合和黏着现象

27、。5工程塑料齿轮在轻载、无润滑条件下工作的小型齿轮，可以选用工程塑料制造。常用的工程塑料有尼龙、ABS 、聚甲醛、聚碳酸酯、夹布层压热固性树脂等。工程塑料具有质量轻、摩擦因数小、减振、工作噪声低等特点，适于制造仪表、小型机械的无润滑、轻载齿轮。其缺点是强度低，工作温度低，不宜用于制作承受较大载荷的齿轮。6粉末冶金材料齿轮这种齿轮一般适用于大批量生产的小齿轮，如汽车发动机的定时齿轮(材料 Fe-C0，9) 、分电器齿轮(材料 Fe-C09 Cu20)、农用柴油机中的凸轮轴齿轮( 材料 Fe-Cu-C)、联合收割机中的油泵齿轮等。表 1-2 为常用钢制齿轮的材料、热处理及性能。（二）典型齿轮选材举

28、例及热处理1机床齿轮机床齿轮属于运转平稳、负荷不大、工作条件较好的一类，一般选用碳钢制造。经高频感应热处理后的硬度、耐磨性、强度及韧性已能满足性能要求。下面以 CM6132 机床中的齿轮为例进行分析。材料：45 钢。热处理技术条件：正火，840860C 空冷，硬度 160217HBW；高频感应加热喷水冷却，180200C 低温回火，硬度 5055HRC。加工工艺路线：锻造一正火一粗加工一调质+半精加工一高频淬火及低温回火一精磨。正火可使同批坯料具有相同硬度，便于切削加工，使组织均匀，消除锻造应力。对13一般齿轮来说，正火也可作为高频淬火前的预备热处理工序。调质可使齿轮具有较高的综合力学性能，提

29、高齿轮心部的强度、韧性，使齿轮能够承受较大的弯曲应力和冲击应力。表 1-2 为常用钢制齿轮的材料、热处理及性能。工作条件 小齿轮 大齿轮传动速度载荷 材料 热处理 硬度 材料 热处理 硬度轻载，无冲击Q255 正火 150180HBSHT200HT250170230HBS170240HBS开式传动低速 轻载、冲击小45 正火 170200HBSQT500-07QT600-03正火170207HBS197269HBS45 正火 170200HBS 35 正火 150180HBSZG310-570 调质 200250HBS ZG270-500 调质 190230HBS低速中载重载45 整体淬火 3

30、848HRC35，ZG270-500整体淬火 3540HRC45 调质 220250HBS35，ZG270-500调质 190230HBS45 整体淬火 3848HRC 35 整体淬火 3540HRC45、50 调质 220250HBSZG270-500 正火 180230HBS中载40Cr40MnB40MVB调质 230280HBS35，40 调质 190230HBS整体淬火 3848HRC 35 整体淬火 3540HRC45表面淬火 4550HRC 45 调质 220250HBS整体淬火 3542HRC 35、40 整体淬火 3540HRC中速重载 40Cr40MnB40MnVB表面淬火

31、5256HRC 45、50 表面淬火 4550HRC中载无 整体淬火 3542HRC 35、40 整体淬火 3540HRC猛烈冲击40Cr40MnB40MnVB表面淬火 5256HRC 45、50 表面淬火 4550HRC20Cr ZG310-570 正火 160210HBS20Mn2B 35 调质 190230HBS闭式传动高速中载有冲击20MnVB渗碳淬火 5662HRC20Cr 渗碳淬火 5662HRC1420CrMnTi 20MnVB注：开式传动时齿轮完全裸露；闭式传动时齿轮封闭在刚性的箱壳中，安装准确。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火可以提高齿轮表面的硬度

32、和耐磨性，增强抗疲劳破坏能力；低温回火是为了消除淬火应力。2汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机(或坦克)齿轮主要分装在变速箱和差速器中。在变速箱中，通过齿轮来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的转速；在差速器中，通过齿轮来增加扭转力矩，调节左右两轮的转速，并将发动机动力传给主动轮，推动汽车、拖拉机运行。它们传递的功率和承受的冲击力、摩擦力都很大，工作条件比机床齿轮繁重得多。因此，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧度等都有更高的要求。通常选用渗碳钢，经渗碳或碳氮共渗)、淬火及低温回火后使用。现以解放牌载重汽车变速箱变速齿轮(图 1-11)为例，分析其选材及热处理。该齿轮将发动机动力传递到后轮，并起倒车的作用

33、，工作时承载、磨损及冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强度(R m1000 Nmm 2)及韧性(ak60Jcm 2)。选材及加工工艺路线有以下两种方式。（1）选用 20CrMnTi 进行渗碳。热处理技术条件：表层 WC 08105，渗碳层深度为 0813mm ，齿面硬度 5862HRC，心部硬度 3345HRC。加工工艺路线：锻造一正火一粗加工、半精加工一渗碳淬火、低温回火。该齿轮属于大批量生产，考虑到形状、结构特点，毛坯采用模锻件，以提高生产率约材料，使纤维分布合理，提高力学性能。热处理方法：正火，950970C 空冷，硬度 179217HBW；渗碳 9209

34、40C，保温 46h，预冷至 830850C 直接入油淬火，低温回火 180 土 10C，保温 2h。（2）选用 40Cr 进行碳氮共渗。加工工艺路线：锻造一正火一粗加工、半精加工一碳氮共渗、淬火及低温回火。热处理技术条件：表层 WC06509，碳氮总的质量分数为10125，渗层深度 0204mm，齿面硬度 5863HRC，心部硬度3742HRC。热处理方法：正火，840870C 空冷，硬度 187241HBW；碳氮共渗830850C，保温 12h，直接油淬，低温回火 180 土 10C，保温 2h。图 1-11 汽 车 变 速 齿 轮15二、轴类零件的选材及热处理（一）轴类零件材料选择轴类零

35、件一般按强度、刚度计算和结构要求进行零件设计与选材。通过强度、刚度计算，保证轴的承载能力，防止过量变形和断裂失效；结构要求则是保证轴上零件的可靠固定与拆装，并使轴具有合理的结构工艺性及运转的稳定性。制造轴类零件的材料主要是碳素结构钢和合金结构钢。此外，球墨铸铁和高强度铸铁也愈来愈多地被作为轴用材料。1轻载、低速，不重要的轴(如心轴、联轴节、拉杆、螺栓等) ，可选用Q235、Q255、Q275 等碳素结构钢材料制造。这类钢通常不进行热处理。2当受中等载荷且转速和精度要求不高、冲击与循环载荷较小的轴类零件(如曲轴、连杆、机床主轴等)，常选用中碳优质碳素结构钢，如 35、40、45、50 钢( 其中

36、 45 钢应用最多) 材料，并经调质或正火处理。为了提高轴表面的耐磨性，还可进行表面淬火及低温回火。3对于承受较大载荷或要求精度高的轴，以及处于高、低温等恶劣条件下工作的轴(如汽车、拖拉机、柴油机的轴，压力机曲轴等) ，应选用合金钢材料。合金钢比碳钢具有更好的力学性能和高的淬透性等性能，但对应力集中敏感性较高，价格也较贵，所以只有当载荷较大，并要求限制轴的外形、尺寸和重量，或要求提高轴颈的耐磨性等性能时，才考虑采用合金钢。常用于制造轴的合金钢及其热处理的几种类型介绍如下。（1）承受中等载荷、中等转速、精度要求较高、有低的冲击和交变载荷的轴类零件，可选用低淬透性合金调质钢 40MnB、40Cr

37、等经调质处理。性能要求更高一些的可选用中或高淬透性合金调质钢 35CrMo、40CrNi、40CrNiMo 等经调质处理。为了提高轴表面的耐磨性，还可进行表面淬火及低温回火。（2）要求高精度、高尺寸稳定性及高耐磨性的轴，如镗床主轴，常选用氮化钢如38CrMoAl，并进行调质和氮化处理。还可选用 65Mn 弹簧钢或 9Mn2V、GCrl5 等高碳合金钢经调质和高频表面淬火处理。（3）当强烈摩擦，并承受较大冲击和交变载荷作用时，可采用合金渗碳钢制造，如20Cr、20CrMnTi、12CrNi3 等。（4）球墨铸铁(包括合金球墨铸铁 )愈来愈多地取代中碳钢 (如 45 钢)，作为制造轴的材料。它们制

38、造成本低，使用效果良好，因而得到广泛应用( 例如用于制造汽车发动机的曲轴、普通机床的主轴等)。球墨铸铁的热处理方法主要是退火、正火及表面淬火等，还可进行调质或等温淬火等各种热处理，以获得更高的力学性能。4轴类零件用材的发展趋势（1）高耐磨复合材料的应用 在传统主轴材料基体上镀 TiN、TiC 等陶瓷材料，形16成表面耐磨性极高的复合材料。（2）高弹性模量、小密度复合材料的应用 国外出现了在碳素纤维材料基体上复合陶瓷纤维，形成刚度大、耐磨性好的非金属复合材料。（3）热稳定性好、热膨胀系数小材料的应用 主要是特种陶瓷材料的应用，为解决其脆性大和耐冲击载荷能力较差的问题，纳米陶瓷材料的开发被提了出来

39、。（4）稳定性工艺技术的应用 对传统的主轴材料施以特殊的稳定性处理，例如，针对 9Mn2V 合金工具钢存在残余奥氏体而产生磨削工艺性和磨后尺寸稳定性差的问题，采用 790800C 的较低淬火温度以减少残余奥氏体量，同时实施(240260C)加 160C 油浴环境下的二段长时间低温时效加一 70C 冷处理加 280300C 中温回火工艺，使残余奥氏体分解。虽然较低淬火温度使淬后硬度有所降低，但较好地避免了磨削时的磨焦、磨裂现象，并且提高了主轴颈的尺寸稳定性，因此其表面耐磨性反而显著提高。（二）典型轴类零件的选材及加工工艺路线制造轴类零件常采用锻造、切削加工、热处理(预备热处理及最终热处理) 等工

40、艺，其中切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺寸变化不大的轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。下面以几种典型轴类零件为例进行具体分析。1机床主轴CA6140 车床主轴的简图见图 1-12。该轴承受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速不高，冲击载荷也不大，属于中等载荷的轴。但大端的轴颈、锥孔和卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。CA6140 车床主轴的选材、热处理及加工工艺路线如下。材料：45 钢。热处理技术条件：整体调质，硬度 220250HBW ；C 面及 90mm80mm 段外圆表面淬火，硬度 52HRC、锥

41、孔硬度 48HRC。加工工艺路线：锻造一正火一粗加工一调质一半精加工+表面淬火及低温回火一磨削加工。 正火的目的在于得到合适的硬度，便于切削加工。也改善锻造组织，为调质作准备。调质是为了使主轴得到高的综合力学性能和疲劳强度。为了更好地发挥调质效果，安排在粗加工后进行。图 1-12 CA6140 车床主轴17对轴颈和锥孔进行表面淬火、低温回火，旨在提高硬度，增加耐磨性。常见机床主轴的工作条件、用材及热处理见表 1-3。表 1-3 常见机床主轴的工作条件、用材及热处理序 号 工 作 条 件 材 料 热 处 理 及 硬 度 应 用 实 例 与 滑 动 轴 承 配 合 中 等 载 荷 ， 心 部 强

42、度 要 求不 高 ， 但 转 速 高 精 度 不 太 高 疲 劳 应 力 较 高 ， 但 冲 击 不大20Cr20MnVB20Mn2B渗 碳 淬 火 58 62HRC 精 密 车 床 、 内 圆 磨 床等 的 主 轴1 与 滑 动 轴 承 配 合 重 载 荷 ， 高 转 速 高 疲 劳 ， 高 冲 击20CrMnTi12CrNi3渗 碳 淬 火 58 63HRC 转 塔 车 床 ， 齿 轮 磨床 ， 精 密 丝 杠 车 床 ， 重 型 齿轮 铣 床 等 主 轴2 与 滑 动 轴 承 配 合 重 载 荷 ， 高 转 速 精 度 高 ， 轴 隙 小 高 疲 劳 ， 高 冲 击38CrMoAl 调

43、质 250 280HBW渗 氮 900HV高 精 度 磨 床 的 主 轴 、镗 床 镗 杆 与 滑 动 轴 承 配 合 中 轻 载 荷 精 度 不 高 低 冲 击 、 低 疲 劳45 正 火 170 217HBW 或调 质 220 250HBW小 规 格 局 部 整 体 淬 火42 47HRC大 规 格 轴 颈 表 面 感应 淬 火 48 52HRC龙 门 铣 床 ， 立 铣 、 小 型 立式 车 床 等 小 规 格 主 轴 ，C61100 等 大 重 型 车 床 主 轴 3 与 滑 动 轴 承 配 合 中 等 载 荷 ， 转 速 较 高 精 度 较 高 中 等 冲 击 和 疲 劳40Cr42

44、MnVB42CrMo调 质 220 250HBW 轴 颈 表 面 淬 火52 61HRC(42CrMo 取 上 限 ，其 他 钢 取 中 、 下 限 )装 拆 部 位 表 面 淬 火48 53HRC齿 轮 铣 床 、 组 合 车床 、 车 床 、 磨 床 砂 轮 等 主 轴18 与 滑 动 轴 承 配 合 中 、 重 载 荷 精 度 高 高 疲 劳 ， 但 冲 击 小65MnGCrl59Mn2V调 质 250 280HBW轴 颈 表 面 淬 火 59HRC装 卸 部 位 表 面 淬 火 50一 55HRC磨 床 主 轴4 与 滑 动 轴 承 配 合 中 小 载 荷 ， 转 速 低 精 度 不

45、高 稍 有 冲 击4550Mn2调 质 220 250HBW正 火 192 241HBW一 般 车 床 主 轴 、 重 型 机床 主 轴 ， 减 速 器 传 动 轴2汽车半轴汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件，是一个传递转矩的重要部件，工作时承受冲击、弯曲疲劳和扭转应力的作用。失效形式主要是由于扭转力矩作用，工作时频繁启动、变速、反向(倒车)、路面颠簸和部分磨损而引起的疲劳破坏，断裂位置主要集中于轴杆部或花键根部。要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。半轴材料依据其工作条件选用，中型载重汽车选用 40Cr，重型载重汽车选用40CrMnMo。以跃进130 型载重汽车的半轴为例进行分析。

46、半轴的简图如图 1-13 所示。汽车半轴的选材、热处理及加工工艺路线如下。材料：40Cr热处理技术条件：正火，187241HBW ；调质，杆部 3742HRC，盘部外圆2434HRC。调质后半轴的显微组织为回火索氏体或回火托氏体，心部允许有铁素体存在。加工工艺路线：锻造一正火一机加工一调质一盘部钻孔一精加工。正火的目的是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时可以改善锻造组织，为调质作准备。调质的目的是使半轴具有高的综合力学性能。调质后回火温度根据杆部要求的硬度选为 420 土 10，回火后水冷，以防产生回火脆性。 3内燃机曲轴曲轴是内燃机的重要零件之一，在工作时承受周期性变化的气体压力和活塞连

47、杆惯性作用力、弯曲应力、扭转应力、拉伸应力、压缩应力、摩擦应力、切应力和小能量多次冲击力等复杂交变负荷及全部功率输出任务，服役条件恶劣。轴颈严重磨损和疲劳断裂是轴颈主要失效形式。在轴颈与曲柄过渡圆角处易产生疲劳裂纹，向曲柄深处扩展导致断裂。图 1-13 汽车半轴19在高速内燃机中，曲轴还受到扭转振动的影响，产生很大的应力。因此，轴颈表面应有高的疲劳强度、优良耐磨性和足够硬化层深度，以满足多次修磨；基体应有高的综合力学性能与强韧性配合。曲轴分为锻钢曲轴和球墨铸铁曲轴两类。长期以来，人们认为曲轴在动载荷下工作，材料有较高的冲击韧度更为安全。实践证明，这种想法不够全面。目前轻、中载荷，低、中速内燃机

48、已成功地使用球墨铸铁曲轴。如果能保证铸铁质量，对一般内燃机曲轴完全可以采用球墨铸铁制造，同时可简化生产工艺，降低成本。（1）球墨铸铁曲轴 以 110 型柴油机球墨铸铁曲轴为例，说明其加工工艺路线。材料：QT6003 球墨铸铁。热处理技术条件：整体正火，Re650 Nmm2，oA15Jcm2，硬度240300HBW；轴颈表面淬火 +低温回火，硬度55HRC；珠光体数量，试棒75，曲轴70。加工工艺路线：铸造成形一高温正火一切削加工一轴颈表面淬火+低温回火磨削。铸造是保证这类曲轴质量的关键，例如铸造后的球化情况、有无铸造缺陷、成分及显微组织是否合格等都十分重要。在保证铸造质量的前提下，球墨铸铁曲轴的静强度、过载特性、耐磨性和缺口敏感性都比 45 钢锻钢曲轴好。正火的目的是为了增加组织内珠光体的数量并使之细化，以提高抗拉强度、硬度和耐磨性。轴颈表面淬火是为了进一步提高该部位的硬度和耐磨性。（2）锻造合金曲轴 以机车内燃机曲轴为例，说明其选材及加工工艺路线。材料：50CrMoA。热处理技术条件：整体调质，Rm950 Nmmz、只吐750 Nmm2、A12、Z