齿轮能够由各种资料制成，包含许多类型的钢、黄铜、青铜、铸铁、球墨铸铁、铝、粉末金属和塑料。全体而言，钢是最常见的资料，虽然多年来，咱们一直在运用说到的一切资料类型。钢一般是最理想的，因为它供给了高强度分量比、高耐磨性、经过热处理增强物理功能的才能以及有竞争力的价格的成功组合。

　　SS330 - SS490 没有规则碳 (C) 的含量。碳担任钢的强度，也影响淬透性。因而，假如您挑选日本常常用于齿轮的SS400资料，您就是在挑选未硬化的低强度金属齿轮。

　　SPCC 常用于齿轮资料，因为它的碳 (C) 含量高且具有通用性。因为厚度较薄，SPCC 用于强度低于 SS 资料的齿轮。因为碳含量低，它们的外表不能经过硬化来固化，因而您需求指定软氮化处理来简略地硬化它们的外表。

　　在各种特殊钢中，有时在热处理后运用，因而被归类为合金钢。热处理仅限于外表层。假如内部零件需求坚固，机器结构运用合金钢。（表5-4）

　　关于 S15C - S25C，碳 (C) 的淬火和回火的拉伸强度没有规则，因为因为碳 (C) 含量较低，热处理不会进步硬度。当您只想运用金属时挑选这种资料。假如要对这种低碳钢的齿面进行硬化，请在指定增加碳的渗碳和淬火后挑选这些资料。另一方面，S30C 及以下资料含有较多的碳，因而适用于一般硬化。假如您想用这些资料硬化齿面，请指定淬火和回火（全体）或感应淬火（挑选性部分）。

　　挑选用于制造齿轮的特定资料类型最终是在所需强度、经用性和本钱之间取得平衡。本文回忆了不同的金属和非金属齿轮资料、齿轮运用以及动力传输核算。

　　齿轮钢可分为两大类——一般碳钢和合金钢。合金钢在必定程度上用于工业范畴，但热处理的一般碳钢更为常见。齿轮上运用未经处理的合金钢很少，假如有的话，是合理的，而且只要在缺少热处理设备的情况下。确认运用热处理一般碳钢仍是热处理合金钢时应考虑的关键是：运用条件或规划是否需求合金钢的优胜特性，或许，假如不需求合金钢，所取得的优势是否会抵消额定的本钱？关于大多数运用而言，一般碳钢经过热处理以取得预期服务的最佳质量，是令人满意且恰当经济的。运用热处理合金钢代替热处理一般碳钢的长处如下：

　　两大类齿轮钢中的每一类可进一步细分如下： 1) 外表硬化钢；2) 全硬化钢；3) 经热处理并拉制成可进行机械加工的硬度的钢。

　　前两种——外表硬化钢和全硬化钢——在某些服务中能够交换，挑选一般取决于个人定见。当需求耐磨性时，一般运用具有极硬、细晶粒（恰当处理时）表壳和相对柔软且具有延展性的芯部的外表硬化钢。外表硬化合金钢具有恰当坚韧的中心，但不如全硬化钢坚韧。为了从中心功能中取得最大收益，外表硬化钢应进行双淬火。关于合金钢来说特别如此，因为从它们的运用中取得的优点很少能证明额定的费用是合理的，除非经过第2次淬火对中心进行精粹和增韧。额定细化有必要支付的价值是增加失真，

　　当需求高强度、高耐力极限、耐性和抗冲击性时，可运用穿通硬化钢。这些质量取决于所用钢材的品种和处理办法。在这组中能够取得恰当高的外表硬度，虽然不如外表硬化钢高。因为这个原因，耐磨性并没有到达或许取得的那么大，可是当要求耐磨性与高强度和耐性相结合时，这种钢优于其他钢。硬化钢在硬化时会发生必定程度的变形，变形量取决于所运用的钢和淬火介质。出于这个原因，贯穿硬化钢不适用于以噪音为首要要素的高速齿轮，或用于精度至关重要的齿轮，当然，除非：在能够磨牙的情况下。中碳和高碳百分比需求油淬，但关于较低的碳含量或许需求水淬，以取得最高的物理功能和硬度。但是，水淬时变形会更大。

　　当齿轮齿的磨削不切实践而且需求高精度时，能够将硬化钢拉制或回火到答应切开齿的硬度。这种处理供给了高度精密的结构、超卓的耐性，而且虽然硬度低，但仍具有超卓的耐磨性。经过消除因为不准确性引起的冲击而发生的增量载荷，在必定程度上补偿了较低的强度。当以这种办法处理从外表到中心的硬度浸透程度较低的钢时，规划不能依据与外表硬度相对应的物理特性。因为物理特性是由硬度决议的，从外表到中心的硬度下降会导致牙根的物理特性下降，压力最大的当地。淬火介质能够是油、水或盐水，这取决于所运用的钢和所需的硬度浸透。当然，变形量无关紧要，因为机加工是在热处理之后进行的。

　　经过使小齿轮比齿轮更硬，从磨损的视点来看是有利的成果。小齿轮的齿数比齿轮少，每个齿天然会做更多的功，小齿轮和齿轮之间的硬度差异（取决于比率）用于平衡磨损率。较硬的小齿轮齿经过初始磨损在必定程度上纠正了齿轮齿中的差错，然后因为外表的冷加工而使齿轮的齿变得润滑并增加了其接受磨损的才能。在齿轮比高且没有严峻冲击载荷的运用中，与经过油处理的齿轮一同运转的外表硬化小齿轮，经过处理后到达可切开齿的布氏硬度，是一个很好的组合。小齿轮，

　　铸造和轧制碳齿轮钢是依据表 1 中规则的化学成分要求购买的。N 级钢一般在这些约束内的十点碳范围内订货。对物理功能的要求已省掉，但在要求时应省掉对碳的要求。钢能够经过平炉和电炉工艺中的一种或两种来制造。

　　锻轧合金齿轮钢按表2规则的化学成分要求收购，省掉了物理功能要求。钢应由平炉和电炉工艺中的一种或两种工艺制成。

　　主张依据化学剖析购买用于切削齿轮的铸钢件，而且只运用两种剖析，一种用于外表硬化齿轮，另一种用于未经处理的齿轮和需求淬火和回火的齿轮。钢将经过平炉、坩埚或电炉工艺制造。转换器进程无法辨认。有必要供给满足的立管，以确保安定和免于过度阻隔。未退火铸件不得强行折断冒口。用火炬堵截冒口时，切断应至少高于铸件外表二分之一英寸，并经过切削、磨削或其他无害办法去除剩下的金属。

　　齿轮用钢应契合表 3 规则的化学成分要求。一切齿轮用钢铸件有必要彻底正火或退火，运用的温度和时刻应彻底消除未退火铸件的特征安排。

　　这儿总结了各种合金元素对钢的影响，以协助确认用于特定意图的特定合金钢。概述的特性仅适用于热处理钢。当阐明增加合金元素的效果时，能够了解的是，与相同碳含量的一般碳钢比较，参阅的是给定碳含量的合金钢。

　　镍：增加镍往往会增加硬度和强度，但不会献身延展性。硬度浸透比一般碳钢稍大。因为淬火温度较低，运用镍作为合金元素下降了临界点并发生较少的变形。外表硬化组的镍钢渗碳较慢，但晶粒长大较少。

　　铬：铬比运用镍取得的硬度和强度增加，但延展性的丢失更大。铬细化了晶粒并赋予了更大的硬度。铬钢具有高度的耐磨性，虽然晶粒细微，但易于加工。

　　锰：当存在满足量以确保运用合金一词时，增加锰对错常有用的。它比镍具有更高的强度，比铬具有更高的耐性。因为其对冷加工的敏感性，它很或许在严峻的单位压力下活动。到目前为止，它还没有很多用于热处理齿轮，但现在遭到越来越多的重视。

　　钒：钒具有与锰相似的效果——增加硬度、强度和耐性。延展性的丢失比锰构成的丢失要多一些，但硬度浸透比任何其他合金元素都大。因为晶粒结构极细，冲击强度高；但钒往往会使加工变得困难。

　　钼：钼具有增加强度而不影响延展性的特性。关于相同的硬度，含钼钢比任何其他合金钢更具延展性，而且具有简直相同的强度，更坚韧；虽然增加了耐性，但钼的存在并不会使加工变得愈加困难。事实上，这种钢的加工硬度比任何其他合金钢都高。冲击强度简直与钒钢相同大。

　　铬镍钢：铬和镍两种合金元素的组合增加了两者的有利质量。镍钢的高延展性与增加铬所赋予的高强度、更细的晶粒尺度、深度硬化和耐磨功能相得益彰。耐性的进步使这些钢比一般碳钢更难加工，而且更难热处理。变形跟着铬和镍的量增加而增加。

　　铬钒钢：铬钒钢具有与铬镍钢简直相同的拉伸功能，但更细的晶粒尺度增加了硬化才能、冲击强度和耐磨性。与其他合金钢比较，它们难以加工而且更简单变形。

　　铬钼钢：该组钢具有与直钼钢相同的质量，但经过增加铬进步了硬化深度和耐磨性。这种钢很简单热处理和机加工。

　　关于低负载和中等负载齿轮的高产量，运用烧结金属粉末能够显着节省生产本钱。运用这种资料，齿轮在高压下在模具中成型，然后在熔炉中烧结。首要本钱节省来自于加工齿轮齿和其他齿轮毛坯外表的劳动力本钱的大幅下降。生产量有必要满足高以分摊模具的本钱，而且齿轮毛坯有必要具有能够成型并简单从模具中脱模的结构。

　　这些规范涵盖了用于直齿轮、锥齿轮和蜗轮的有色金属、用于复合齿轮的衬套和法兰。该资料应依据化学成分购买。合金能够经过任何同意的办法制造。

　　正齿轮和锥齿轮：关于正齿轮和锥齿轮，主张运用硬铸青铜（ASTM B-10-18；SAE No. 62；以及众所周知的 88-10-2 混合物），其成分约束如下： 铜, 86 至 89; 锡，9 至 11；锌，1 至 3；铅（最大值），0.20；铁（最大），0.06%。用这种青铜制成的优质铸件应具有以下最低物理特性：极限强度，每平方英寸 30,000 磅；屈服点，每平方英寸 15,000 磅；2英寸伸长率，14%。

　　蜗轮：关于青铜蜗轮，引荐运用两种代替剖析磷青铜，SAE No. 65 和 No. 63。

　　SAE No. 65（称为磷齿轮青铜）具有以下成分： 铜，88 至 90；锡，10 至 12；磷，0.1 至 0.3；铅、锌和杂质（最大） 0.5%。

　　由这种合金制成的优质铸件应具有以下最低物理特性： 极限强度，每平方英寸 35,000 磅；屈服点，每平方英寸 20,000 磅；2英寸伸长率，10%。

　　SAE No. 63（称为含铅炮铜）的成分如下：铜，86 至 89；锡，9 至 11；铅，1比2.5；磷（最大值），0.25；锌和杂质（最大），0.50%。

　　由这种合金制成的优质铸件应具有以下最低物理特性： 极限强度，每平方英寸 30,000 磅；屈服点，每平方英寸 12,000 磅；2英寸伸长率，10%。

　　这些合金，特别是 65 号合金，适用于淬火以进步硬度和细化晶粒。65 号更适合用于硬度高、精度高的蜗杆。63 号更适合与未硬化的蜗杆一同运用。

　　齿轮衬套：关于齿轮用青铜衬套，引荐运用 SAE No. 64 进行以下剖析：铜，78.5 至 81.5；锡，9 至 11；抢先，9比11；磷，0.05 至 0.25；锌（最大值），0.75；其他杂质（最大），0.25%。这种合金的杰出铸件应具有以下最低物理特性：极限强度，每平方英寸 25,000 磅；屈服点，每平方英寸 12,000 磅；2英寸伸长率，8%。

　　复合小齿轮法兰 : 关于复合小齿轮的黄铜法兰，引荐运用 ASTM B-30-32T 和 SAE No. 40。这是一种杰出的铸造红黄铜，具有满足的强度和硬度，能够在规划使法兰与配对齿轮啮合时接受其负载和磨损。组成如下：铜，83～86；锡，4.5 至 5.5；抢先，4.5 至 5.5；锌，4.5 至 5.5；铁（最大）0.35；锑（最大），0.25%；铝，没有。由这种合金制成的优质铸件应具有以下最低物理特性：极限强度，每平方英寸 27,000 磅；屈服点，每平方英寸 12,000 磅；2英寸伸长率，16%。

　　Hamilton Gear & Machine Co. 对或许用于蜗轮的各种资料进行了一系列广泛的测验，以确认哪种资料最合适。依据这些测验，冷铸镍磷青铜在耐磨性和抗变形性方面排名榜首。这种青铜由大约 87.5% 的铜、11% 的锡、1.5% 的镍和 0.1% 到 0.2% 的磷组成。这些测验中运用的蜗杆由 SAE-2315、3 ½% 镍钢制成，经过外表硬化、研磨和抛光。蠕虫的肖氏硬度在 80 到 90 之间。这种镍合金钢是在对多种钢进行屡次测验后选用的，因为它供给了必要的强度以及所需的硬度。

　　在这些测验中体现第二好的资料是 SAE 65 号青铜。水兵青铜 (88-10-2) 含有 2% 的锌，不含磷，未冷却，在每分钟 600 转的速度下体现令人满意，但在较低的速度下不行强。红黄铜 (85-5-5) 在每分钟 1500 到 1800 转的情况下被证明稍好一些，但会在较低的速度下曲折，然后才会显示出实践磨损。

　　非金属或复合齿轮首要用于高速运转的安静性是首要考虑要素。非金属资料也十分普遍地运用于正时齿轮和许多其他类别的齿轮。生皮开端用于非金属齿轮，但已引进其他具有重要优势的资料。这些后来的资料由不同的公司以各种商品名称出售，例如 Micarta、Textolite、Formica、Dilecto、Spauldite、Phenolite、Fibroc、Fabroil、Synthane、Celoron 等。这些齿轮资料大部分由帆布层或其他资料组成浸渍塑料并在液压效果下强制结合在一同，再加上加热，构成细密的刚性块。

　　虽然酚醛树脂齿轮一般具有弹性，但它们是自支撑的，除非接受很大的发动扭矩，不然不需求侧板或护罩。酚醛树脂元件维护这些齿轮免受害虫和啮齿动物的损害。

　　所指的非金属齿轮资料一般假定具有铸铁的动力传递才能。虽然抗拉强度或许远低于铸铁，但这些资料的弹性使它们能够接受必定程度的冲击和磨损，然后或许导致铸铁齿的过度磨损。因而，浸渍帆布的组合齿轮常常被证明比铸铁更经用。

　　这些非金属资料最有用的运用范畴是高速负载。在低速时，当发动扭矩或许很高，或许当负载或许动摇很大，或许当或许遇到高冲击负载时，这些非金属资料并不总是令人满意。一般来说，非金属资料不运用于低于 600 英尺/分钟 (3.05 m/s) 的节线速度。

　　齿形：非金属资料的最佳齿形是 20 度短齿体系。当只触及单对齿轮且中心距能够变化时，制造全齿顶方式的非金属自动小齿轮和规范齿比的从动金属齿轮可取得最佳效果。这种驱动器将承载比规范齿份额之一高 50% 到 75% 的负载。

　　合作齿轮的资料：为了在负载下的经用性，运用硬化钢（超越 400 布氏硬度）作为合作金属齿轮好像能够供给最佳效果。合作件资料的第二个不错的挑选是铸铁。运用黄铜、青铜或软钢（低于 400 布氏硬度）作为酚醛层压齿轮合作部件的资料会导致过度磨损。

　　酚醛层压资料制成的齿轮的特性与金属齿轮的特性有很大的不同，应该将它们独自归为一类。因为弹性模量低，齿形和齿距小差错的影响大部分被弹性变形吸收在齿面，对齿轮的强度影响不大。

　　酚醛层压资料的S s值为6000 lb/in 2 (41.36 MPa)。附表给出了不同节线速度下的安全作业应力S。当S的值已知时，经过将S的值替换为从第 592 页开端的塑料齿轮的动力传输才能部分中的恰当方程式中的S值来确认马力。

　　用于齿轮的酚醛层压资料的抗拉强度略低于铸铁。这些资料比任何金属都软得多，弹性模量约为钢的三十分之一。换言之，假如将引起 0.001 英寸（0.025 毫米）变形的钢齿轮上的齿载荷施加到由酚醛层压资料制成的相似齿轮的齿上，则非金属齿轮的齿将变形约1⁄32 英寸（0.794 毫米）。

　　在这些条件下，会发生几件事。关于一切齿轮，不管理论上的触摸持续时刻怎么，只要一个齿会接受负载，直到负载足以使齿变形至或许存在的差错量。在金属齿轮上，当齿已变形时的差错量，资料中发生的应力或许挨近或超越资料的弹性极限。因而，关于规范齿形和由规范根本齿条生成的齿形，核算它们的强度远远大于单个齿上能够安全承载的强度是很风险的。另一方面，在由酚醛层压资料制成的齿轮上，齿会发生这种正常差错的变形量，而不会在资料中发生任何显着的应力，因而负载实践上是由多个齿支撑的。

　　一切资料都有其共同而明显的特性，因而在某些特定条件下，每种资料都有自己的优势范畴。这样的范畴或许会有必定程度的堆叠，只要在这样的堆叠范畴中，不同的资料才有直接的竞争力。例如，钢或多或少具有延展性，具有高抗拉强度和高弹性模量。另一方面，铸铁不具有延展性，抗拉强度低，但抗压强度高，弹性模量低。因而，当刚度和高抗拉强度至关重要时，钢远优于铸铁。另一方面，当这两个特性不重要，但高抗压强度和适度的弹性是必不可少的时，铸铁优于钢。

　　齿轮或小齿轮的节距应与功率或速度或施加的扭矩具有合理的联系，如附表所示。该表的上半部分依据在给定的节线速度下传输的马力 (kw)。下半部分给出以磅英尺 (Nm) 为单位的扭矩或 1 英尺（米）半径处的扭矩。关于任何给定的马力 (kw) 和速度，该扭矩T能够从以下公式取得：

　　关于一般酚醛层压小齿轮，即没有金属端板的小齿轮，应运用每英寸（或毫米/毫米）轴直径 0.001 英寸的驱动合作。关于直径超越 2.5 英寸（63.5 毫米）的轴，合作应恒定在 0.0025 到 0.003 英寸（0.064–0.076 毫米）。当运用金属加强端板时，驱动合作应契合与金属相同的规范。

　　酚醛层压型小齿轮的齿根直径应使从键槽边际到齿根直径的最小间隔至少等于齿深。

　　一般酚醛层压齿轮或小齿轮上的键槽应力不该超越 3000 psi (20.68 MPa)。键槽应力由以下公式核算：

　　S = 单位应力，单位为磅/平方英寸（牛顿/平方米）hp = 传输的马力kw = 传输的千瓦功率V = 轴的圆周速度，单位为英尺/分钟（米/秒）A = 平方英寸（平方米）键槽面积小齿轮（长×高）

　　当规划使得键槽应力超越 3000 psi (20.68 MPa) 时，能够运用金属加强端板。这种端板不该超出齿根直径。固定螺栓外缘到齿根直径的间隔不该小于全齿深。应防止运用驱动键，但假如需求，应在小齿轮上运用金属端板以起到键的楔入效果。

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