齒輪[傳動機械器件]

齒輪[傳動機械器件]

齒輪是指輪緣上有齒輪連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件。齒輪在傳動中的套用很早就出現了。19世紀末,展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用工具機與刀具的相繼出現,隨著生產的發展,齒輪運轉的平穩性受到重視。

基本信息

發展起源

歷史

出土的古希臘齒輪裝置 出土的古希臘齒輪裝置

在西方,公元前300年古希臘哲學家亞里士多德在《機械問題》中,就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞鏇轉運動的問題。希臘著名學者亞里士多德和阿基米德都研究過齒輪,希臘有名的發明家古蒂西比奧斯在圓板工作檯邊緣上均勻地插上銷子,使它與銷輪嚙合,他把這種機構套用到刻漏上。這約是公元前150年的事。在公元前100年,亞歷山人的發明家赫倫發明了里程計,在里程計中使用了齒輪。公元1世紀時,羅馬的建築家畢多畢斯製作的水車式制粉機上也使用了齒輪傳動裝置。到14世紀,開始在鐘錶上使用齒輪。

戰國末期鐵質青銅齒輪 戰國末期鐵質青銅齒輪

東漢初年(公元 1世紀)已有人字齒輪。三國時期出現的指南車和記里鼓車已採用齒輪傳動系統。晉代杜預發明的水轉連磨就是通過齒輪將水輪的動力傳遞給石磨的。史書中關於齒輪傳動系統的最早記載,是對唐代一行、梁令瓚於 725年製造的水運渾儀的描述。北宋時製造的水運儀象台(見中國古代計時器)運用了複雜的齒輪系統。明代茅元儀著《武備志》(成書於1621年)記載了一種齒輪齒條傳動裝置。1956年發掘的河北安午汲古城遺址中,發現了鐵制棘齒輪,輪直徑約80毫米,雖已殘缺,但鐵質較好,經研究,確認為是戰國末期(公元前3世紀)到西漢(公元前206~公元24年)期間的製品。1954年在山西省永濟縣櫱家崖出土了青銅棘齒輪。參考同坑出土器物,可斷定為秦代(公元前221~前206)或西漢初年遺物,輪40齒,直徑約25毫米。關於棘齒輪的用途,迄今未發現文字記載,推測可能用於制動,以防止輪軸倒轉。1953年陝西省長安縣紅慶村出土了一對青銅人字齒輪。根據墓結構和墓葬物品情況分析,可認定這對齒輪出於東漢初年。兩輪都為24齒,直徑約15毫米。衡陽等地也發現過同樣的人字齒輪。

《武備志》中齒輪傳動結構圖 《武備志》中齒輪傳動結構圖

早在1694年,法國學者PHILIPPE DE LA HIRE首先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年,法國人M.CAMUS提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節點。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線(節圓)純滾動時,與輔助瞬心線固聯的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的,這就是CAMUS定理。它考慮了兩齒面的嚙合狀態;明確建立了現代關於接觸點軌跡的概念。1765年,瑞士的L.EULER提出漸開線齒形解析研究的數學基礎,闡明了相嚙合的一對齒輪,其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關係。後來,SAVARY進一步完成這一方法,成為EU-LET-SAVARY方程。對漸開線齒形套用作出貢獻的是ROTEFT WULLS,他提出中心距變化時,漸開線齒輪具有角速比不變的優點。1873年,德國工程師HOPPE提出,對不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形,從而奠定了現代變位齒輪的思想基礎。

19世紀末,展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用工具機與刀具的相繼出現,使齒輪加工具備較完備的手段後,漸開線齒形更顯示出巨大的優越性。切齒時只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動,就能用標準刀具在工具機上切出相應的變位齒輪。1908年,瑞士MAAG研究了變位方法並製造出展成加工插齒機,後來,英國BSS、美國AGMA、德國DIN相繼對齒輪變位提出了多種計算方法。

漢初青銅人字齒輪 漢初青銅人字齒輪

為了提高動力傳動齒輪的使用壽命並減小其尺寸,除從材料,熱處理及結構等方面改進外,圓弧齒形的齒輪獲得了發展。1907年,英國人FRANK HUMPHRIS最早發表了圓弧齒形。1926年,瑞土人ERUESTWILDHABER取得法面圓弧齒形斜齒輪的專利權。1955年,蘇聯的M.L.NOVIKOV完成了圓弧齒形齒輪的實用研究並獲得列寧勳章。1970年,英國ROLH—ROYCE公司工程師R.M.STUDER取得了雙圓弧齒輪的美國專利。這種齒輪現已日益為人們所重視,在生產中發揮了顯著效益。

齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件,它在機械傳動及整個機械領域中的套用極其廣泛。現代齒輪技術已達到:齒輪模數0.004~100毫米;齒輪直徑由1毫米~150米;傳遞功率可達上十萬千瓦;轉速可達幾十萬轉/分;最高的圓周速度達300米/秒。

隨著生產的發展,齒輪運轉的平穩性受到重視。1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外擺線作齒廓曲線,以得到運轉平穩的齒輪。

18世紀工業革命時期,齒輪技術得到高速發展,人們對齒輪進行了大量的研究。1733年法國數學家卡米發表了齒廓嚙合基本定律;1765年瑞士數學家歐拉建議採用漸開線作齒廓曲線。

齒輪[傳動機械器件] 齒輪[傳動機械器件]

19世紀出現的滾齒機和插齒機,解決了大量生產高精度齒輪的問題。1900年,普福特為滾齒機裝上差動裝置,能在滾齒機上加工出斜齒輪,從此滾齒機滾切齒輪得到普及,展成法加工齒輪占了壓倒優勢,漸開線齒輪成為套用最廣的齒輪。

1899年,拉舍最先實施了變位齒輪的方案。變位齒輪不僅能避免輪齒根切,還可以湊配中心距和提高齒輪的承載能力。1923年美國懷爾德哈伯最先提出圓弧齒廓的齒輪,1955年蘇諾維科夫對圓弧齒輪進行了深入的研究,圓弧齒輪遂得以套用於生產。這種齒輪的承載能力和效率都較高,但尚不及漸開線齒輪那樣易於製造,還有待進一步改進。

中國行業發展

1、狀況

中國齒輪工業在“十五”期間得到了快速發展:2005年齒輪行業的年產值由2000年的240億元增加到683億元,年複合增長率23.27%,已成為中國機械基礎件中規模最大的行業。就市場需求與生產規模而言,中國齒輪行業在全球排名已超過義大利,居世界第四位。

2006年,中國全部齒輪、傳動和驅動部件製造企業實現累計工業總產值102628183千元,比上年同期增長24.15%;實現累計產品銷售收入98238240千元,比上年同期增長24.37%;實現累計利潤總額5665210千元,比上年同期增長26.85%。

2007年1-12月,中國全部齒輪、傳動和驅動部件製造企業實現累計工業總產值136542841千元,比上年同期增長30.96%;2008年1-10月,中國全部齒輪、傳動和驅動部件製造企業實現累計工業總產值144529138千元,比上年同期增長32.92%。

中國齒輪製造業與已開發國家相比還存在自主創新能力不足、新品開發慢、市場競爭無序、企業管理薄弱、信息化程度低、從業人員綜合素質有待提高等問題。現階段齒輪行業應通過市場競爭與整合,提高行業集中度,形成一批擁有幾十億元、5億元、1億元資產的大、中、小規模企業;通過自主智慧財產權產品設計開發,形成一批車輛傳動系(變速箱、驅動橋總成)牽頭企業,用牽頭企業的配套能力整合齒輪行業的能力與資源;實現專業化、網路化配套,形成大批有特色的工藝、有特色的產品和有快速反應能力的名牌企業;通過技改,實現現代化齒輪製造企業轉型。

“十一五”末期,中國齒輪製造業年銷售額可達到1300億元,人均銷售額上升到65萬元/年,在世界行業排名中達到世界第二。2006-2010年將新增設備10萬台,即每年用於新增設備投資約60億元,新購工具機2萬台,每台平均單價30萬元。到2010年,中國齒輪製造業應有各類工具機總數約40萬台,其中數控工具機10萬台,數控化率25%(高於機械製造全行業平均值17%)。

2、

中低檔的齒輪模具在國內大多都能生產,高端的齒輪模具多依靠進口。國內專門做齒輪模具的工廠不多,大都由齒輪廠自己做齒輪模具,齒輪廠往往設一個工段或一個車間來承擔這項工作。這就致使國內的齒輪模具產業發展難上加難。相關專家表示,要想促使我國齒輪模具產業更好更快的發展,就必須從根本上解決依賴問題,努力提高專業技術,以便更好的服務於國內齒輪模具產業。

隨著齒輪行業競爭的不斷加劇,大型齒輪企業間併購整合與資本運作日趨頻繁,國內優秀的齒輪生產企業愈來愈重視對行業市場的研究,特別是對企業發展環境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此,一大批國內優秀的齒輪品牌迅速崛起,逐漸成為齒輪行業中的翹楚!

2011年,齒輪行業總體銷售額達到1780億元人民幣,同比增長23%;進口額雖還遠遠高於出口額,但出口增速則明顯強於進口。

2012年齒輪行業發展可能呈現“前低後高、中速增長”的態勢。2012年四季度出現的行業增長放緩的趨勢將延續到今年。下半年,隨著國家擴大內需政策的逐步到位,戰略性新興產業的發展以及國家“三基規劃”的開始實施,必將提升現代裝備製造業,從而帶動整個齒輪行業新一輪的上升。預計齒輪行業銷售收入將增長10%以上,出口增幅或將達15%。

3、投資

齒輪及其齒輪產品是機械裝備的重要基礎件,絕大部分機械成套設備的主要傳動部件都是齒輪傳動。隨著國民經濟的高速發展,全行業年銷售總額已突破千億元,形成了企業多元並存、共同發展的行業格局。其中,龍頭企業、骨幹企業已成為推動行業管理水平、產品技術質量水平和自主創新能力提升的重要力量,為把我國從齒輪製造大國建設成為齒輪製造強國做出了突出貢獻。

根據( 中國齒輪行業產銷需求預測與轉型升級分析報告)顯示中國齒輪傳動行業在“十一五”期間得到了快速發展,2005-2010年中國齒輪行業的工業總產值逐年增加,且同比增幅均在20%以上。2010年整個齒輪產業實現工業總產值946.35億元,齒輪全行業市場需求超過1400億元,世界排名第二。從規模和銷售額等各方面因素來看,齒輪產業已然成為中國機械通用零部件基礎件領域的“領軍”級行業。中國已經成為名副其實的世界齒輪製造大國。

2011年末,我國軸承、齒輪、傳動和驅動部件的製造工業企業達2319家,行業總資產達2483.16億元,同比增長20.59 %。2011年,我國規模以上軸承、齒輪、傳動和驅動部件的製造工業企業實現主營業務收入達3144億元,同比增長28.00 %;實現利潤總額達230.4億元,同比增長22.08 %。

2012年上半年,全國齒輪的產量達97.69萬噸,同比增長 47.14%。2012年6月份,我國生產齒輪18萬噸,同比增長50.18%。

中國處於工業化、市場化和城鎮化加快發展的時期,也處在消費擴大和結構升級的時期,裝備製造業將迎來難得發展機遇,為齒輪的發展提供巨大市場空間。“十二五”是我國齒輪行業發展的黃金期,行業應加快朝“由大變強”的目標邁進。

發展格局

1、

特別值得注意的是,少數國家挑起的貿易保護主義,有可能引發全球範圍內的貿易保護。經濟全球化和貿易保護主義正處於博弈階段,但總體趨勢是經濟全球化。同時,後金融危機時代,人民幣面臨著升值的巨大壓力。這意味著進出口格局將產生新的變化,更多的國際產品將進入中國與國產品牌直接競爭。我國齒輪企業必須要在競爭中走向成熟。未來的競爭格局將是集團化趨勢明顯,行業集中度提高;國際大企業重心轉移,紛紛加大對中國等新興市場的投入,國內競爭國際化加劇;國外企業越來越重視中國元素,未來將專門研發針對中國市場的產品。

2、 技術變革

應採取有效措施,用信息技術改造提升齒輪行業,改變我國齒輪產品檔次低和經濟效益不高的狀況。如使用自動化、智慧型化設備,降低成本和能源消耗;推動計算機集成製造系統等在齒輪行業的套用,形成強大的先進裝備製造體系等。

3、大勢所趨

截止到2012年底,齒輪行業年銷售收入約1600億元,生產企業1000餘家,規模以上企業約400餘家,從業人員約30萬人,是基礎零部件行業規模最大的分行業。經過20多年的不懈努力,我國已經成為齒輪強國。

“十二五”期間我國齒輪行業面臨調整振興、由大變強的歷史發展機遇,國內外市場競爭加劇,國內深層次矛盾不可避免地會影響行業前進步伐,但推動行業技術進步創新發展的基本力量不可逆轉,全行業在轉型升級的進程中將以年均30%左右的增速實現穩定發展。

隨著全球一體化的到來,關聯度越來越高的產業需要面對越來越多的共同課題,需要建立廣泛的合作。而這種合作已不再僅是提供產品這么簡單。將從源頭上打破產業之間壁壘,以行業需求為導向成為產業之間融合發展的新趨勢。為達成通過產業融合推動技術創新的目的,行業間應從技術、標準和法規、信息服務與軟科學研究、品牌推廣等方面全方位合作,合理利用雙方的資源,進行前瞻性產品的設計與開發,確保我國自主創新技術的適用性和領先性。

4、變革

低碳化已成為製造業發展的主題。隨著越來越多的國家做出低碳化承諾,節能減排將是企業下一步技術發展的方向。行業也應抓住低碳經濟的機遇,提前介入混合動力、燃料電池、電機電子等新能源技術的研究;進一步挖掘傳統能源的潛力,大力發展再製造等技術,推動產業實現綠色發展、循環發展。

術語

輪齒(齒)──齒輪上的每一個用於嚙合的凸起部分。一般說來,這些凸起部分呈輻射狀排列。配對齒輪上輪齒互相接觸,導致齒輪的持續嚙合運轉。

齒槽──齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間。

齒輪 齒輪

端面──在圓柱齒輪或圓柱蝸桿上垂直於齒輪或蝸桿軸線的平面。

法面──在齒輪上,法面指的是垂直於輪齒齒線的平面。

齒頂圓──齒頂端所在的圓。

齒根圓──槽底所在的圓。

基圓──形成漸開線的發生線在其上作純滾動的圓。

分度圓──在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓,對於直齒輪,在分度圓上模數和壓力角均為標準值。

齒面──輪齒上位於齒頂圓柱面和齒根圓柱面之間的側表面。

齒廓──齒面被一指定曲面(對圓柱齒輪是平面)所截的截線。

齒線──齒面與分度圓柱面的交線。

端面齒距 pt──相鄰兩齒同側端面齒廓之間的分度圓弧長。

模數 m──齒距除以圓周率 π所得到的商,以毫米計。

徑節 p──模數的倒數,以英寸計。

齒厚 s──在端面上一個輪齒兩側齒廓之間的分度圓弧長。

槽寬 e──在端面上一個齒槽的兩側齒廓之間的分度圓弧長。

齒頂高 hɑ──齒頂圓與分度圓之間的徑向距離。

齒根高 hf──分度圓與齒根圓之間的徑向距離。

全齒高 h──齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離。

齒寬 b──輪齒沿軸向的尺寸。

端面壓力角 ɑt── 過端面齒廓與分度圓的交點的徑向線與過該點的齒廓切線所夾的銳角。

基準齒條(Standard Rack):只基圓之尺寸,齒形,全齒高,齒冠高及齒厚等尺寸均合乎標準正齒輪規格之齒條,依其標準齒輪規格所切削出來之齒條稱為基準齒條.

基準節圓(Standard Pitch Circle):用來決定齒輪各部尺寸基準圓.為 齒數x模數

基準節線(Standard Pitch Line):齒條上一條特定節線或沿此線測定之齒厚,為節距二分之一.

作用節圓(Action Pitch Circle):一對正齒輪咬合作用時,各有一相切做滾動圓.

基準節距(Standard Pitch):以選定標準節距做基準者,與基準齒條節距相等.

節圓(Pitch Circle):兩齒輪連心線上咬合接觸點各齒輪上留下軌跡稱為節圓.

節徑(Pitch Diameter):節圓直徑.

有效齒高(Working Depth):一對正齒輪齒冠高和.又稱工作齒高.

齒冠高(Addendum):齒頂圓與節圓半徑差.

齒隙(Backlash):兩齒咬合時,齒面與齒面間隙.

齒頂隙(Clearance):兩齒咬合時,一齒輪齒頂圓與另一齒輪底間空隙.

節點(Pitch Point):一對齒輪咬合與節圓相切點.

節距(Pitch):相鄰兩齒間相對應點弧線距離.

法向節距(Normal Pitch):漸開線齒輪沿特定斷面同一垂線所測節距.

齒輪[傳動機械器件] 齒輪[傳動機械器件]

傳動比():相嚙合兩齒輪的轉速之比,齒輪的轉速與齒數成反比,一般以n、n表示兩嚙合齒數的轉速

現行標準

GB/T 14229-1993 齒輪接觸疲勞強度試驗方法

GB/T 14230-1993 齒輪彎曲疲勞強度試驗方法

GB/T 14231-1993 齒輪裝置效率測定方法

GB/T 1840-1989 圓弧圓柱齒輪模數

GB/T 15752-1995 圓弧圓柱齒輪基本術語

GB/T 15753-1995 圓弧圓柱齒輪精度

GB/T 3481-1997 齒輪輪齒磨損和損傷術語

GB/T 2362-1990 小模數漸開線圓柱齒輪基本齒廓

GB/T 2363-1990 小模數漸開線圓柱齒輪精度

GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法

GB/T 6083-2001 齒輪滾刀基本型式和尺寸

GB/T 6084-2001 齒輪滾刀通用技術條件

GB/T 1356-2001 通用機械和重型機械用圓柱齒輪標準基本齒條齒廓

GB/T 4459.2-2003 機械製圖齒輪表示法

GB/T 2821-2003 齒輪幾何要素代號

GB/T 10062.1-2003 錐齒輪承載能力計算方法第1部分:概述和通用影響係數

GB/T 10062.2-2003 錐齒輪承載能力計算方法第2部分:齒面接觸疲勞(點蝕)強度計算

GB/T 10062.3-2003 錐齒輪承載能力計算方法第3部分:齒根彎曲強度計算

GB/Z 6413.1-2003 圓柱齒輪、錐齒輪和準雙曲面齒輪膠合承載能力計算方法第1部分:閃溫法

GB/Z 6413.2-2003 圓柱齒輪、錐齒輪和準雙曲面齒輪膠合承載能力計算方法第2部分:積分溫度法

GB/T 17879-1999 齒輪磨削後表面回火的浸蝕檢驗

GB/T 3374-1992 齒輪基本術語

GB/T 19321-2003 小艇操舵裝置齒輪傳動連線系統

GB/T 19406-2003 漸開線直齒和斜齒圓柱齒輪承載能力計算方法工業齒輪套用

GB/Z 19414-2003 工業用閉式齒輪傳動裝置

GB/T 9205-2005 鑲片齒輪滾刀

GB/T 19936.1-2005 齒輪FZG 試驗程式第1部分:油品的相對膠合承載能力FZG 試驗方法A/8.3/90

GB/T 6404.1-2005 齒輪裝置的驗收規範第1部分:空氣傳播噪聲的試驗規範

GB/T 6404.2-2005 齒輪裝置的驗收規範第2部分:驗收試驗中齒輪裝置機械振動的測定

GB/T 14348-2007 雙圓弧齒輪滾刀

GB/Z 18620.4-2008 圓柱齒輪 檢驗實施規範第4部分:表面結構和輪齒接觸斑點的檢驗

GB/T 10095.2-2008 圓柱齒輪精度制第2部分:徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許值

GB/Z 18620.2-2008 圓柱齒輪檢驗實施規範第2部分: 徑向綜合偏差、徑向跳動、齒厚和側隙的檢驗

GB/T 6320-2008 槓桿齒輪比較儀

GB/Z 18620.1-2008 圓柱齒輪檢驗實施規範第1部分: 輪齒同側齒面的檢驗

GB/Z 18620.3-2008 圓柱齒輪檢驗實施規範第3部分: 齒輪坯、軸中心距和軸線平行度的檢驗

GB/T 10095.1-2008 圓柱齒輪精度制第1部分:輪齒同側齒面偏差的定義和允許值

GB/T 13924-2008 漸開線圓柱齒輪精度檢驗細則

GB/T 19073-2008 風力發電機組齒輪箱

GB/T 21945-2008 數控扇形齒輪插齒機精度檢驗

GB/T 22161-2008 35mm電影放映機間歇輸片齒輪尺寸

GB/T 22097-2008 齒輪測量中心

GB/Z 22559.2-2008 齒輪 熱功率 第2部分:熱承載能力計算

GB/T 1357-2008 通用機械和重型機械用圓柱齒輪模數

GB/T 3480.5-2008 直齒輪和斜齒輪承載能力計算第5部分:材料的強度和質量

GB/Z 22559.1-2008 齒輪 熱功率 第1部分:油池溫度在95℃時齒輪裝置的熱平衡計算

GB/T 22775-2008 計時儀器用齒輪端面齒輪

GB/T 6443-1986 漸開線圓柱齒輪圖樣上應註明的尺寸數據

GB/T 11281-2009 微電機用齒輪減速器通用技術條件

GB/T 7631.7-1995 潤滑劑和有關產品(L類)的分類第7部分:C組(齒輪)

GB/T 3374.1-2010 齒輪術語和定義第1部分:幾何學定義

GB/T 25509-2010 機械系統和通用件齒輪參考字典

GB/T 25662-2010 數控弧齒錐齒輪銑齒機精度檢驗

GB/T 26090-2010 齒輪齒距測量儀

GB/T 26091-2010 齒輪單面嚙合整體誤差測量儀

GB/T 6467-2010 齒輪漸開線樣板

GB/T 26092-2010 齒輪螺鏇線測量儀

GB/T 6468-2010 齒輪螺鏇線樣板

GB/T 26093-2010 齒輪雙面嚙合綜合測量儀

GB/T 8542-1987 透平齒輪傳動裝置技術條件

GB 5903-2011 工業閉式齒輪油

GB/T 3374.2-2011 齒輪術語和定義第2部分:蝸輪幾何學定義

GB/T 28252-2012 磨前齒輪滾刀

GB/T 28247-2012 盤形齒輪銑刀

GB/T 10063-1988 通用機械漸開線圓柱齒輪承載能力簡化計算方法

GB/T 10098-1988 船用中速柴油機齒輪箱技術條件

GB/T 10224-1988 小模數錐齒輪基本齒廓

GB/T 10225-1988 小模數錐齒輪精度

GB/T 11365-1989 錐齒輪和準雙曲面齒輪精度

GB/T 11572-1989 船用齒輪箱台架試驗方法

GB/T 12368-1990 錐齒輪模數

GB/T 12369-1990 直齒及斜齒錐齒輪基本齒廓

GB/T 12370-1990 錐齒輪和準雙曲面齒輪術語

GB/T 12371-1990 錐齒輪圖樣上應註明的尺寸數據

GB/T 12601-1990 諧波齒輪傳動基本術語

GB/T 12759-1991 雙圓弧圓柱齒輪基本齒廓

GB/T 13672-1992 齒輪膠合承載能力試驗方法

GB/T 13799-1992 雙圓弧圓柱齒輪承載能力計算方法

GB 13895-1992 重負荷車輛齒輪油(GL-5)

結構分類

齒輪[傳動機械器件] 齒輪[傳動機械器件]

一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。

輪齒

簡稱齒,是齒輪上 每一個用於嚙合的凸起部分,這些凸起部分一般呈輻射狀排列,配對齒輪上的輪齒互相接觸,可使齒輪持續嚙合運轉。

齒槽

是齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間;端面是圓柱齒輪或圓柱蝸桿上 ,垂直於齒輪或蝸桿軸線的平面。

端面

是齒輪兩端的平面。

法面

指的是垂直於輪齒齒線的平面。

齒頂圓

是指齒頂端所在的圓。

齒根圓

是指槽底所在的圓。

基圓

形成漸開線的發生線作純滾動的圓。

分度圓

是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。

主要參數

齒數Z

螺鏇傘齒輪 螺鏇傘齒輪

閉式齒輪傳動一般轉速較高,為了提高傳動的平穩性,減小衝擊振動,以齒數多一些為好,小齒輪的齒數可取為z1=20~40。開式(半開式)齒輪傳動,由於輪齒主要為磨損失效,為使齒輪不致過小,故小齒輪不宜選用過多的齒數,一般可取z1=17~20。

螺鏇角

β > 0為左鏇;

β < 0為右鏇

齒距

p n= p tcos β(下標 n和 t分別表示法向和端面的標記)

模數

模數是指相鄰兩輪齒同側齒廓間的齒距p與圓周率π的比值(m=p/π),以毫米為單位。模數是模數制輪齒的一個最基本參數,直齒、斜齒和圓錐齒齒輪的模數皆可參考標準模數系列表(GB/T 1357-1987)。

m n= m tcos β

m=p/ π

齒輪的分度圓是設計、計算齒輪各部分尺寸的基準,而齒輪分度圓的周長=πd=z p

模數m是決定齒輪尺寸的一個基本參數。齒數相同的齒輪模數大,則其尺寸也大。

壓力角

α rb=rcosα=1/2mzcosα

在兩齒輪節圓相切點P處,兩齒廓曲線的公法線(即齒廓的受力方向)與兩節圓的公切線(即P點處的瞬時運動方向)所夾的銳角稱為壓力角,也稱嚙合角。對單個齒輪即為齒形角。標準齒輪的壓力角一般為20”。在某些場合也有採用α=14.5° 、15° 、22.50°及25°等情況。

分度圓直徑

d= m* z

中心距

a=1/2* m( z 1+ z 2)

正確嚙合條件

m 1= m 2, α 1= α 2, β 1= β 2

為使齒輪免於根切,對於α=20o的標準直尺圓柱齒輪,應取z1≥17。Z2=u·z1。

齒頂高係數和頂隙係數

—h*a 、C*

兩齒輪嚙合時,總是一個齒輪的齒頂進入另一個齒輪的齒根,為了防止熱膨脹頂死和具有儲成潤滑油的空間,要求齒根高大於齒頂高。為 此引入了齒頂高係數和頂隙係數。

正常齒:h*a =1; C*=0.25 短齒:h*a =0.8; C*=0.3

型號

按規格或尺寸大小分類,齒輪型號分為標準和非標準兩種;

按國內外計量單位不同,齒輪型號分為公制和英制兩種。

公制齒輪型號

國內主要採用公制/模數(M/m),齒輪模數=分度圓直徑÷齒數=齒輪外徑÷(齒數+2)。

公制齒輪主要型號有:M0.4 M0.5 M0.6 M0.7 M0.75 M0.8 M0.9 M1 M1.25 M1.5 M1.75 M2 M2.25 M2.5 M2.75 M3 M3.5 M4 M4.5 M5 M5.5 M6 M7 M8 M9 M10 M12 M14 M15 M16 M18 M20 M22 M24 M25 M26 M28 M30

英制齒輪型號

DP齒輪是歐美等國採用的英制齒輪(徑節齒輪),是指每一英寸分度圓直徑上的齒數,該值越大齒越小。徑節 DP=z/D (z —齒數,D—分度圓直徑,英寸),以徑節DP單位為 (1/in)。它與公制的換算關係為 m=25.4/DP,也就是說它和我們常用的模數是一樣的。

英制齒輪主要型號有:DP1 DP1.25 DP1.5 DP1.75 DP2 DP2.25 DP2.5 DP2.75 DP3 DP4 DP4.5 DP5 DP6 DP7 DP8 DP9 DP10 DP12 DP14 DP16

分類

齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和製造方法等分類。

齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。漸開線齒輪比較容易製造,因此現代使用的齒輪中 ,漸開線齒輪占絕對多數,而擺線齒輪和圓弧齒輪套用較少。

齒輪[傳動機械器件] 齒輪[傳動機械器件]

在壓力角方面,小壓力角齒輪的承載能力較小;而大壓力角齒輪,雖然承載能力較高,但在傳遞轉矩相同的情況下軸承的負荷增大,因此僅用於特殊情況。而齒輪的齒高已標準化,一般均採用標準齒高。變位齒輪的優點較多,已遍及各類機械設備中。

另外,齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪;按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪;按輪齒所在的表面分為外齒輪、內齒輪;按製造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結齒輪等。

齒輪的製造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大的影響。20世紀50年代前,齒輪多用碳鋼,60年代改用合金鋼,而70年代多用表面硬化鋼。按硬度 ,齒面可區分為軟齒面和硬齒面兩種。

軟齒面的齒輪承載能力較低,但製造比較容易,跑合性好, 多用於傳動尺寸和重量無嚴格限制,以及小量生產的一般機械中。因為配對的齒輪中,小輪負擔較重,因此為使大小齒輪工作壽命大致相等,小輪齒面硬度一般要比大輪的高。

硬齒面齒輪的承載能力高,它是在齒輪精切之後 ,再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理,以提高硬度。但在熱處理中,齒輪不可避免地會產生變形,因此在熱處理之後須進行磨削、研磨或精切 ,以消除因變形產生的誤差,提高齒輪的精度。

材料

製造齒輪常用的鋼有調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低,常用於尺寸較大的齒輪;灰鑄鐵的機械性能較差,可用於輕載的開式齒輪傳動中;球墨鑄鐵可部分地代替鋼製造齒輪 ;塑膠齒輪多用於輕載和要求噪聲低的地方,與其配對的齒輪一般用導熱性好的鋼齒輪。

未來齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發展,並力求尺寸小、重量輕、壽命長和經濟可靠。

而齒輪理論和製造工藝的發展將是進一步研究輪齒損傷的機理,這是建立可靠的強度計算方法的依據,是提高齒輪承載能力,延長齒輪壽命的理論基礎;發展以圓弧齒廓為代表的新齒形;研究新型的齒輪材料和製造齒輪的新工藝; 研究齒輪的彈性變形、製造和安裝誤差以及溫度場的分布,進行輪齒修形,以改善齒輪運轉的平穩性,並在滿載時增大輪齒的接觸面積,從而提高齒輪的承載能力。

摩擦、潤滑理論和潤滑技術是 齒輪研究中的基礎性工作,研究彈性流體動壓潤滑理論,推廣採用合成潤滑油和在油中適當地加入極壓添加劑,不僅可提高齒面的承載能力,而且也能提高傳動效率。

類型

按傳動比分:

定傳動比 —— 圓形齒輪機構(圓柱、圓錐)

變傳動比 —— 非圓齒輪機好構(橢圓齒輪)

按輪軸相對位置分

平面齒輪機構、直齒圓柱齒輪傳動、外嚙合齒輪傳動、內嚙合齒輪傳動、齒輪齒條傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、人字齒輪傳動、空間齒輪機構、圓錐齒輪傳動、交錯軸斜齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動

按工藝分

錐形齒輪、毛坯半制品齒輪、螺鏇齒輪、內齒輪、直齒輪、蝸輪蝸桿

用途套用

塑膠齒輪

隨著科學的發展,齒輪已經慢慢由金屬齒輪轉變為塑膠齒輪。因為塑膠齒輪更具有潤滑性和耐磨性。可以減小噪音,降低成本,降低摩擦。

常用的塑膠齒輪材料有:PVC,POM,PTFE,PA,尼龍,PEEK等。

汽車齒輪

我國中重型載貨汽車齒輪用鋼牌號較多,主要是為適應引進當時國外先進汽車技術的要求。50年代我國從原蘇聯里哈喬夫汽車廠引進當時蘇聯中型載貨汽車(即“解放”牌原車型)生產技術的同時,也引進了原蘇聯生產汽車齒輪的20CrMnTi鋼種。

成形齒輪 成形齒輪

改革開放以後,隨著我國經濟建設的高速發展,為了滿足我國交通運輸的快速發展需要,從80年代開始,我國有計畫地引進工業已開發國家的各類先進機型,各類國外先進中重型載貨汽車也不斷引進。同時,我國大汽車廠同國外著名汽車大公司進行合作,引進國外先進汽車生產技術,其中包括汽車齒輪的生產技術。與此同時,我國鋼鐵冶煉技術水平也在不斷提高,採用鋼包二次冶煉及成分微調和連鑄連軋等先進冶煉 技術,使得鋼廠能生產出高純淨度、淬透性能帶縮窄的齒輪用鋼材,從而實現了引進汽車齒輪用鋼的國產化,使我國齒輪用鋼的生產水平上了一個新台階。適合於我國國情的國產重型汽車齒輪用含鎳高淬透性能鋼也得到了套用,取得了較好效果。汽車齒輪的熱處理技術也從原50-60年代採用井式氣體滲碳護髮展到當前普遍採用由計算機控制的連續式氣體滲碳自動線和箱式多用爐及自動生產線(包括低壓(真空)滲碳技術)、齒輪滲碳預氧化處理技術,齒輪淬火控制冷卻技術(由於專用淬火油和淬火冷卻技術的使用)、齒輪鍛坯等溫正火技術等。這些技術的採用不僅使齒輪滲碳淬火畸變得到了有效控制、齒輪加工精度得到提高、使用壽命得到延長,而且還滿足了齒輪的現代化熱處理的大批量生產需要。

有關文獻指出,汽車齒輪的壽命主要由兩大指標考核,一是齒輪的接觸疲勞強度,二是齒輪的彎曲疲勞強度。前者主要由滲碳淬火質量決定,後者主要由齒輪材料決定。為此,有必要對汽車齒輪用滲碳鋼的要求、性能及其熱處理特點有一個較全面的了解。

鉻錳鈦鋼和硼鋼

齒輪軸 齒輪軸

長期以來,我國載貨汽車齒輪使用最普遍的鋼種是20CrMnTi。這是上世紀50年代我國從原蘇聯引進的中型的汽車齒輪18XTr鋼種(即20CrMnTi鋼)。該鋼晶粒細,滲碳時晶粒長大傾向小,具有良好的滲碳淬火性能,滲碳後可直接淬火。文獻指出,在1980年以前,我國的滲碳合金結構鋼(包括20CrbinTi鋼)在鋼材出廠時只保證鋼材的化學成分和用樣品測定的力學性能,但是在汽車生產時常常出現化學成分和力學性能合格的鋼材,由於淬透性能波動範圍過大而影響產品質量的情況。例如若20CrMnTi滲碳鋼的淬透性過低,則製成的齒輪滲碳淬火後,心部硬度低於技術條件規定的數值,疲勞試驗時,齒輪的疲勞壽命降低一半;若淬透性能過高,則齒輪滲碳淬火後內孔收縮量過大而影響齒輪裝配。

由於鋼材淬透性能對輪齒心部的硬度和畸變都有極其重大的影響,1985年冶金部頒布了我國的保證淬透性結構鋼技術條件(GB5216-85),在此技術條件中列入了包括20CxMnTiH、20MnVBH鋼在內的10種滲碳鋼的化學成分、淬透性能數據。標準中規定:用於製造齒輪的20CrMnTi鋼的淬透性能指標為距水冷端9咖處的硬度為30-42HRC。在此之後,採用20CrMnTi鋼生產齒輪的齒心部硬度過低和畸變過大的問題基本上得到了解決。但是不管齒輪模數大小和鋼材截面粗細均採用同一鋼號20CrMnTi鋼顯然是不合理的。由於我國鋼材冶煉技術水平的提高,和合金結構鋼供應情況的改善,已經有條件把齒輪鋼的淬透性能帶進一步縮窄,並根據不同產品(如變速器齒輪與後橋齒輪等)的要求開發新的鋼種以滿足其要求。

通過與鋼廠協商,1997年長春一汽先後與生產齒輪鋼廠的生產廠家簽定了將20CrMnTi鋼淬透性能分擋供應的協定,例如“解放”牌5t載貨汽車上用於製造截面尺寸較小的變速器第一軸、中間軸齒輪和截面尺寸較大的後橋主、從動圓錐齒輪用20CrMnTiH鋼淬透性能組別分別為I和Ⅱ,對應淬透性能分別為J9:30—36HRC和J9=36~42HRC。

1960年前後,由於我國鎳、鉻鋼的供應緊張,影響了我國含鎳、鉻鋼材的生產。而當時我國的汽車工業是從原蘇聯引進的技術,蘇聯大量套用含鎳、鉻的鋼材。因此,當時我國汽車工業大力發展了硼鋼的開發、研製工作,用20MnVB和20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼製造齒輪。這是因為在結構鋼中加入微量硼(0.0001%-0.0035%)可以顯著地提高鋼材的淬透性能,因此鋼中加入微量硼可以代替一定數量的錳、鎳、鉻、鉬等貴重合金元素,因而硼鋼得到廣泛的套用。長春一汽曾在“解放”牌汽車齒輪生產中使用過20MnTiB和20Mn2TiB鋼。

東風汽車公司生產的“東風”牌5,載貨汽車變速器和後橋齒輪分別採用20CrMnTi和20MnVB鋼製造。同樣,也與鋼廠簽定了把鋼材淬透性能帶縮窄並分檔供應的協定。變速器和後橋主、從動圓錐齒輪用鋼分別為20CrMnTiH(3)和20MnVBH(2)、20MnVBH(3),對應淬透性能分別為J9=32~39HRC和J9=37~44HRC、J9=34~42HRC。

我國綦江齒輪廠引進了德國公司的重型汽車變速器齒輪生產技術,在國內按德國Ⅲ公司的標準試製了該公司的Cr-Mn-B系含硼齒輪鋼獲得成功。其齒輪材料的淬透性能為J10=31~39HRC

直齒輪 直齒輪

當然,20CrMnTi鋼及20MnTiB鋼、20MVB鋼等含硼鋼也存在不足。一般認為20CrMnTi等滲碳鋼是本質細晶粒鋼,滲碳後晶粒不會粗化,可直接淬火。但實際上由於鋼材冶煉質量的影響,常常在正常條件下發生晶粒粗化現象。對多批材料的實際晶粒度試驗,發現相當部分實際晶粒度只有2—3級(930℃保溫3h條件下)。文獻認為,20CrMnTi由於Ti含量較高,鋼中TiN夾雜物多,尤其是大塊的TiN夾雜是齒輪疲勞時的疲勞源,它的存在會降低齒輪的接觸疲勞性能。這種夾雜物呈立方結構,受力時易發生解理開裂,導致齒輪早期失效。另一個問題是該鋼的淬透性能有限,不能滿足大直徑大模數齒輪的要求,滲碳有效硬化層深度和心部硬度均不能滿足重型齒輪的要求。此外,在熱處理過程中20CrMnTi鋼易產生內氧化和非馬氏體組織而降低齒輪的疲勞壽命。但在我國齒輪滲碳鋼中還沒有哪一種鋼在滲碳工藝上有20CrMnTi鋼這樣成熟和可靠。所以,它仍是目前國內使用最普遍的滲碳鋼種。20MnVB、20MnTiB和20Mn2TiB等硼鋼也存在一些缺點,如在冶煉時由於脫氧去氮不好而使硼不能起到增加淬透性能的作用,因此,使硼鋼的性能不穩定,滲碳淬火後的齒輪畸變增大而影響產品的質量。同時由於混晶和晶粒易於粗大,致變形不易控制和韌性較差,且硼鋼齒輪根部易產生托氏體組織和碳氮共滲齒輪的黑網、黑帶。因此,很多工廠中止使用該鋼種。但是由此決不能就此得出硼鋼不適宜作齒輪滲碳鋼的結論。含硼的滲碳鋼在國外還有使用。例如,德國著名的Ⅳ齒輪廠,一直使用由其本廠擬訂的保留鋼種ZF7,這是一種含硼的低碳鉻錳鋼。該鋼主要的化學成分(質量分數,%)為0.15~0.20C,0.15~0.40S,1.0~1.3Cr,1.0~1.3Mn,0.001~0.003B。美國汽車變速器齒輪和後橋主、從動齒輪有的也採用含硼滲碳鋼,如50B15、43BVl4和94B17。因此,只要鋼廠冶煉技術跟上去,硼鋼的上述問題是能夠解決的。

20CrMnTiH、20MnVBH和20MnTiBH鋼齒輪鍛坯在連續式等溫正火爐內進行處理可以保證得到均勻分布的片狀珠光體+鐵素體。這樣可以使齒輪的熱處理畸變大大減小,使齒輪的精度提高,使用壽命延長。

齒輪鍛坯等溫正火硬度為156~207HB。

鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼

22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH鋼由於有著較高淬透性而用於中型汽車齒輪。此類鋼可採用滲碳後直接淬火工藝。由於鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼中含有鉻和鉬等形成碳化物的元素,在滲碳過程中將促使輪齒表面碳含量增加,容易在滲碳層組織中出現大量碳化物,使滲碳層性能惡化。因此,齒輪採用鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼滲碳時,宜採用弱滲碳氣氛,以防止形成過量碳化物。22CrMnMo和20CrMnMoH齒輪鍛坯正火後在650~670℃進行高溫回火處理,金相組織為細片狀珠光體+少量鐵素體,硬度為171~229HB。20CrMnH齒輪鍛坯最好在連續式等溫正火爐中處理,935~945℃加熱,640~650℃先預冷後等溫,可獲得均勻的鐵素體+珠光體組織,硬度為156~207HB。文獻指出,20CrMoH鋼冶煉工藝穩定,淬透性帶較窄且易於控制,與20CrMnTi鋼齒輪比較,具有熱處理畸變小;滲層有良好、穩定的淬透性;金相組織、滲碳淬火後的表面和心部硬度,均能較好地滿足技術要求;疲勞性能好,比較適合汽車中小模數齒輪。綜合考慮齒輪的服役條件,既保證齒輪的疲勞壽命,又減少齒輪的熱處理畸變,在用以製造變速箱齒輪時應為J9=30~36HRC,用以製造後橋齒輪時應為J9=37~42HRC。

齒輪用鋼的國產化

隨著國外先進車型的引進,各種齒輪鋼的國產化使我國的齒輪鋼水平上了一個新台階。德國的Cr-Mn鋼,日本的Cr-Mo系鋼,和美國的SAE86鋼滿足了中小模數齒輪用鋼。國產載貨汽車齒輪有的採用美國牌號SAE8822H鋼,如8t和10t橋用圓錐齒輪採用SAE8822H,該鋼的主要化學成分(質量分數,%)為0.19~0.25C,0.70~1.05Mn,0.15~0.35Si,0.35~0.75Ni,0.35~0.65Cr,0.30~0.40Mo。文獻認為,控制淬透性是解決齒輪畸變問題的關鍵。為減少畸變應選用Jominy淬透性頻寬在4HRC以下的H鋼。採用H鋼的齒輪熱處理後精度(接觸區)比普通鋼高70%~80%,使用壽命延長。因此,工業已開發國家先後規定了滲碳合金結構鋼的淬透性帶。根據需要將淬透性帶限制在很窄的範圍(4~5HRC)。1)在德國訂貨時,可以要求鋼材的淬透性能在給定的範圍內,也可以要求縮窄淬透性能的鋼材。17CrNiM06非常適合製造大模數重負荷汽車齒輪,該鋼主要化學成分(質量分數,%)為0.15~0.20C,0.40~0.60Mn,1.50~1.80Cr,0.25~0.35Mo,1.40~1.70Ni。此鋼在我國已開始生產和使用。文獻認為,在17CrNiM06鋼齒輪滲碳過程中,在適當降低滲碳後期碳勢的同時加快滲碳後的冷卻速度,由空冷改為風冷,阻止大塊碳化物的形成,然後在630cC進行高溫回火,以析出部分合金碳化物,為的是在820℃二次加熱淬火時減少殘留奧氏體量,最終獲得較好的金相組織。2)奧地利"Styer"重型汽車廠要求淬透性頻寬為7HRC。3)日本中重型貨車,如“日野”牌KB222型載重9t汽車和“日產”牌CKL20DD型載貨8t汽車的變速器齒輪及後橋齒輪廣泛採用Cr-Mo系鋼,如SCM420H和SCM822H鋼,相當於我國國產化20CrMnMoH和22CrMoH鋼。

此類鋼具有較高的淬透性能。在一定範圍內,齒輪的彎曲疲勞壽命隨著淬透性的增加而提高。文獻指出,長春一汽開始在生產“解放”牌9t載貨汽車後橋齒輪時,採用20CrMnTiH鋼,即使使用淬透性能為Ⅱ組的鋼材(J9=36~42HRC),熱處理後齒輪輪齒心部硬度也只有22~24HRC,達不到齒輪技術條件規定的要求,汽車在使用時,後橋主動和從動圓錐齒輪發生早期損壞。因此不得不選用淬透性能更高的Ct-Mo鋼,其主要成分參考日本的SCM822H齒輪鋼,該鋼材的主要化學成分(質量分數,%)為:0.19~0.25C,0.55~0.90Mn,0.15~0.35Si,0.85~1.25Cr,0.35~0.45Mo。經與鋼廠協商,生產出了國產化的新鋼種22CrMoH鋼,其淬透性能指標為J9=36~42HRC,較好地滿足了汽車齒輪的使用要求。但是,該鋼的工藝性能較差,齒輪鍛坯要經過等溫退火處理後才能進行切削加工,硬度為156~207HB,金相組織為先共析鐵素體+偽共析珠光體。此鋼淬透性能較高,普通正火容易產生粒狀貝氏體,粒狀貝氏體的出現對切削加工極為不利,不僅使刀具的使用壽命大幅度下降,而且由於異常組織的出現,總是伴隨著金相組織的不均勻性,最終造成齒輪熱處理畸變的增大。4)美國汽車製造廠商力圖降低生產成本,同時,提高零件的可靠性和耐久性,這就需要產品的幾何尺寸及力學性能的高度一致。對熱處理的零件要改善產品性能的一致性,必須降低零件淬火後硬度的分散程度,這就與鋼的淬透性能帶的寬窄程度有直接關係。齒輪心部硬度的一致性將減少熱處理的畸變,從而提高齒輪的精度,並使輪齒表層的殘餘壓應力分布更加均勻。美國載貨汽車變速器齒輪和後橋主動圓錐齒輪用鋼有的採用SAE8620鋼和SAFA820鋼製造。美國SAE8620H、SAE8822H等牌號鋼在我國也已開始生產(如寶鋼集團上鋼五廠等)和使用,分別用於中型載貨汽車變速器齒輪和後橋圓錐齒輪。

國內重型汽車齒輪用鋼

我國齒輪鋼基本滿足國民需求和引進技術過程國產化的要求,而重型車傳動齒輪及中重型車的後橋齒輪用鋼,尚有待開發和生產。根據國內重型汽車的使用技術現狀分析,超載使用和路況較差這兩個問題較為嚴重,而且短期內無法克服,這就使齒輪經常承受較大的過載衝擊載荷。過載衝擊載荷介於疲勞和斷裂應力之間,它對齒輪使用壽命有很大影響,往往造成齒輪早期失效。從這一點來說,大模數重負荷汽車齒輪應選擇Cr-Ni或Cr-Ni-Mo系鋼,如德國的17CrNiM06鋼最好,還有國產20CrNi3H、20CrNiMoH鋼。大功率發動機的問世促進了新型Cr-Ni-Mo系列齒輪鋼的開發和套用。如新型齒輪用鋼20CrNi2Mo、17CrNiM06。一汽集團某汽車改裝公司開發了一種新型載貨汽車橋,其特點是匹配發動機的功率大。為保證齒輪的使用壽命,對齒輪的材料及質量有了更高的要求,原採用22CrMoH鋼製成的後橋主動圓錐齒輪在使用過程中出現早期失效,嚴重時甚至出現斷齒現象。在熱處理方面,由於齒輪材料熱處理工藝有時不夠穩定,部分齒輪的有效硬化層不夠,齒輪心部和表面硬度偏低,這些都是導致齒輪早期失效的主要原因。而且,Cr容易形成晶間網狀碳化物,有損滲層力學性能。分析發現,齒輪輪齒心部硬度低時,過渡層塑性變形會引起滲碳層產生過高應力,因而導致滲碳層形成裂紋,最後使整個輪齒斷裂。為此,根據“斯太爾”汽車橋後橋主動圓錐齒輪使用20CrNi3H鋼的良好行車使用效果,應確保齒輪的有效硬化層深度在1.8~2.2mm,齒輪輪齒心部硬度在38~45HRC,齒輪表面硬度在60~64HRC,碳化物在1~3級,馬氏體、殘留奧氏體在1~4級,這樣可使齒輪的使用壽命提高30%~40%。

冶金齒輪

粉末冶齒輪是少切屑、無切屑的高新技術的產物。

雖然粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中難以單獨統計,但無論是按重量還是按零件數量,粉末冶金齒輪在汽車、機車中所占的比例都遠遠大幹其他領域中的粉末冶金零件。因此,從汽車、機車在整個粉末冶金零件中所占比例的上升可以看出,粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中處於飛速發展的地位。如果按零件特點來分,齒輪屬於結構類零件,而結構類零件在整個鐵基零件中所占的絕對重量也遠遠大於其他幾類,粉末冶金零件。

主要粉末冶金齒輪

(1)凸輪軸齒形帶輪 凸輪軸齒形帶輪是各種汽車發動機中普遍使用的粉末冶金零件,通過一次成形和精整工藝,不需要其他後處理工藝,可以完全達到尺寸精度要求,尤其是齒形精度。因此,與用傳統機械加工方法製造相比,在材料投入和製造上都大大減少,它是體現粉末冶金特點的典型產品。粉末冶金零件配套舉例

配套類別零部件名稱:汽車發動機;凸輪軸、曲軸正時帶輪,水泵、油泵帶輪,主動、從動齒輪,主動、從動鏈輪,凸輪,軸承蓋,搖臂,襯套,止推板,氣門導管,進、排氣門閥座汽車變速箱;各種高低速同步器齒轂及組件,離合器齒輪,凸輪、凸輪軸,滑塊,換擋桿,軸套,導塊,同步環

機車零件;從動齒輪及組件,鏈輪,起動棘爪,棘輪,星形輪,雙聯齒輪,副齒輪,變速齒輪,推桿凸輪,軸套,滑動軸承,定心套,從動盤,進、排氣門閥座

汽車、機車油泵;各種油泵齒輪、齒轂,各種油泵轉子,凸輪環汽車、機車減振器各種活塞,底閥座,導向座壓縮機各種活塞,缸體,缸蓋,閥板,密封環農機產品 各種軸套,轉子,軸承.

其他;分電器齒輪,行星齒輪,內齒盤,組合內齒輪,各種不鏽鋼螺母,磁極。

加工方式

漸開線齒輪加工方法有2大類,一個是仿形法,用成型銑刀銑出齒輪的齒槽,是“模仿形狀”的。另一個是范成法(展成法)。

(1)滾齒機滾齒:可以加工8模數以下的斜齒

(2)銑床銑齒:可以加工直齒條

(3)插床插齒:可以加工內齒

(4)冷打機打齒:可以無屑加工

(5)刨齒機刨齒:可以加工16模數大齒輪

(6)精密鑄齒:可以大批量加工廉價小齒輪

(7)磨齒機磨齒:可以加工精密母機上的齒輪

(8)壓鑄機鑄齒:多數加工有色金屬齒輪

(9)剃齒機:是一種齒輪精加工用的金屬切削工具機

失效形式

1、齒面磨損

對於開式齒輪傳動或含有不清潔的潤滑油的閉式齒輪傳動,由於嚙合齒面間的相對滑動,使一些較硬的磨粒進入了摩擦表面,從而使齒廓改變,側隙加大,以至於齒輪過度減薄導致齒斷。一般情況下,只有在潤滑油中夾雜磨粒時,才會在運行中引起齒面磨粒磨損。

2、齒面膠合

對於高速重載的齒輪傳動中,因齒面間的摩擦力較大,相對速度大,致使嚙合區溫度過高,一旦潤滑條件不良,齒面間的油膜便會消失,使得兩輪齒的金屬表面直接接觸,從而發生相互粘結。當兩齒面繼續相對運動時,較硬的齒面將較軟的齒面上的部分材料沿滑動方向撕下而形成溝紋。

3、疲勞點蝕

相互嚙合的兩輪齒接觸時,齒面間的作用力和反作用力使兩工作表面上產生接觸應力,由於嚙合點的位置是變化的,且齒輪做的是周期性的運動,所以接觸應力是按脈動循環變化的。齒面長時間在這種交變接觸應力作用下,在齒面的刀痕處會出現小的裂紋,隨著時間的推移,這種裂紋逐漸在表層橫向擴展,裂紋形成環狀後,使輪齒的表面產生微小面積的剝落而形成一些疲勞淺坑。

4、輪齒折斷

在運行工程中承受載荷的齒輪,如同懸臂樑,其根部受到脈衝的周期性應力超過齒輪材料的疲勞極限時,會在根部產生裂紋,並逐步擴展,當剩餘部分無法承受傳動載荷時就會發生斷齒現象。齒輪由於工作中嚴重的衝擊、偏載以及材質不均勻也可能引起斷齒。

5、齒麵塑性變形

在衝擊載荷或重載下,齒面易產生局部的塑性變形,從而使漸開線齒廓的曲面發生變形。

潤滑特點

一對減速機齒輪的運動是通過一對一對的齒面嚙合運動來完成的,一對叻合齒面的相對運動又包含滾動和滑動,對於傳遞動力的齒輪,要研究齒輪的受力和變形.需要套用力學知識,齒輪兩齒面之間有潤滑油,又涉及流體力學的知識.如果研究潤帶劑與齒輪表面相互作用生成的表面膜,需要物理、化學方面的知識。因此,在有潤滑劑的條件下,要真實全面地反映齒輪傳動的運動學和動力學問題都必須考慮潤滑劑的存在。計人潤滑劑的齒輪設計,是更加全面和完善的齒輪設計。

生產企業

齒輪工業主要由三類企業組成:車輛齒輪傳動製造企業,工業齒輪傳動製造企業與齒輪專用裝備製造企業。其中,車輛齒輪一枝獨秀,其市場份額達到60%;工業齒輪由工業通用、專用、特種齒輪構成,其市場份額分別為18%、12%、8%;齒輪裝備這一塊只占市場份額的2%。

注意問題

斜齒輪 斜齒輪

進行簡易診斷的目的是迅速判斷齒輪是否處於正常工作狀態,對處於異常工作狀態的齒輪進一步進行精密診斷分析或採取其他措施。當然,在許多情況下,根據對振動的簡單分析,也可診斷出一些明顯的故障。齒輪的簡易診斷包括噪聲診斷法、振平診斷法以及衝擊脈衝(SPM)診斷法等,最常用的是振平診斷法。振平診斷法是利用齒輪的振動強度來判別齒輪是否處於正常工作狀態的診斷方法。根據判定指標和標準不同,又可以分為絕對值判定法和相對值判定法。

絕對值判定法

絕對值判定法是利用在齒輪箱上同一測點部位測得的振幅值直接作為評價運行狀態的指標。

用絕對值判定法進行齒輪狀態識別,必須根據不同的齒輪箱,不同的使用要求制定相應的判定標準。

制定齒輪絕對值判定標準的主要依據如下:

1)對異常振動現象的理論研究;

(2)根據實驗對振動現象所做的分析;

(3)對測得數據的統計評價;

(4)參考國內外的有關標準。

實際上,並不存在可適用於一切齒輪的絕對值判定標準,當齒輪的大小、類型等不同時,其判定標準自然也就不同。

按一個測定參數對寬頻的振動做出判斷時,標準值一定要依頻率而改變。頻率在1kHz以下,振動按速度來判定;頻率在1kHz以上,振動按加速度來判定。實際的標準還要根據具體情況而定。

相時值判定法

在實際套用中,對於尚未制定出絕對值判定標準的齒輪,可以充分利用現場測量的數據進行統計平均,制定適當的相對判定標準,採用這種標準進行判定稱為相對值判定法。

相對判定標準要求將在齒輪箱同一部位測點在不同時刻測得的振幅與正常狀態下的振幅相比較,當測量值和正常值相比達到一定程度時,判定為某一狀態。比如,相對值判定標準規定實際值達到正常值的1.6~2倍時要引起注意,達到2.56~4倍時則表示危險等。至於具體使用時是按照1.6倍進行分級還是按照2倍進行分級,則視齒輪箱的使用要求而定,比較粗糙的設備(例如礦山機械)一般使用倍數較高的分級。

實際中,為了達到最佳效果,可以同時採用上述兩種方法,以便對比比較,全面評價。

相關計算

直徑計算方法

齒頂圓直徑=(齒數+2ha*)*模數

分度圓直徑=齒數*模數

齒根圓直徑=(齒數-2ha*-2*hc*)*模數

對於標準齒輪:ha*=1,hc*=0.25;其他非標準齒輪另取

比如:M4、齒32

齒頂圓直徑=(32+2*1)*4=136mm

分度圓直徑=32*4=128mm

齒根圓直徑=(32-2*1-2*0.25) *4=118mm

這種計算方法針對所有的模數齒輪(不包括變位齒輪)。

模數表示齒輪牙的大小。

齒輪模數=分度圓直徑÷齒數

齒輪模數選擇

齒輪模數國家標準為GB1357-78。

優先選用模數:0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.25mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、 14mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm;

可選模數:1.75mm、2.25mm、2.75mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、7mm、9mm、14mm、18mm、 22mm、28mm、36mm、45mm;

很少用模數:3.25mm、3.75mm、6.5mm、11mm、30mm;

齒輪精度

齒輪精度是指對齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個等級,其中包括齒形、齒向、徑跳等一些重要的參數,其中齒形是指齒的徑向形狀,齒向是指齒的縱向形狀,徑跳是指相鄰兩齒間距離的誤差,一般我們汽車用的齒輪可由滾齒機加工完成,6~7級便可使用,而一些印刷機由於需要高速運轉和批量印刷,故需要高精度齒輪以減小齒輪累計所造成的誤差而使印刷效果下降,而國內生產的磨齒機可加工至4~5級,國外進口的高精度磨齒機可加工至3,~4級,更有一些可以加工至2級。而日本標準DIN 0級相當於中國評判的4級,一般誤差以μm為單位,1μm=0.001mm

齒輪鑄造

齒輪鑄件也被稱為鑄鋼齒輪。這是因為大多數的齒輪都是由鑄鋼製造的 。在此,我分享一些有關生產齒輪鑄件和相關的熱處理信息。齒輪鑄件的重量通常從幾公斤到數噸不等。

齒輪鑄件的材料通常使用高碳鑄鋼,也有些使用含鉻、鎳、鉬的合金鋼,以達到很高的抗拉強度。通常大齒輪比小齒輪的物理需求低。

關於鑄造工藝, 通常地板成型工藝就適用並能滿足正常需求。至於鑄鋼齒輪,如從動齒輪,齒輪和惰輪,使用石英砂的地板成型工藝是不錯的選擇。為什麼呢,因為齒輪的大多數的部位都需要加工。所以,你不需要使用更高的鑄造工藝。此外,關於中、大型鋼鑄件, 使用石英砂的地板成型工藝幾乎是唯一的選擇。

關於熱處理,當然,所有鋼鑄件都必須標準化以消除內部壓力。齒輪鑄件的某些部位可以焊接。如果鑄造廠焊接鑄件,必須對焊接位置退火。如果滾齒後硬度極高,你可以再次退火以降低硬度並消除內部硬點。在加工和滾齒後,齒輪淬火或稱之為硬化處理,以提高齒輪齒的表面硬度。對於小齒輪,你可以做滲碳處理。對於大型從動齒輪,你可以做表面淬火處理。沒有經過硬化處理的齒輪壽命很短,僅幾個星期到幾個月。

由於齒輪鑄件對材料、缺陷、加工及熱處理的要求更高。而且,齒輪鑄件的訂單量相對較少。因此,許多鋼鐵鑄造廠不願意製造。

一些齒輪由鍛造工藝製造。鍛造齒輪內部組織密度更好、強度更高。鍛造齒輪可以用於更嚴格的工作條件。鑄造齒輪強度低,但廣泛套用於一般工作條件。鍛造齒輪的成本高,而鑄造齒輪的成本相對較低。買方應根據成本和使用條件選擇合適的製造工藝。

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