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1、模块三齿轮传动的设计计算模块三齿轮传动的设计计算任务任务3-1 认识齿轮传动认识齿轮传动任务任务3-2 安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序任务任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料任务任务3-4 设计齿轮传动设计齿轮传动任务任务3-5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动齿轮传动是现代机械设备中应用最广泛的一种机械传动。齿轮传动是现代机械设备中应用最广泛的一种机械传动。图图3 -1所示是一级直齿圆柱齿轮减速器，所示是一级直齿圆柱齿轮减速器，图图3 -2是卷扬机中应用是卷扬机中应用齿轮传动的实例。本任务就是认识在生产生活实际中
2、使用的齿轮传动的实例。本任务就是认识在生产生活实际中使用的齿轮传动。齿轮传动。3.1 齿轮传动的认识齿轮传动的认识一、齿轮传动的类型一、齿轮传动的类型1两轴平行的齿轮传动（平面齿轮传动）两轴平行的齿轮传动（平面齿轮传动）两齿轮的轴线相互平行，两轮的相对运动为平面运动，一般两齿轮的轴线相互平行，两轮的相对运动为平面运动，一般都为圆柱齿轮传动。它可分为：都为圆柱齿轮传动。它可分为： (1)直齿圆柱齿轮传动，如直齿圆柱齿轮传动，如图图3-3(a)、(b)、(c)所示。所示。下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动(2)斜齿圆柱齿轮传动，如图斜齿圆柱齿轮传动，如图3-3(d)所示。所示。
3、(3)人字齿圆柱齿轮传动，如图人字齿圆柱齿轮传动，如图3-3 (e)所示。所示。2两轴不平行的齿轮传动（空间齿轮传动）两轴不平行的齿轮传动（空间齿轮传动）(1)圆锥齿轮传动。两齿轮的轴线相交，如图圆锥齿轮传动。两齿轮的轴线相交，如图3-3(f)、(g)所所示。示。(2)交错斜齿轮传动。两齿轮的轴线相互交错，如图交错斜齿轮传动。两齿轮的轴线相互交错，如图3-3 (h)所示。所示。(3)蜗杆传动。蜗杆轴线与蜗轮轴线互相垂直交错，如图蜗杆传动。蜗杆轴线与蜗轮轴线互相垂直交错，如图3-3(i)所示。所示。 二、对齿轮传动的基本要求二、对齿轮传动的基本要求上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传
4、动认识齿轮传动1传动准确、平稳传动准确、平稳即要求齿轮在传动过程中的瞬时角速度比值恒定不变，以免即要求齿轮在传动过程中的瞬时角速度比值恒定不变，以免发生震动、冲击和噪声。发生震动、冲击和噪声。2承载能力强承载能力强即要求齿轮在传动过程中有足够的强度、刚度，能传递较大即要求齿轮在传动过程中有足够的强度、刚度，能传递较大的动力，并在使用寿命内不发生断齿、点蚀和过度磨损等现的动力，并在使用寿命内不发生断齿、点蚀和过度磨损等现象。象。三、齿轮传动的特点三、齿轮传动的特点齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳；传递齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳；传递的功率和适应的圆周速度范围广；
5、传动效率高；工作可靠；的功率和适应的圆周速度范围广；传动效率高；工作可靠；寿命长；结构紧凑。寿命长；结构紧凑。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动其主要缺点是：制造和安装精度要求较高，成本高；精度不其主要缺点是：制造和安装精度要求较高，成本高；精度不高的齿轮在传动时，振动、冲击和噪声较大；没有过载保护高的齿轮在传动时，振动、冲击和噪声较大；没有过载保护能力；不适于远距离两轴之间的传动。能力；不适于远距离两轴之间的传动。3.2 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律图图3 -4为一对相啮合的齿轮它们在为一对相啮合的齿轮它们在K处的线速度分别为处的线速度分别为VK1、VK2。V
6、K1和和VK2在法线在法线nn上的分速度应相等，否则两齿廓将会压上的分速度应相等，否则两齿廓将会压坏或分离。即坏或分离。即上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动上式说明互相啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比上式说明互相啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比都与其连心线被过齿廓接触点的公法线所分割的两线段成反都与其连心线被过齿廓接触点的公法线所分割的两线段成反比。这一规律称为齿廓啮合的基本定律。比。这一规律称为齿廓啮合的基本定律。凡能实现预期运动规律的一对齿廓成为共轭齿廓。传动齿轮凡能实现预期运动规律的一对齿廓成为共轭齿廓。传动齿轮的齿廓曲线除要求满足传动比恒定之
7、外，还必须考虑制造、的齿廓曲线除要求满足传动比恒定之外，还必须考虑制造、设计、安装、使用和强度等要求。设计、安装、使用和强度等要求。3.3渐开线齿廓渐开线齿廓 一、渐开线的形成及其性质一、渐开线的形成及其性质由渐开线的形成过程可见，渐开线具有以下性质：由渐开线的形成过程可见，渐开线具有以下性质：(1)发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即BK =AB上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动(2)渐开线上任一点的法线均与基圆相切。渐开线上任一点的法线均与基圆相切。(3)渐开线上各点的压力角大小不相等。渐开线上各点的压
8、力角大小不相等。(4)渐开线的形状取决于基圆的大小。渐开线的形状取决于基圆的大小。二、渐开线齿廓啮合特点二、渐开线齿廓啮合特点 1渐开线齿廓满足传动比恒定的要求渐开线齿廓满足传动比恒定的要求一对互相啮合的渐开线齿廓和在任意点一对互相啮合的渐开线齿廓和在任意点K接触（如接触（如图图3 -7），），过过K点作两齿廓的公法线，由渐开线的性质点作两齿廓的公法线，由渐开线的性质(2)知，此公法线知，此公法线必为两轮基圆的公切线。必为两轮基圆的公切线。渐开线齿廓满足定传动比要求，即渐开线齿廓满足定传动比要求，即上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 2渐开线齿廓间正压力方向的不变性
9、渐开线齿廓间正压力方向的不变性 如前述，一对渐开线齿廓无论在何位置接触，过接触点的齿如前述，一对渐开线齿廓无论在何位置接触，过接触点的齿廓公法线都是同一条直线廓公法线都是同一条直线两轮基圆的公切线。这说明，两轮基圆的公切线。这说明，在啮合过程中两齿廓的啮合点都在直线在啮合过程中两齿廓的啮合点都在直线N1N2上。因此直线上。因此直线，出是两齿廓啮合点的轨迹，称为渐开线齿廓的理论啮合线。，出是两齿廓啮合点的轨迹，称为渐开线齿廓的理论啮合线。当齿轮传递的力矩一定时，若不计齿廓间的摩擦，则齿轮之当齿轮传递的力矩一定时，若不计齿廓间的摩擦，则齿轮之间、轴与轴之间压力的大小和方向均不变，这是渐开线齿轮间、
10、轴与轴之间压力的大小和方向均不变，这是渐开线齿轮传动的一大优点。传动的一大优点。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 3渐开线齿廓的中心距可分性渐开线齿廓的中心距可分性一对渐开线齿轮传动由于制造、安装、受力变形及轴承磨损一对渐开线齿轮传动由于制造、安装、受力变形及轴承磨损等原因，两轮的实际中心距与设计的理论中心距不可避免地等原因，两轮的实际中心距与设计的理论中心距不可避免地会略有误差。根据齿廓啮合基本定律，可知会略有误差。根据齿廓啮合基本定律，可知由上式知，当中心距略有改变时，不会影响两轮的传动比。由上式知，当中心距略有改变时，不会影响两轮的传动比。渐开线齿廓啮合传动
11、的这一特性称为中心距可分性。渐开线齿廓啮合传动的这一特性称为中心距可分性。3.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算一、齿轮各部分的名称一、齿轮各部分的名称上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动如如图图3 -8所示为一标准直齿圆柱齿轮的一部分，其各部分名所示为一标准直齿圆柱齿轮的一部分，其各部分名称如下：称如下：(1)轮齿和齿槽。齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分，均称轮齿和齿槽。齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分，均称为轮齿。为轮齿。(2)齿顶圆。过齿轮所有齿顶端的圆称为齿顶圆齿顶圆。过齿轮所有齿顶端的圆称为齿顶圆
12、(3)齿槽宽。齿轮相邻两齿之间的空间称为齿槽；在任意圆周齿槽宽。齿轮相邻两齿之间的空间称为齿槽；在任意圆周上，齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽上，齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽(4)齿厚。在任意圆周上，同一轮齿两侧齿廓间的弧长称为该齿厚。在任意圆周上，同一轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆周上的齿厚圆周上的齿厚 (5)齿距。在任意圆周上，相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为齿距。在任意圆周上，相邻两齿同侧齿廓间的弧长称为该圆周上的齿距该圆周上的齿距上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 (6)齿根圆。过齿轮所有齿槽底的圆称为齿根圆。齿根圆。过齿轮所有齿槽底的圆称为齿
13、根圆。 (7)分度圆。在齿顶圆和齿根圆之间，规定一直径为分度圆。在齿顶圆和齿根圆之间，规定一直径为d半径为半径为r的圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，并把这个圆称为分的圆，作为计算齿轮各部分尺寸的基准，并把这个圆称为分度圆。度圆。 (8)齿顶高。齿轮在分度圆和齿顶圆之间的部分称为齿顶，齿顶高。齿轮在分度圆和齿顶圆之间的部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高其径向高度称为齿顶高 (9)齿根高。齿轮在分度圆和齿根圆之间的部分称为齿根，齿根高。齿轮在分度圆和齿根圆之间的部分称为齿根，其径向高度称为齿根高其径向高度称为齿根高 (10)全齿高。齿轮在齿顶圆和齿根圆之间的径向高度称为全全齿高。齿轮在齿顶圆和齿
14、根圆之间的径向高度称为全齿高齿高 (11)齿宽。轮齿的轴向宽度称为齿宽。齿宽。轮齿的轴向宽度称为齿宽。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 二、渐开线齿轮的基本参数二、渐开线齿轮的基本参数 (1)齿数。在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为该齿轮的齿数齿数。在齿轮整个圆周上轮齿的总数称为该齿轮的齿数 (2)模数。分度圆的大小是由齿距和齿数决定的，因为分度模数。分度圆的大小是由齿距和齿数决定的，因为分度圆的周长圆的周长d。由此得。由此得因此，可得分度圆直径因此，可得分度圆直径上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动模数出是齿轮尺寸计算中重要的参数。显然，模
15、数出越大，模数出是齿轮尺寸计算中重要的参数。显然，模数出越大，齿距齿距p越大，则轮齿的尺寸越大，轮齿所能承受的载荷也越大。越大，则轮齿的尺寸越大，轮齿所能承受的载荷也越大。齿轮的模数在我国已经标准化，齿轮的模数在我国已经标准化，表表3 -1为我国国家标准模数为我国国家标准模数系列。在设计齿轮时，模数必须取标准值。系列。在设计齿轮时，模数必须取标准值。 (3)压力角。根据渐开线的性质，同一渐开线齿廓在不同的压力角。根据渐开线的性质，同一渐开线齿廓在不同的圆周上有不同的压力角。通常所说的齿轮压力角是指分度圆圆周上有不同的压力角。通常所说的齿轮压力角是指分度圆上的压力角上的压力角上-页 下-页 返回
16、任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。任何一个分度圆是齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆。任何一个渐开线齿轮都有一个确定的分度圆，而且只有一个分度圆。渐开线齿轮都有一个确定的分度圆，而且只有一个分度圆。 (4)齿顶高系数顶隙系数齿顶高系数顶隙系数 齿顶高和齿根高的标准值可用模数表示为齿顶高和齿根高的标准值可用模数表示为标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且其分度圆上的齿厚等于齿槽宽（即准值，且其分度圆上的齿厚等于齿槽宽（即s=e）的齿轮。）的齿轮。三、渐开线标准直齿圆柱齿轮
17、的几何尺寸计算三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算见表表3 -2。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动3.5 渐开线齿轮的啮合传动渐开线齿轮的啮合传动一、渐开线齿轮传动的啮合过程一、渐开线齿轮传动的啮合过程一对齿轮相互啮合时，两齿轮的中心距是固定不变的，如图一对齿轮相互啮合时，两齿轮的中心距是固定不变的，如图3 -9所示的齿轮传动中，设轮所示的齿轮传动中，设轮1、2分别为主、从动轮。当两轮分别为主、从动轮。当两轮开始啮合时，主动轮的齿根与从动轮的齿顶相接触，接触点开始啮合时，主动轮的齿根与从
18、动轮的齿顶相接触，接触点为从动轮为从动轮2的齿顶圆与啮合线的齿顶圆与啮合线N1N2的交点的交点B，如如图图3-9 (a)所示所示，称为啮合起始点。随着两轮的传动，啮合点从，称为啮合起始点。随着两轮的传动，啮合点从B，沿，沿啮合线啮合线N1N2移动，即从轮齿的顶部向齿根部移动移动，即从轮齿的顶部向齿根部移动如图如图3 -9(b)所示所示。当移至主动轮齿顶与从动轮齿根接触时，两轮。当移至主动轮齿顶与从动轮齿根接触时，两轮齿即将脱离啮合齿即将脱离啮合如图如图3 -9 (c)所示所示。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 二、直齿圆柱齿轮的正确啮合条件二、直齿圆柱齿轮的正确啮
19、合条件由渐开线的性质可知，两轮要正确啮合，则必须满足由渐开线的性质可知，两轮要正确啮合，则必须满足 由于齿轮的模数和压力角都已标准化，所以要满足上式应使由于齿轮的模数和压力角都已标准化，所以要满足上式应使 即一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两轮的即一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两轮的模数和压力角应分别相等。模数和压力角应分别相等。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动三、直齿圆柱齿轮的连续传动条件三、直齿圆柱齿轮的连续传动条件 一对齿轮传动除满足正确啮合条件外，还必须保证传动是连一对齿轮传动除满足正确啮合条件外，还必须保证传动是连续的，即应保证
20、当前一对轮齿脱离啮合时，后一对轮齿能及续的，即应保证当前一对轮齿脱离啮合时，后一对轮齿能及时进入啮合。时进入啮合。渐开线齿轮连续传动的条件为渐开线齿轮连续传动的条件为重合度的大小，表明同时参与啮合的齿对数的多少，其值大重合度的大小，表明同时参与啮合的齿对数的多少，其值大则平稳，每对轮齿承受的载荷也小，相对地提高了齿轮的承则平稳，每对轮齿承受的载荷也小，相对地提高了齿轮的承载能力。载能力。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动一对啮合传动的齿轮，一轮节圆上的齿槽宽与另一轮节圆上一对啮合传动的齿轮，一轮节圆上的齿槽宽与另一轮节圆上的齿厚之差称为齿侧间隙。在机械传动中，为避免
21、反向空程，的齿厚之差称为齿侧间隙。在机械传动中，为避免反向空程，减少撞击和噪声，要求按照齿侧间隙等于零的理想情况计算减少撞击和噪声，要求按照齿侧间隙等于零的理想情况计算齿轮的名义尺寸（而实际上考虑轮齿膨胀、润滑和安装的需齿轮的名义尺寸（而实际上考虑轮齿膨胀、润滑和安装的需要，轮齿间存在的微小齿侧间隙由制造公差予以控制）。要，轮齿间存在的微小齿侧间隙由制造公差予以控制）。 对于标准齿轮，由于其分度圆上的齿厚等于齿槽宽，所以一对于标准齿轮，由于其分度圆上的齿厚等于齿槽宽，所以一对标准齿轮啮合传动时自然满足无侧隙啮合条件。这时啮合对标准齿轮啮合传动时自然满足无侧隙啮合条件。这时啮合角等于齿轮压力角。
22、标准中心距为角等于齿轮压力角。标准中心距为3.6渐开线齿轮的切齿原理渐开线齿轮的切齿原理一、渐开线齿轮的加工方法一、渐开线齿轮的加工方法上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动 1.仿形法仿形法用与齿槽形状相同的成形铣刀加工齿形的方法，称仿形法。用与齿槽形状相同的成形铣刀加工齿形的方法，称仿形法。仿形法的优点是不需要专用机床，但生产率低、精度低。故仿形法的优点是不需要专用机床，但生产率低、精度低。故仅适用于单件或小批量生产，或精度要求不高的齿轮。仅适用于单件或小批量生产，或精度要求不高的齿轮。 2展成法展成法利用轮齿的啮合原理来切削齿轮齿廓的方法称展成法。用展利用轮齿的啮
23、合原理来切削齿轮齿廓的方法称展成法。用展成法加工齿轮，一把刀具可加工出同模数、同压力角而不同成法加工齿轮，一把刀具可加工出同模数、同压力角而不同齿数的所有齿轮，加工精度较高，生产率也高，在成批生产齿数的所有齿轮，加工精度较高，生产率也高，在成批生产中最宜采用。这种方法采用的刀具主要有齿轮插刀、齿条插中最宜采用。这种方法采用的刀具主要有齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀。刀和齿轮滚刀。上-页 下-页 返回任务任务3 -1 认识齿轮传动认识齿轮传动二、根切现象与最少齿数二、根切现象与最少齿数用展成法加工齿轮，有时出现轮齿根部渐开线被刀具齿顶切用展成法加工齿轮，有时出现轮齿根部渐开线被刀具齿顶切去一部分的
24、现象称为根切（见去一部分的现象称为根切（见图图3 -17）。根切将削弱轮齿）。根切将削弱轮齿的弯曲强度，减小重合度，影响传动质量，所以应尽量避免。的弯曲强度，减小重合度，影响传动质量，所以应尽量避免。经过分析证明，用展成法切削齿轮时，若刀具的齿顶线或齿经过分析证明，用展成法切削齿轮时，若刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的交点超过被加工齿轮的啮合极限点顶圆与啮合线的交点超过被加工齿轮的啮合极限点N1时，就时，就会产生根切。会产生根切。三、变位齿轮概念三、变位齿轮概念由于刀具相对轮坯的位置发生变化而加工出的齿轮，称为变由于刀具相对轮坯的位置发生变化而加工出的齿轮，称为变位齿轮。刀具中线相对于被加工齿轮
25、分度圆所移动的距离，位齿轮。刀具中线相对于被加工齿轮分度圆所移动的距离，称为变位量。刀具中线运离轮坯中心称为正变位，这时的变称为变位量。刀具中线运离轮坯中心称为正变位，这时的变位系数为正数齿轮称为正变位齿轮。刀具靠近轮坯中心称为位系数为正数齿轮称为正变位齿轮。刀具靠近轮坯中心称为上-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序负变位，这时的变位系数为负数，所加工的齿轮称为负变位负变位，这时的变位系数为负数，所加工的齿轮称为负变位齿轮。如齿轮。如图图3 -19 (d)所示。所示。3.7钢在加热、冷却时的组织转变钢在加热、冷却时的组织转变一、热处理概念一、热处理概念热处理是指将钢采
26、用适当的方式进行加热、保温和冷却，以热处理是指将钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺方法。获得所需组织和性能的工艺方法。热处理的基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段。热处理的基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段。二、钢在加热、冷却时的组织转变二、钢在加热、冷却时的组织转变1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变加热的目的是获得奥氏体，即奥氏体化。奥氏体品粒细小，加热的目的是获得奥氏体，即奥氏体化。奥氏体品粒细小，冷却后产物组织的晶粒也细小，力学性能高。冷却后产物组织的晶粒也细小，力学性能高。下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序 2钢在冷
27、却时的转变钢在冷却时的转变钢经加热奥氏体化后，通过不同的冷却方式，可获得不同的钢经加热奥氏体化后，通过不同的冷却方式，可获得不同的性能。奥氏体等温冷却转变可形成珠光体、贝氏体组织，连性能。奥氏体等温冷却转变可形成珠光体、贝氏体组织，连续冷却转变得到马氏体组织。续冷却转变得到马氏体组织。3.8钢的退火与正火钢的退火与正火一、钢的退火一、钢的退火（一）退火的概念及目的（一）退火的概念及目的退火是将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却退火是将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑的热处理工艺。退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑性，
28、以利于切削加工及冷变形加工；细化品粒，改善组织，性，以利于切削加工及冷变形加工；细化品粒，改善组织，为零件的最终热处理做好准备；消除内应力以防止工件变形、为零件的最终热处理做好准备；消除内应力以防止工件变形、开裂。开裂。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序（二）常用的退火方法（二）常用的退火方法1.完全退火与等温退火完全退火与等温退火完全退火是把钢加热到完全退火是把钢加热到Ac3以上以上3050，保温一定时间，保温一定时间，缓慢冷却，获得接近平衡组织的工艺方法。缓慢冷却，获得接近平衡组织的工艺方法。 2球化退火球化退火球化退火是将钢加热到球化退火是将钢加热到
29、Ac1以上以上2030，充分保温后，随，充分保温后，随炉缓冷的工艺方法。炉缓冷的工艺方法。 3均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）均匀化退火是将铸锭、铸件或锻坯加热到高温，并长时间保均匀化退火是将铸锭、铸件或锻坯加热到高温，并长时间保温后缓慢冷却的工艺方法。温后缓慢冷却的工艺方法。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序 4去应力退火去应力退火去应力退火是将钢加热到去应力退火是将钢加热到A,以下某一温度，保温一定时间，以下某一温度，保温一定时间，然后随炉冷却。然后随炉冷却。 二、钢的正火二、钢的正火（一）正火的概念和目的（一）正火的概念和目的将钢加热到将
30、钢加热到Ac3以上以上30 50，保温适当时间，在空气中，保温适当时间，在空气中冷却的工艺方法称正火。正火与退火的目的基本相同，区别冷却的工艺方法称正火。正火与退火的目的基本相同，区别是正火冷却速度稍快，得到的组织细小。是正火冷却速度稍快，得到的组织细小。（二）正火的应用（二）正火的应用(1)用于改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能。用于改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序(2)用于普通结构零件、大型结构零件和结构复杂零件的最终用于普通结构零件、大型结构零件和结构复杂零件的最终热处理。热处理。(3)用于比较重要的低、中碳
31、结构钢零件（或工件）的预先热用于比较重要的低、中碳结构钢零件（或工件）的预先热处理。处理。 三、正火和退火的选择三、正火和退火的选择(1)从切削加工性能考虑：一般来说，硬度在从切削加工性能考虑：一般来说，硬度在160 230 HBS范围内的钢材，其切削加工性能较好。正火后，硬度调范围内的钢材，其切削加工性能较好。正火后，硬度调整在整在160 230 HBS范围内，从而改善了切削加工性能。范围内，从而改善了切削加工性能。中碳钢正火和退火后的硬度均在中碳钢正火和退火后的硬度均在160230 HBS范围内。范围内。(2)从使用性能考虑：对于亚共析钢来说，正火处理比退火具从使用性能考虑：对于亚共析钢来
32、说，正火处理比退火具有较好的机械性能。有较好的机械性能。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序 (3)从经济性考虑：由于正火比退火的生产周期短，成本低，从经济性考虑：由于正火比退火的生产周期短，成本低，操作方便，因此在条件许可的情况下应尽可能采用正火。操作方便，因此在条件许可的情况下应尽可能采用正火。各种退火和正火加热温度与工艺曲线示意图如各种退火和正火加热温度与工艺曲线示意图如图图3 - 24所示。所示。3.9钢的淬火钢的淬火淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到Ac3或或Ac1以上某一温度，保温一定时间，以上某一温度，保温一定时间，冷却后获得马氏体或（和）贝氏体
33、组织的热处理工艺。淬火冷却后获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。淬火的主要目的是提高钢的强度和硬度。的主要目的是提高钢的强度和硬度。一、淬火加热温度一、淬火加热温度钢的淬火加热温度可根据铁碳相图来选择，在一般情况下，钢的淬火加热温度可根据铁碳相图来选择，在一般情况下，亚共析碳钢的淬火温度为亚共析碳钢的淬火温度为Ac3以上以上3050；共析钢和过；共析钢和过共析钢的淬火温度为共析钢的淬火温度为Ac1以上以上3050。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序二、淬火冷却介质二、淬火冷却介质常用的冷却介质包括油、水、盐水和碱水等，它们的冷却能常用的冷却介质包括油
34、、水、盐水和碱水等，它们的冷却能力依次增加。力依次增加。三、常用的淬火方法三、常用的淬火方法1单液淬火法单液淬火法将钢件奥氏体化后，在单一淬火介质中冷却到室温的处理，将钢件奥氏体化后，在单一淬火介质中冷却到室温的处理，称为单液淬火。称为单液淬火。 2双介质淬火双介质淬火将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质中，冷却将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质中，冷却至接近出至接近出s点温度迅速取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介点温度迅速取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中使之发生马氏体转变的淬火，称为双介质淬火。质中使之发生马氏体转变的淬火，称为双介质淬火。上-页 下-页 返回任务任务
35、3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序3马氏体分级淬火马氏体分级淬火将奥氏体化后的工件放入温度在出将奥氏体化后的工件放入温度在出s点附近的盐浴或碱浴中，点附近的盐浴或碱浴中，稍加停留，等工件整体温度趋于均匀时，再取出空冷以获得稍加停留，等工件整体温度趋于均匀时，再取出空冷以获得马氏体。马氏体。 4贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火钢件奥氏体化后，放入温度稍高于出钢件奥氏体化后，放入温度稍高于出s点的盐浴或碱浴中，经点的盐浴或碱浴中，经保温后使奥氏体转变为下贝氏体，这种热处理工艺称为贝氏保温后使奥氏体转变为下贝氏体，这种热处理工艺称为贝氏体等温淬火。体等温淬火。3.10钢的回火钢的回火一、回火的
36、目的一、回火的目的回火的目的是减小和消除淬火时产生的应力和脆性，防止工回火的目的是减小和消除淬火时产生的应力和脆性，防止工上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序件的变形与开裂；稳定组织，稳定尺寸；获得工件所要求的件的变形与开裂；稳定组织，稳定尺寸；获得工件所要求的使用性能。使用性能。 二、钢回火时的力学性能变化二、钢回火时的力学性能变化总的趋势是，随着回火温度的升高，强度和硬度下降，塑性总的趋势是，随着回火温度的升高，强度和硬度下降，塑性和韧性上升。例如，和韧性上升。例如，40钢回火温度与其力学性能如钢回火温度与其力学性能如图图3 - 26所示。所示。 三、钢
37、常用的回火方法三、钢常用的回火方法1低温回火低温回火( 500)钢件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质后的钢件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质后的组织为回火索氏体，硬度一般为组织为回火索氏体，硬度一般为2535 HRC。3.11钢的表面热处理钢的表面热处理某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的零件，如活某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的零件，如活塞销、曲轴、齿轮等，其性能要求是表面具有高强度、高硬塞销、曲轴、齿轮等，其性能要求是表面具有高强度、高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。上-页 下-页 返回任务任务3 -
38、2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序 一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火表面淬火是不改变工件的化学成分，仅对工件表层进行淬火表面淬火是不改变工件的化学成分，仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。的热处理工艺。 1.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是应用氧一乙炔（或其他可燃气体）火焰火焰加热表面淬火是应用氧一乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热，随之快速冷却的工艺。对零件表面进行快速加热，随之快速冷却的工艺。 2感应加热表面淬火感应加热表面淬火(1)感应加热表面淬火的工艺：把工件放入空心铜管绕成的感感应加热表面淬火的工艺：把工件放入空心铜管绕成的感应圈内，感应圈中通入一定
39、频率的交流电，以产生交变磁场，应圈内，感应圈中通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是工件内部就会产生频率相同、方向相反的感应电流（涡于是工件内部就会产生频率相同、方向相反的感应电流（涡流）。流）。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序(2)感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类 高频感应加热表面淬火。常用频率为高频感应加热表面淬火。常用频率为200300 kHz，淬硬层深度一般为淬硬层深度一般为12 出出，主要用于中小模数齿轮、小型出出，主要用于中小模数齿轮、小型轴等的表面淬火。轴等的表面淬火。中频感应加热表面淬火。常用频率为中频感应加热表面淬火。常
40、用频率为2 5008 000 Hz，淬硬层深度一般为，淬硬层深度一般为210 出出，主要用于要求淬硬层较深出出，主要用于要求淬硬层较深的零件。的零件。 工频感应加热表面淬火。所用频率工频感应加热表面淬火。所用频率50 Hz为工业用电频率，为工业用电频率，其淬硬层深度一般为其淬硬层深度一般为1020 出出，主要用于要求淬硬层深出出，主要用于要求淬硬层深的大直径零件，如轧辊的表面淬火等。的大直径零件，如轧辊的表面淬火等。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序 (3)感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 硬度较高而脆性较低，提高疲劳强度，耐磨性好，生产率高，
41、硬度较高而脆性较低，提高疲劳强度，耐磨性好，生产率高，适合于大批量生产，淬硬层深度可精确控制，容易实现自动适合于大批量生产，淬硬层深度可精确控制，容易实现自动化，但感应淬火加热设备费用高。化，但感应淬火加热设备费用高。二、化学热处理二、化学热处理1.钢的渗碳钢的渗碳将工件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层将工件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗碳。其目的是提高工件表层的含碳的化学热处理工艺称为渗碳。其目的是提高工件表层的含碳量。量。2钢的渗氮钢的渗氮在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处
42、理工艺称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀艺称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。性及疲劳强度。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序3.12 热处理技术条件的标注与工序安排热处理技术条件的标注与工序安排 一、热处理技术条件的标注一、热处理技术条件的标注零件经热处理后应得到的组织、性能以及精度等要求，统称零件经热处理后应得到的组织、性能以及精度等要求，统称为热处理技术条件。热处理技术条件应标注在图纸（零件图）为热处理技术条件。热处理技术条件应标注在图纸（零件图）上，一般仅需注明材料、热处理名称及热处理后的硬度要求。上，一
43、般仅需注明材料、热处理名称及热处理后的硬度要求。对要求高的重要零件，如曲轴、连杆和齿轮等，还需注明热对要求高的重要零件，如曲轴、连杆和齿轮等，还需注明热处理后的强度、硬度、塑性和韧性等指标，有时还应给出对处理后的强度、硬度、塑性和韧性等指标，有时还应给出对金相显微组织的要求。对于气缸套、活塞环等零件，还应注金相显微组织的要求。对于气缸套、活塞环等零件，还应注明化学成分、硬度、金相组织等级。标注的硬度应允许有个明化学成分、硬度、金相组织等级。标注的硬度应允许有个波动范围，一般布氏硬度范围为波动范围，一般布氏硬度范围为30 40个单位，如调质个单位，如调质220 250 HBS；洛氏硬度范围在；洛
44、氏硬度范围在5个单位左右，如淬火个单位左右，如淬火回火回火5055 HRC。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序在图纸上标注热处理技术条件时，可用文字对热处理技术条在图纸上标注热处理技术条件时，可用文字对热处理技术条件加以扼要的说明，也可用国家标准规定的热处理工艺代号件加以扼要的说明，也可用国家标准规定的热处理工艺代号标注。标注。 二、热处理工序位置的安排二、热处理工序位置的安排 1预备热处理的工序位置预备热处理的工序位置 (1)退火和正火的工序位置。退火和正火的工序位置。退火和正火通常作为预先热处理而安排在毛坯生产之后，切退火和正火通常作为预先热处理而安排
45、在毛坯生产之后，切削加工之前。削加工之前。(2)调质的工序位置。调质的工序位置。调质可作为预备热处理，主要是为了获得较高的综合力学性调质可作为预备热处理，主要是为了获得较高的综合力学性能，为以后的表面淬火和易变形的精密零件的整体淬火作好能，为以后的表面淬火和易变形的精密零件的整体淬火作好上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序组织准备。调质工艺一般安排在粗加工之后，精加工或半精组织准备。调质工艺一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前。加工之前。2最终热处理的工序位置最终热处理的工序位置(1)淬火、回火的工序位置。淬火、回火的工序位置。整体淬火的加工工艺路线一
46、般为：下料一锻造一退火（或整体淬火的加工工艺路线一般为：下料一锻造一退火（或正火）一机械粗加工一半精加工一淬火、回火一磨削。正火）一机械粗加工一半精加工一淬火、回火一磨削。感应加热表面淬火的加工工艺路线一般为：下料一锻造一感应加热表面淬火的加工工艺路线一般为：下料一锻造一正火（或退火）一机械粗加工一调质或正火一机械半精加工正火（或退火）一机械粗加工一调质或正火一机械半精加工一感应表面淬火、低温回火一磨削。一感应表面淬火、低温回火一磨削。上-页 下-页 返回任务任务3 -2安排钢的热处理工序安排钢的热处理工序(2)化学热处理的工序位置。化学热处理的工序位置。渗碳的加工工艺路线一般为：下料一锻造一
47、正火一机械粗加渗碳的加工工艺路线一般为：下料一锻造一正火一机械粗加工一半精加工一渗碳一磨削。工一半精加工一渗碳一磨削。渗氮的加工渗氮的加工. 工艺路线一般为：下料一锻造一退火一粗加工工艺路线一般为：下料一锻造一退火一粗加工一调质一半精加工一去应力退火一粗磨一渗氮一精磨、研磨一调质一半精加工一去应力退火一粗磨一渗氮一精磨、研磨或抛光。或抛光。任务实施任务实施任务内容：任务内容：图图3 - 27所示为车床主轴，该轴选用所示为车床主轴，该轴选用45钢的锻件毛坯，它的钢的锻件毛坯，它的热处理技术条件为：整体调质后硬度应为热处理技术条件为：整体调质后硬度应为220 250 HBS，内锥孔和外锥体硬度为，
48、内锥孔和外锥体硬度为4550 HRC，花键部分硬度为，花键部分硬度为4853 HRC；分析并安排其热处理工序。；分析并安排其热处理工序。上-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料3.13合金钢合金钢为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种为改善碳钢的组织和性能，在碳钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢称为合金钢；合金钢的淬透性好，强度或几种合金元素的钢称为合金钢；合金钢的淬透性好，强度高，具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨、无磁性等。高，具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨、无磁性等。一、合金钢的分类一、合金钢的分类按合金元素总含量分
49、为：低合金钢（合金元素总含量按合金元素总含量分为：低合金钢（合金元素总含量10%）。）。二、合金钢牌号的编号原则二、合金钢牌号的编号原则1合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号采用合金结构钢的牌号采用“两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字”表示。表示。下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 2合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号 合金工具钢的牌号采用合金工具钢的牌号采用“一位数字一位数字+元素符号元素符号+数字数字”表示。表示。 3特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方法相同，如不锈钢特殊性能钢的牌号和合金
50、工具钢的表示方法相同，如不锈钢2Cr13表示其含碳量为表示其含碳量为0. 20%，平均含铬量为，平均含铬量为13%。三、常用合金钢的牌号、力学性能和用途三、常用合金钢的牌号、力学性能和用途（一）低合金钢（一）低合金钢低合金钢是一类可焊接的低碳低合金工程结构用钢低合金钢是一类可焊接的低碳低合金工程结构用钢1.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢中的含碳量一般控制在低合金高强度结构钢中的含碳量一般控制在0. 20%以下，以下，以获得良好的塑性、焊接性和冷变形能力。以获得良好的塑性、焊接性和冷变形能力。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁
51、及其他材料 2易切削结构钢（易切钢）易切削结构钢（易切钢）易切削结构钢是指含硫、锰、磷量较高或含微量铅、钙的低易切削结构钢是指含硫、锰、磷量较高或含微量铅、钙的低碳或中碳结构钢。易切钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以碳或中碳结构钢。易切钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以“Y”，如，如Y12、Y12Pb、Y40出出n等。等。 3低合金高耐候钢低合金高耐候钢通过向低碳钢中加入少量合金元素，使其在钢表面形成一层通过向低碳钢中加入少量合金元素，使其在钢表面形成一层致密的保护膜，提高钢的耐大气腐蚀性能，主要用于铁道车致密的保护膜，提高钢的耐大气腐蚀性能，主要用于铁道车辆、桥梁、建筑、塔架等方面，可制作螺栓连
52、接、铆接和焊辆、桥梁、建筑、塔架等方面，可制作螺栓连接、铆接和焊接结构件。接结构件。（二）合金结构钢（二）合金结构钢 1合金渗碳钢合金渗碳钢 上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料合金渗碳钢用来制造表面有高的硬度和耐磨性，心部有足够合金渗碳钢用来制造表面有高的硬度和耐磨性，心部有足够的强度和好的韧性的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、的强度和好的韧性的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机中的凸轮和活塞销等。内燃机中的凸轮和活塞销等。2合金调质钢合金调质钢合金调质钢用来制造一些受力复杂的重要零件，要求有良好合金调质钢用来制造一些受力复杂的重
53、要零件，要求有良好的综合力学性能。热处理工艺是调质。的综合力学性能。热处理工艺是调质。40Cr钢是最常用的合钢是最常用的合金调质钢，其强度比金调质钢，其强度比40钢提高了钢提高了20%，主要用于制造齿轮、，主要用于制造齿轮、花键轴、连杆、主轴等零件。常用合金调质钢见花键轴、连杆、主轴等零件。常用合金调质钢见表表3 -9。 3合金弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢主要制造弹簧，应有高的弹性极限、屈强比、疲合金弹簧钢主要制造弹簧，应有高的弹性极限、屈强比、疲劳强度、足够的塑性和韧性。劳强度、足够的塑性和韧性。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料(1)热
54、成型弹簧钢。此钢热成型后进行淬火和中温回火，有时热成型弹簧钢。此钢热成型后进行淬火和中温回火，有时还进行喷丸处理。还进行喷丸处理。(2)冷成型弹簧钢。此钢常采用冷拉成型，成型后进行冷成型弹簧钢。此钢常采用冷拉成型，成型后进行250 300去应力退火，为提高其强度、硬度和韧性，可进行淬去应力退火，为提高其强度、硬度和韧性，可进行淬火和中温回火。火和中温回火。 4滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢用来制造各种轴承的内、外套圈及滚动体，可用滚动轴承钢用来制造各种轴承的内、外套圈及滚动体，可用来制造工具、耐磨件，如精密量具、冷冲模、机床丝杠等。来制造工具、耐磨件，如精密量具、冷冲模、机床丝杠等。常用滚动轴
55、承钢见常用滚动轴承钢见表表3 -11。（三）合金工具钢（三）合金工具钢 1.合金刃具钢合金刃具钢上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具都是用合金刃具钢来车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具都是用合金刃具钢来制造的。制造的。 (1)低合金刃具钢。低合金刃具钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。常用合金刃具钢见钢。常用合金刃具钢见表表3 -12。 (2)高速工具钢（高速钢）。高速工具钢（高速钢）。高速钢是含有较多合金元素的工具钢，它具有高的热
56、硬性，高速钢是含有较多合金元素的工具钢，它具有高的热硬性，切削温庋高达切削温庋高达600时，仍保持刃口锋利，又称锋钢。时，仍保持刃口锋利，又称锋钢。 2合金模具钢合金模具钢(1)冷作模具钢。冷作模具钢。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料冷作模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲冷作模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。冷作模具钢的成分、热模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。冷作模具钢的成分、热处理、性能及用途见处理、性能及用途见表表3 -13。 (2)热作模具钢。热作模具钢。热作模具钢是用来
57、制造使金属在高温下成形的模具，如热锻热作模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等。常用合金热作模具钢见模、热挤压模和压铸模等。常用合金热作模具钢见表表3 -14。 (3)塑料模具钢。塑料模具钢。塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢种。因塑料制品的强度、塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢种。因塑料制品的强度、硬度和熔点比钢低，所以塑料模具有良好的加工性、抛光性、硬度和熔点比钢低，所以塑料模具有良好的加工性、抛光性、热处理性能、焊接性能、耐磨性，足够的强度、韧性、耐蚀热处理性能、焊接性能、耐磨性，足够的强度、韧性、耐蚀性和良好的表面装饰处理性能。性和良好的表面装饰处理性能。
58、上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料（四）特殊性能钢（四）特殊性能钢 1不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢 (1)铁素体不锈耐蚀钢。铁素体不锈耐蚀钢。这类钢的含碳量小于这类钢的含碳量小于0. 12%，含铬量，含铬量16%18%。 (2)马氏体不锈耐蚀钢。马氏体不锈耐蚀钢。这类钢的含碳量这类钢的含碳量0. 10%0.40%，随含碳量增加，钢的强，随含碳量增加，钢的强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。 (3)奥氏体不锈耐蚀钢。奥氏体不锈耐蚀钢。也称为也称为18 -8型不锈钢。此钢有好的耐蚀性、耐热性、较高型不锈钢。此钢有
59、好的耐蚀性、耐热性、较高的塑性和韧性，无磁性。的塑性和韧性，无磁性。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料2耐热钢耐热钢耐热钢是指具有热化学稳定性和热强性的钢。热化学稳定性耐热钢是指具有热化学稳定性和热强性的钢。热化学稳定性是指抗氧化性，即钢在高温下对氧化作用的稳定性。是指抗氧化性，即钢在高温下对氧化作用的稳定性。 珠光体型耐热钢的常用牌号有珠光体型耐热钢的常用牌号有15Cr出出o钢、钢、12Cr出出oV钢、钢、25 Cr2出出oVA钢、钢、35Cr出出oV钢等，主要用于制作锅炉炉钢等，主要用于制作锅炉炉管、耐热紧固件、汽轮机转子、叶轮等。管
60、、耐热紧固件、汽轮机转子、叶轮等。奥氏体型耐热钢的常用牌号有奥氏体型耐热钢的常用牌号有lCr18Ni9工工i钢和钢和4Cr14Ni14W2出出o钢。钢。铁素体型耐热钢的常用牌号有铁素体型耐热钢的常用牌号有lCr17钢等，钢等，lCr17钢可长期钢可长期在在580 650使用。使用。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 3高锰耐磨钢高锰耐磨钢高锰耐磨钢在使用中具有良好的韧性和耐磨性，主要用于制高锰耐磨钢在使用中具有良好的韧性和耐磨性，主要用于制作受强烈冲击、巨大压力、并要求耐磨的零件，如坦克及拖作受强烈冲击、巨大压力、并要求耐磨的零件，如坦克
61、及拖拉机履带、破碎机颚板、铁路道岔、挖掘机铲齿、保险箱钢拉机履带、破碎机颚板、铁路道岔、挖掘机铲齿、保险箱钢板、防弹板等。板、防弹板等。 3.14铸铸 铁铁铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2. 11%的铁碳合金。工业常用的铸铁，的铁碳合金。工业常用的铸铁，含碳量一般在含碳量一般在2. 5%4.0%的范围内，此外还有硅、锰、的范围内，此外还有硅、锰、硫、磷等元素。硫、磷等元素。 根据铸铁中碳存在的形式不同，铸铁可以分为：根据铸铁中碳存在的形式不同，铸铁可以分为： (1)白口铸铁。碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈白亮色。白口铸铁。碳主要以渗碳体形式存在，其断口呈白亮色。上-页 下-页 返回任务任务
62、3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料(2)灰铸铁。碳大部分或全部以石墨形式存在，其断口呈暗灰灰铸铁。碳大部分或全部以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，在生产中用用广泛。色，在生产中用用广泛。(3)麻口铸铁。碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形麻口铸铁。碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在，断口呈现灰白色。式存在，断口呈现灰白色。 一、灰铸铁一、灰铸铁1性能性能灰铸铁的强度、塑性和韧性不如钢，但却具有良好的铸造性灰铸铁的强度、塑性和韧性不如钢，但却具有良好的铸造性能、减振性、减摩性、切削加工性能和低的缺口敏感性。能、减振性、减摩性、切削加工性能和低的缺口敏感性
63、。 2灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理为提高灰铸铁的力学性能，生产中常采用孕育处理，即在浇为提高灰铸铁的力学性能，生产中常采用孕育处理，即在浇注前向铁液中加入一定量的孕育剂，以获得大量的、高度注前向铁液中加入一定量的孕育剂，以获得大量的、高度上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料弥散的人工晶核，从而得到细小、均匀分布的片状石墨和细弥散的人工晶核，从而得到细小、均匀分布的片状石墨和细化的基体。化的基体。 3灰铸铁的牌号及用途灰铸铁的牌号及用途灰铸铁的牌号是由灰铸铁的牌号是由“HT”（“灰铁灰铁”二字汉语拼音字首）和二字汉语拼音字首）和其后一组数
64、字组成，数字表示其后一组数字组成，数字表示430 出出试棒的最小抗拉强度出出试棒的最小抗拉强度值值(出出Pa)。二、可锻铸铁二、可锻铸铁1性能性能可锻铸铁的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸可锻铸铁的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。铁并不能进行锻压加工。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 2可锻铸铁的牌号和用途可锻铸铁的牌号和用途牌号中牌号中“K工工”是是“可铁可铁”二字的汉语拼音字首，后面的二字的汉语拼音字首，后面的“H”表示表示“黑心黑心”、“Z”表示表示“珠光体珠光体”基体，两组数字基体，两组
65、数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。可锻铸铁主要用于制造形状复杂、要求有一定塑性、韧性，可锻铸铁主要用于制造形状复杂、要求有一定塑性、韧性，承受冲击和振动，耐蚀的薄壁铸件，如汽车、拖拉机的后桥、承受冲击和振动，耐蚀的薄壁铸件，如汽车、拖拉机的后桥、转向机构、低压阀门、管件等。转向机构、低压阀门、管件等。 可锻铸铁的牌号、性能及用可锻铸铁的牌号、性能及用途见途见表表3 - 20。 三、球墨铸铁三、球墨铸铁 1性能性能球墨铸铁的疲劳强度与中碳钢接近，耐磨性优于表面淬火钢，球墨铸铁的疲劳强度与中碳钢接近，耐磨性优于表面淬火钢，屈强比比钢约高一倍，但塑性、韧性比钢低
66、。屈强比比钢约高一倍，但塑性、韧性比钢低。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 2球墨铸铁的牌号及用途球墨铸铁的牌号及用途球墨铸铁的牌号由球墨铸铁的牌号由“Q工工”（“球铁球铁”二字汉语拼音字首）和二字汉语拼音字首）和其后的两组数字组成，两组数字分别表示最低抗拉强度和最其后的两组数字组成，两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。低伸长率。四、蠕墨铸铁四、蠕墨铸铁1性能性能蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其强度接近于蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其强度接近于球墨铸铁，并具有一定的塑性和韧性，而耐热疲劳性、减振球墨铸铁，并具
67、有一定的塑性和韧性，而耐热疲劳性、减振性和铸造性能优于球墨铸铁，与灰铸铁相近，切削加工性能性和铸造性能优于球墨铸铁，与灰铸铁相近，切削加工性能和球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。和球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 2蠕墨铸铁的牌号及用途蠕墨铸铁的牌号及用途 蠕墨铸铁的牌号用蠕墨铸铁的牌号用“Ru工工”符号及其后面数字表示。符号及其后面数字表示。 蠕墨铸铁性能优异，主要用于制作形状复杂，要求组织致密、蠕墨铸铁性能优异，主要用于制作形状复杂，要求组织致密、强度高，承受较大热循环载荷的铸件强度高，承受较大热循环载荷的铸件
68、.3.15 有色金属及合金有色金属及合金一、铝及铝合金一、铝及铝合金（一）工业纯铝（一）工业纯铝工业中使用的纯铝是银白色的轻金属，熔点为工业中使用的纯铝是银白色的轻金属，熔点为660，密度，密度为为2.7。纯铝的导电性、导热性好，仅次于金、银和铜，室。纯铝的导电性、导热性好，仅次于金、银和铜，室温下，纯铝的电导率约为铜的温下，纯铝的电导率约为铜的64%。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 工业纯铝分为铸造纯铝和变形纯铝两种。根据工业纯铝分为铸造纯铝和变形纯铝两种。根据GB/工工 8063-1994规定，铸造纯铝牌号由规定，铸造纯铝牌号由“
69、铸铸”的汉语拼音字首的汉语拼音字首“Z”和铝的元素符号和铝的元素符号“Al”及表示铝含量的数字组成及表示铝含量的数字组成根据根据GB/工工 16474-1996规定，变形纯铝及铝合金的牌号规定，变形纯铝及铝合金的牌号用四位字符体系的方法表示，即用用四位字符体系的方法表示，即用1表示牌号的最后表示牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量两位数字表示最低铝百分含量100后小数点后面两位数字，后小数点后面两位数字，牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况，如果字母为牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况，如果字母为A，表示原始纯铝或原始合金，表示原始纯铝或原始合金 工业纯铝主要用于制作电线、电缆、器皿及配
70、制合金等。工业纯铝主要用于制作电线、电缆、器皿及配制合金等。 （二）铝合金（二）铝合金上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 1.形变铝合金形变铝合金(1)不能热处理强化的铝合金。不能热处理强化的铝合金。这类合金主要指这类合金主要指Al-出出n系、系、Al-出出g系合金，其特点是有很好系合金，其特点是有很好的耐蚀性，故常称为防锈铝合金。的耐蚀性，故常称为防锈铝合金。(2)能热处理强化的铝合金。能热处理强化的铝合金。 硬铝合金。这类铝合金是硬铝合金。这类铝合金是Al-Cu-出出g系合金，加入铜和镁系合金，加入铜和镁的目的是使之形成强化相。的目的
71、是使之形成强化相。 LY1称铆钉硬铝，有较高剪切强称铆钉硬铝，有较高剪切强度，塑性好，主要用于制作铆钉。度，塑性好，主要用于制作铆钉。 超硬铝合金。这类铝合金是超硬铝合金。这类铝合金是Al-Cu-出出g-Zn系合金。超硬系合金。超硬铝合金时效硬化效果最好，强度、硬度高于硬铝，故称超硬铝合金时效硬化效果最好，强度、硬度高于硬铝，故称超硬铝。铝。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料锻铝合金。这类铝合金大多是锻铝合金。这类铝合金大多是Al-Cu-mg-Si系合金。其系合金。其力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，适于锻造，力学性能与硬铝相近，
72、但热塑性及耐蚀性较高，适于锻造，故称锻铝。故称锻铝。根据根据GB/T16474-1996变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法和和GB/T 3190-1996变形铝及铝合金化学成分变形铝及铝合金化学成分的规的规定，变形铝合金及铝合金采用四位数字体系牌号和四位字符定，变形铝合金及铝合金采用四位数字体系牌号和四位字符体系牌号，两种牌号的区别仅在牌号的第二位。体系牌号，两种牌号的区别仅在牌号的第二位。 2铸造铝合金铸造铝合金铸造铝合金有良好的铸造性能，可浇注成各种形状复杂的铸铸造铝合金有良好的铸造性能，可浇注成各种形状复杂的铸件。铸造铝合金的种类很多，主要有件。铸造铝合金的种类很多，主
73、要有Al-Si系、系、Al-Cu系、系、Al-mg系和系和Al-Zn系四类。系四类。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料铝硅合金。铝硅合金。Al-Si系铸造铝合金通常称硅铝明。这类合金有系铸造铝合金通常称硅铝明。这类合金有优良的铸造性能（如流动性好，收缩及热裂倾向小）优良的铸造性能（如流动性好，收缩及热裂倾向小） 铝铜合金。这类合金的铝铜合金。这类合金的4%14%。由于铜在铝中有较。由于铜在铝中有较大的溶解度，且随温度发生变化，因此可进行时效硬化。大的溶解度，且随温度发生变化，因此可进行时效硬化。 铝镁合金。这类合金密度小铝镁合金。这类合金
74、密度小(2. 55 g/cm3)、耐蚀性好、耐蚀性好、强度高、铸造性能差、耐热性低，时效硬化效果很小。强度高、铸造性能差、耐热性低，时效硬化效果很小。 铝锌合金。这类合金铸造性能好，经变质处理和时效处理铝锌合金。这类合金铸造性能好，经变质处理和时效处理后强度较高，价格便宜，但耐蚀性、耐热性差。后强度较高，价格便宜，但耐蚀性、耐热性差。二、铜及铜合金二、铜及铜合金（一）工业纯铜（一）工业纯铜工业纯铜又称紫铜，密度为工业纯铜又称紫铜，密度为8.9 g/cm3，熔点为，熔点为1 083。纯铜导电性、导热性优良，耐蚀性和塑性很好，但纯铜导电性、导热性优良，耐蚀性和塑性很好，但上-页 下-页 返回任务任
75、务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料强度较低（强度较低（u6 =230 250 mPa），硬度很低），硬度很低(3040 HBS)，不能热处理强化，只能通过冷变形强化，但塑性降，不能热处理强化，只能通过冷变形强化，但塑性降低。低。（二）铜合金（二）铜合金 1.黄铜黄铜黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。 (1)普通黄铜。普通黄铜是铜和锌组成的二元合金。加入锌普通黄铜。普通黄铜是铜和锌组成的二元合金。加入锌可提高合金的强度、硬度和塑性，还可改善铸造性能。可提高合金的强度、硬度和塑性，还可改善铸造性能。 当黄铜当黄铜wzn7%时，经冷变形
76、加工后有残留应力存在，在海水或潮时，经冷变形加工后有残留应力存在，在海水或潮湿的大气中，易产生应力腐蚀开裂（亦称季裂）。湿的大气中，易产生应力腐蚀开裂（亦称季裂）。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料常用单相黄铜常用单相黄铜H70、H68，强度较高，冷、热变形能力好，强度较高，冷、热变形能力好，适于用冲压法制造形状复杂、要求耐蚀的零件，如弹壳、冷适于用冲压法制造形状复杂、要求耐蚀的零件，如弹壳、冷凝器、造纸用管、散热器外壳等凝器、造纸用管、散热器外壳等 铸造黄铜的牌号依次由铸造黄铜的牌号依次由Z（“铸铸”字汉语拼音字首）、铜、字汉语拼音字首
77、）、铜、合金元素符号及该元素平均含量的百分数组成。合金元素符号及该元素平均含量的百分数组成。(2)特殊黄铜。在普通黄铜中加入硅、锡、铝、铅、锰、铁等特殊黄铜。在普通黄铜中加入硅、锡、铝、铅、锰、铁等合金元素所形成的合金称为特殊黄铜，相应的称这些特殊黄合金元素所形成的合金称为特殊黄铜，相应的称这些特殊黄铜为硅黄铜、锡黄铜、铝黄铜等。铜为硅黄铜、锡黄铜、铝黄铜等。特殊黄铜分为压力加工和铸造用两种。压力加工特殊黄铜的特殊黄铜分为压力加工和铸造用两种。压力加工特殊黄铜的牌号依次由牌号依次由H（“黄黄”字汉语拼音字首）、主加合金元素符字汉语拼音字首）、主加合金元素符号、铜平均含量的百分数、合金元素平均含
78、量的百分数组成。号、铜平均含量的百分数、合金元素平均含量的百分数组成。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 2白铜白铜(1)普通白铜。通常含镍量小于普通白铜。通常含镍量小于50%的铜合金称为普通白铜。的铜合金称为普通白铜。(2)特殊白铜。特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、铁、锰特殊白铜。特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、铁、锰等元素而组成的合金。等元素而组成的合金。3青铜青铜除黄铜和白铜以外的其他铜合金称为青铜，其中含锡元素的除黄铜和白铜以外的其他铜合金称为青铜，其中含锡元素的称为锡青铜，不含锡元素的称为无锡青铜（也称特殊青铜）。称为锡青铜
79、，不含锡元素的称为无锡青铜（也称特殊青铜）。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜等。按生产方常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜等。按生产方式，可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。式，可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。(1)锡青铜。以锡为主要添加元素的铜基合金称为锡青铜。锡青铜。以锡为主要添加元素的铜基合金称为锡青铜。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料锡青铜的耐磨性好，对大气、淡水、海水等的抗蚀性比纯铜锡青铜的耐磨性好，对大气、淡水、海水等的抗蚀性比纯铜和黄铜高，无磁性、无冷脆现象，但对酸类和氨水的抗蚀性和黄铜高，无磁性、无冷脆现象
80、，但对酸类和氨水的抗蚀性差。差。 (2)铝青铜。以铝为主要添加元素的铜合金称为铝青铜。一铝青铜。以铝为主要添加元素的铜合金称为铝青铜。一般般WAl=8.5%11%。它具有高的耐蚀性，较高的耐热性、。它具有高的耐蚀性，较高的耐热性、硬度、耐磨性、韧性和强度。铸造铝青铜流动性好，偏析和硬度、耐磨性、韧性和强度。铸造铝青铜流动性好，偏析和分散缩孔小，故能获得致密的铸件，但收缩率大。分散缩孔小，故能获得致密的铸件，但收缩率大。(3)铍青铜。以铍为主要添加元素的铜合金称为铍青铜，一般铍青铜。以铍为主要添加元素的铜合金称为铍青铜，一般WB=1.7%2.5%。铍青铜经固溶热处理和时效后具有高。铍青铜经固溶热
81、处理和时效后具有高的强度、硬度和弹性极限。的强度、硬度和弹性极限。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料3.16非金属材料非金属材料 一、工程塑料一、工程塑料工程塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定的温工程塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定的温度和压力下塑制成型，并在常温下保持其形状不变的材料。度和压力下塑制成型，并在常温下保持其形状不变的材料。 1塑料的分类塑料的分类(1)按树脂在加热和冷却时所表现出的性能分类。按树脂在加热和冷却时所表现出的性能分类。 热塑性塑料。热塑性塑料的特点是加热时软化，可塑造成热塑性塑料。热塑性塑
82、料的特点是加热时软化，可塑造成型，冷却后则变硬，此过程可反复进行，其基本性能不变。型，冷却后则变硬，此过程可反复进行，其基本性能不变。 热固性塑料。热固性塑料的特点是初加热时软化，可塑制热固性塑料。热固性塑料的特点是初加热时软化，可塑制成型，冷凝固化后成为坚硬的制品，若再加热，则不软化，成型，冷凝固化后成为坚硬的制品，若再加热，则不软化，不溶于溶剂中，不能再成型。不溶于溶剂中，不能再成型。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料(2)按塑料应用范围分类。按塑料应用范围分类。通用塑料。通用塑料是指产量大（占总产量的通用塑料。通用塑料是指产量大（占
83、总产量的75%以上）、以上）、用途广、通用性强、价格低而受力不大的一类塑料。用途广、通用性强、价格低而受力不大的一类塑料。 工程塑料。工程塑料是指具有优异的力学性能、绝缘性、工程塑料。工程塑料是指具有优异的力学性能、绝缘性、化学性能、耐热性和尺寸稳定性的一类塑料。化学性能、耐热性和尺寸稳定性的一类塑料。 2塑料的特性及用途塑料的特性及用途塑料密度小、比强度高，表面密实光滑，摩擦系数小，防水，塑料密度小、比强度高，表面密实光滑，摩擦系数小，防水，气密，耐磨，消声吸振性好，耐腐蚀性好，绝缘性好以及成气密，耐磨，消声吸振性好，耐腐蚀性好，绝缘性好以及成形工艺简单。形工艺简单。上-页 下-页 返回任务
84、任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料 二、橡胶二、橡胶1橡胶的组成和性能橡胶的组成和性能橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。生胶是指未加配合剂的天然橡胶或合成橡胶，它也是材料。生胶是指未加配合剂的天然橡胶或合成橡胶，它也是将配合剂和骨架材料粘成一体的粘结剂。将配合剂和骨架材料粘成一体的粘结剂。 2常用橡胶及其用途常用橡胶及其用途橡胶有天然橡胶和合成橡胶两类。橡胶有天然橡胶和合成橡胶两类。天然橡胶属于天然树脂，是从橡胶树等植物的浆汁中制取的。天然橡胶属于天然树脂，是从橡胶树等植物的浆汁中制取的
85、。合成橡胶是将石油或乙醇、乙炔、天燃气体或其他产物经过合成橡胶是将石油或乙醇、乙炔、天燃气体或其他产物经过加工、提炼而获得，并具有类似橡胶性质的合成产物。加工、提炼而获得，并具有类似橡胶性质的合成产物。上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料三、胶粘剂三、胶粘剂1胶粘剂的特点胶粘剂的特点胶接处应力分布较均匀；重量轻，可连接各种材料；胶接处胶接处应力分布较均匀；重量轻，可连接各种材料；胶接处表面光滑、平整，胶缝具有绝缘、密封、耐腐蚀等性能。表面光滑、平整，胶缝具有绝缘、密封、耐腐蚀等性能。2胶粘剂的分类及用途胶粘剂的分类及用途胶粘剂可分为天然的和
86、合成的两大类。胶粘剂可分为天然的和合成的两大类。 四、陶瓷四、陶瓷陶瓷是无机非金属固体材料，一般可分为传统陶瓷和特种陶陶瓷是无机非金属固体材料，一般可分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷是粘土、长石和石英等天然原料，经粉瓷两大类。传统陶瓷是粘土、长石和石英等天然原料，经粉碎、成型和烧结制成碎、成型和烧结制成上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料五、复合材料五、复合材料1.复合材料的概念及性能特点复合材料的概念及性能特点复合材料是由两种或多种固体材料复合而成。复合材料是由两种或多种固体材料复合而成。 2复合材料的分类和应用复合材料的分类和应用
87、(1)纤维增强复合材料。纤维增强复合材料。(2)层叠复合材料。层叠复合材料。(3)细粒复合材料。细粒复合材料。任务实施任务实施任务内容：任务内容： 上-页 下-页 返回任务任务3 -3 识别合金钢、铸铁及其他材料识别合金钢、铸铁及其他材料如如图图3 -33所示国家体育场，是所示国家体育场，是2008年北京奥运会主体育年北京奥运会主体育场是世界上跨度最大的钢结构体育建筑之一，由我国自主创场是世界上跨度最大的钢结构体育建筑之一，由我国自主创新研制的新研制的4.2万吨万吨Q460钢的一根根钢的一根根“钢筋铁骨钢筋铁骨”巧妙安排，巧妙安排，构成了孕育生命的构成了孕育生命的“鸟巢鸟巢”。它别具一格的建筑
88、结构，恢宏。它别具一格的建筑结构，恢宏的气势，给人以强烈的视觉冲击效果，富有戏剧性，新颖并的气势，给人以强烈的视觉冲击效果，富有戏剧性，新颖并具有震撼力。试分析鸟巢的结构为何采用具有震撼力。试分析鸟巢的结构为何采用Q460钢而不采用钢而不采用Q275钢。钢。上-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动3.17 齿轮的失效形式、常用材料及结构齿轮的失效形式、常用材料及结构 一、齿轮的失效形式一、齿轮的失效形式 1轮齿折断轮齿折断齿轮在工作时轮齿受弯矩作用，轮齿根部弯曲应力最大，而齿轮在工作时轮齿受弯矩作用，轮齿根部弯曲应力最大，而且有应力集中，故轮齿折断常发生在齿根部分。且有应力集中，故轮
89、齿折断常发生在齿根部分。 2齿面点蚀齿面点蚀齿轮传动时，轮齿啮合表面在法向力作用下，产生循环变化齿轮传动时，轮齿啮合表面在法向力作用下，产生循环变化的接触应力。的接触应力。为防止出现疲劳点蚀，可采用增大齿轮直径或表面强化处理、为防止出现疲劳点蚀，可采用增大齿轮直径或表面强化处理、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、选用粘度较高的润滑油等提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、选用粘度较高的润滑油等方法。方法。下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 3齿面胶合齿面胶合在高速重载的齿轮传动中，由于齿面压力很大，工作时产生在高速重载的齿轮传动中，由于齿面压力很大，工作时产生大量的热，使啮合区温度升高，润
90、滑油粘度迅速降低，引起大量的热，使啮合区温度升高，润滑油粘度迅速降低，引起润滑失效，从而使两齿面在局部接触区因发生高温软化或熔润滑失效，从而使两齿面在局部接触区因发生高温软化或熔化而相互粘连化而相互粘连 4齿面磨损齿面磨损齿面磨损有两种情况：一种是由于沙粒、铁屑等落入啮合表齿面磨损有两种情况：一种是由于沙粒、铁屑等落入啮合表面而引起的磨粒磨损；另一种是由于两齿面在相对滑动中互面而引起的磨粒磨损；另一种是由于两齿面在相对滑动中互相摩擦所引起的跑合性磨损。相摩擦所引起的跑合性磨损。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 5塑性变形塑性变形未经硬化处理的软齿面齿轮，常因启动频繁或
91、严重过载，造未经硬化处理的软齿面齿轮，常因启动频繁或严重过载，造成表层材料沿着摩擦力的方向产生塑性流动而整个轮齿发生成表层材料沿着摩擦力的方向产生塑性流动而整个轮齿发生过量的塑性变形，从而破坏了齿面的渐开线齿形。过量的塑性变形，从而破坏了齿面的渐开线齿形。二、齿轮常用材料二、齿轮常用材料根据齿轮传动的主要失效形式，要求齿轮材料应具有足够的根据齿轮传动的主要失效形式，要求齿轮材料应具有足够的硬度和耐磨性；具有足够的抗弯强度和较好的冲击韧性；还硬度和耐磨性；具有足够的抗弯强度和较好的冲击韧性；还应具有良好的加工工艺性。应具有良好的加工工艺性。 三、齿轮结构三、齿轮结构常用的齿轮结构形式有以下几种，
92、见表常用的齿轮结构形式有以下几种，见表3 -24。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动3.18 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的设计渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的设计一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析齿轮啮合传动时，齿面上的摩擦力与轮齿所受载荷相比很小，齿轮啮合传动时，齿面上的摩擦力与轮齿所受载荷相比很小，可略去不计。因此，在一对啮合的齿面上，只作用着沿啮合可略去不计。因此，在一对啮合的齿面上，只作用着沿啮合线方向的法向力线方向的法向力Fn。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 根据作用与反作用力的关系，作用在主动轮和从动轮上各对根据作用与反作用力的关系
93、，作用在主动轮和从动轮上各对力的大小相等、方向相反。力的大小相等、方向相反。二、计算载荷二、计算载荷上述受力分析是在理想的平稳工作条件下进行的，其载荷称上述受力分析是在理想的平稳工作条件下进行的，其载荷称为名义载荷。为名义载荷。为了使计算的齿轮受载情况尽量符合实际，引入载荷系数为了使计算的齿轮受载情况尽量符合实际，引入载荷系数K，得到计算载荷，得到计算载荷三、齿面接触疲劳强度计算三、齿面接触疲劳强度计算1接触应力接触应力 上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动当两个零件是具有曲面接触的弹性体，在压力作用下互相接当两个零件是具有曲面接触的弹性体，在压力作用下互相接触时，在接触
94、处产生弹性变形，在接触区及其附近产生的应触时，在接触处产生弹性变形，在接触区及其附近产生的应力，称接触应。如力，称接触应。如表表3-23所示。所示。 2齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算闭式齿轮传动中的主要失效形式是齿面点蚀，这是因为接触闭式齿轮传动中的主要失效形式是齿面点蚀，这是因为接触应力过大引起的，进行接触疲劳强度计算就是为了避免齿面应力过大引起的，进行接触疲劳强度计算就是为了避免齿面点蚀失效。点蚀失效。经公式推导整理简化，可得渐开线标准宜圆柱齿轮传动的齿经公式推导整理简化，可得渐开线标准宜圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算公式如下。面接触疲劳强度计算公式如下。上-页 下-页 返回
95、任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动齿面接触疲劳强度校核式齿面接触疲劳强度校核式齿面接触疲劳强度设计式齿面接触疲劳强度设计式上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动公式使用说明和参数选择：公式使用说明和参数选择：(1)大小齿轮齿面接触疲劳许用应力，由于齿轮材料、热处理大小齿轮齿面接触疲劳许用应力，由于齿轮材料、热处理不同，导致齿面硬度不同，实际计算时代入较小值。不同，导致齿面硬度不同，实际计算时代入较小值。(2)因两轮的法向压力相同，所以齿面工作时产生的接触应力因两轮的法向压力相同，所以齿面工作时产生的接触应力相同相同 四、齿根弯曲疲劳强度计算四、齿根弯曲疲劳强度计算轮齿的
96、折断主要与齿根弯曲应力有关，为防止齿根部位的弯轮齿的折断主要与齿根弯曲应力有关，为防止齿根部位的弯曲折断，应限制其弯曲应力，使其不超过许用值曲折断，应限制其弯曲应力，使其不超过许用值. 经理论公式推导可得出轮齿齿根部位的弯曲疲劳强度的计算经理论公式推导可得出轮齿齿根部位的弯曲疲劳强度的计算公式如下。校核公式：公式如下。校核公式：上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动齿根弯曲疲劳强度校核式齿根弯曲疲劳强度校核式齿根弯曲疲劳强度设计式齿根弯曲疲劳强度设计式 公式使用说明及参数选择：公式使用说明及参数选择：上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动(1)小齿轮齿数
97、。软齿面闭式齿轮传动在满足弯曲强度的条件小齿轮齿数。软齿面闭式齿轮传动在满足弯曲强度的条件下，为提高传动的平稳性，速度较高时取较大值；硬齿面的下，为提高传动的平稳性，速度较高时取较大值；硬齿面的传动弯曲强度是薄弱环节，宜取较少的齿数，以便增大模数，传动弯曲强度是薄弱环节，宜取较少的齿数，以便增大模数，Zl=1720。(2)齿宽齿宽6。为减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿轮。为减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿轮齿宽应小于小齿轮齿宽。齿宽应小于小齿轮齿宽。(3)由于两轮材料或热处理不同，两轮的许用弯曲应力也不同，由于两轮材料或热处理不同，两轮的许用弯曲应力也不同，所以，校核时应分别验算大
98、小齿轮的弯曲强度。所以，校核时应分别验算大小齿轮的弯曲强度。 (4)设计求出的模数应圆整为标准值。设计求出的模数应圆整为标准值。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动表表3 -29列出儿种常见机器中的齿轮精度等级的选用范围，列出儿种常见机器中的齿轮精度等级的选用范围，表表3 -30列出常用几种精度等级的齿轮加工方法及其应用范列出常用几种精度等级的齿轮加工方法及其应用范围。围。3.19 渐开线直齿圆柱齿轮的检测渐开线直齿圆柱齿轮的检测 一、公法线长度的测量计算一、公法线长度的测量计算如图如图3 -42所示，当检验直齿轮时，用卡尺的两个卡脚跨越所示，当检验直齿轮时，用卡尺的两个
99、卡脚跨越个轮齿切于渐开线齿廓的个轮齿切于渐开线齿廓的A、B两点，该两点间的距离两点，该两点间的距离AB称称为被测齿轮跨矗个齿的公法线长度标准直齿圆柱齿轮的公法为被测齿轮跨矗个齿的公法线长度标准直齿圆柱齿轮的公法线长度为线长度为上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 在测量公法线长度时，应使卡尺的量脚平面与齿廓在分度圆在测量公法线长度时，应使卡尺的量脚平面与齿廓在分度圆附近相切，这样测得的才是准确的公法线。附近相切，这样测得的才是准确的公法线。 二、分度圆弦齿厚的测量二、分度圆弦齿厚的测量当齿轮的几何尺寸较大，测量公法线长度不方便时，通常测当齿轮的几何尺寸较大，测量公法线长度
100、不方便时，通常测量轮齿的分度圆弦齿厚。对于标准直齿圆柱齿轮，当出量轮齿的分度圆弦齿厚。对于标准直齿圆柱齿轮，当出 10 出出时，既测量分度圆弦齿厚。出出时，既测量分度圆弦齿厚。标准直齿圆柱齿轮的分度圆弦齿厚和分度圆弦齿高的计算公标准直齿圆柱齿轮的分度圆弦齿厚和分度圆弦齿高的计算公式为式为上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动3. 20斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮一、直齿轮与斜齿轮的齿廓曲面形成及特点一、直齿轮与斜齿轮的齿廓曲面形成及特点如图如图3 -44 (a)所示，直齿圆柱齿轮的齿廓曲面是发生面所示，直齿圆柱齿轮的齿廓曲面是发生面S在基圆柱上作纯滚动时，发生面上与基圆柱轴线平
101、行的直线在基圆柱上作纯滚动时，发生面上与基圆柱轴线平行的直线KK展成的渐开线曲面。一对直齿圆柱齿轮相啮合时，两轮齿展成的渐开线曲面。一对直齿圆柱齿轮相啮合时，两轮齿的瞬时接触线为平行于轴线的直线，如的瞬时接触线为平行于轴线的直线，如图图3 -44 (b)所示。所示。斜齿圆柱齿廓曲面的形成原理与直齿圆柱齿轮相同，只不过斜齿圆柱齿廓曲面的形成原理与直齿圆柱齿轮相同，只不过发生面上的直线发生面上的直线KK不平行轴线，而与它成一个角度。不平行轴线，而与它成一个角度。二、斜齿轮的主要参数二、斜齿轮的主要参数上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 1螺旋角螺旋角斜齿轮螺旋线和切线与平行
102、于轴线的母线所夹的锐角称为螺斜齿轮螺旋线和切线与平行于轴线的母线所夹的锐角称为螺旋角。斜齿轮轮齿的倾斜程度通常用分度圆上的螺旋角来表旋角。斜齿轮轮齿的倾斜程度通常用分度圆上的螺旋角来表示。故通常所说斜齿轮的螺旋角，如不特别注明，即指分度示。故通常所说斜齿轮的螺旋角，如不特别注明，即指分度圆柱面上的螺旋角。圆柱面上的螺旋角。 2端面参数和法面参数端面参数和法面参数 (1)法向模数和端面模数。法向模数和端面模数。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动(2)法向压力角和端面压力角。法向压力角和端面压力角。(3)齿顶高系数及顶隙数。齿顶高系数及顶隙数。三、斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸
103、计算三、斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算外啮合标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见外啮合标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式见表表3 - 31。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动四、斜齿轮的啮合传动四、斜齿轮的啮合传动1正确啮合条件正确啮合条件斜齿轮正确啮合条件为：斜齿轮正确啮合条件为： 2重合度重合度 重合度是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的一项重要指标。重合度是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的一项重要指标。斜齿圆柱齿轮传动的重合度占等于端面重合度和纵向重合度斜齿圆柱齿轮传动的重合度占等于端面重合度和纵向重合度之和，即之和，即上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计
104、齿轮传动五、斜齿圆柱齿轮的当量齿数五、斜齿圆柱齿轮的当量齿数用仿形法加工斜齿圆柱齿轮的轮齿时，需按轮齿的法面齿形用仿形法加工斜齿圆柱齿轮的轮齿时，需按轮齿的法面齿形来选择刀具，因而必须知道法面齿形；另外，在计算齿轮强来选择刀具，因而必须知道法面齿形；另外，在计算齿轮强度时，由于载荷是作用在轮齿的法面内的，故也必须知道法度时，由于载荷是作用在轮齿的法面内的，故也必须知道法面齿形。因此，有必要对斜齿圆柱齿轮的法面齿形进行研究。面齿形。因此，有必要对斜齿圆柱齿轮的法面齿形进行研究。当量齿数不一定为整数，也不必圆整。它除用于斜齿轮弯曲当量齿数不一定为整数，也不必圆整。它除用于斜齿轮弯曲强度计算及选择铣
105、刀号外，在斜齿轮变位因数的选择及齿厚强度计算及选择铣刀号外，在斜齿轮变位因数的选择及齿厚测量计算等处也有应用。测量计算等处也有应用。标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数为上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动3. 21 直齿圆锥齿轮直齿圆锥齿轮一、圆锥齿轮传动的特点及应用一、圆锥齿轮传动的特点及应用锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力。其传动可锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力。其传动可以看成是两个锥顶共点的圆锥体相互作纯滚动，两轴线间夹以看成是两个锥顶共点的圆锥体相互作纯滚动，两轴线间夹角由传动要求确定，可为任意值，但常
106、用的是角由传动要求确定，可为任意值，但常用的是90，如，如图图3 -50所示。所示。锥齿轮的轮齿均匀分布在一个锥体上，从大端到小端逐渐收锥齿轮的轮齿均匀分布在一个锥体上，从大端到小端逐渐收缩，其轮齿有直齿、曲齿等形式。直齿锥齿轮易于制造，成缩，其轮齿有直齿、曲齿等形式。直齿锥齿轮易于制造，成本低，但承载能力低，工作时振动和噪声都较大，适用于低本低，但承载能力低，工作时振动和噪声都较大，适用于低速、轻载传动。速、轻载传动。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动二、直齿锥齿轮传动的主要参数和几何尺寸计算二、直齿锥齿轮传动的主要参数和几何尺寸计算和圆柱齿轮相似，锥齿轮有分度圆锥、
107、齿顶圆锥、齿根圆锥和圆柱齿轮相似，锥齿轮有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥和基圆锥。标准直齿锥齿轮传动，节圆锥与分度圆锥重合。和基圆锥。标准直齿锥齿轮传动，节圆锥与分度圆锥重合。直齿圆锥齿轮按顶隙不同可分为不等顶隙收缩齿和等顶隙收直齿圆锥齿轮按顶隙不同可分为不等顶隙收缩齿和等顶隙收缩齿两种，前者两齿轮啮合时，顶隙由大端到小端逐渐减小；缩齿两种，前者两齿轮啮合时，顶隙由大端到小端逐渐减小；后者两齿轮啮合时，顶隙在任意位置保持不变，这样，两齿后者两齿轮啮合时，顶隙在任意位置保持不变，这样，两齿轮在啮合时小端顶隙较大，可以改善润滑条件，提高小端轮轮在啮合时小端顶隙较大，可以改善润滑条件，提高小端轮齿强度
108、，因此，等顶隙收缩齿圆锥齿轮被广泛推荐使用。齿强度，因此，等顶隙收缩齿圆锥齿轮被广泛推荐使用。三、直齿锥齿轮传动的正确啮合条件三、直齿锥齿轮传动的正确啮合条件一对直齿锥齿轮的正确啮合条件是：两轮大端模数和压力角一对直齿锥齿轮的正确啮合条件是：两轮大端模数和压力角上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动分别相等且等于标准值，即分别相等且等于标准值，即四、直齿锥齿轮传动的受力分析四、直齿锥齿轮传动的受力分析如如图图3 -52所示为直齿锥齿轮传动中轮齿的受力情况。各力所示为直齿锥齿轮传动中轮齿的受力情况。各力的大小分别为：的大小分别为：上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动
109、设计齿轮传动切向力和径向力方向的判别方法与直齿圆柱齿轮相同；轴向切向力和径向力方向的判别方法与直齿圆柱齿轮相同；轴向力的方向均由小端指向各白的齿轮大端。力的方向均由小端指向各白的齿轮大端。一、蜗杆传动的特点及应用一、蜗杆传动的特点及应用3. 22蜗杆传动蜗杆传动1蜗杆传动的组成蜗杆传动的组成蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，通常轴交角间的运动和动力，通常轴交角= 90。一般蜗杆为主动件，。一般蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗轮为从动件。 2蜗杆传动的特点蜗杆传动的特点蜗杆传动的主要优点是传动比大，结构紧凑，传动
110、平稳，噪蜗杆传动的主要优点是传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声低，可以实现白锁；主要缺点是传动效率低，制造成本高。声低，可以实现白锁；主要缺点是传动效率低，制造成本高。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 3蜗杆传动的应用蜗杆传动的应用由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。 二、蜗杆传动的类型二、蜗杆传动的类型根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动图图3 -54(a)、环面蜗
111、杆传动、环面蜗杆传动图图3 -54 (b)和锥蜗杆传动和锥蜗杆传动图图3-54 (c)。 三、蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算三、蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算 1蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动如如图图3 -56所示，为阿基米德蜗杆与蜗轮的啮合情况，若通所示，为阿基米德蜗杆与蜗轮的啮合情况，若通过蜗杆轴线作一平面与蜗轮轴线垂直，把这个平面称为中间过蜗杆轴线作一平面与蜗轮轴线垂直，把这个平面称为中间平面。在中间平面内蜗杆和蜗轮的啮合相当于齿条与渐开线平面。在中间平面内蜗杆和蜗轮的啮合相当于齿条与渐开线齿轮的啮合，因此其正确
112、啮合条件为：齿轮的啮合，因此其正确啮合条件为：2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算(1)模数出和压力角。模数出和压力角。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动 蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数和轴向蜗杆和蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数和轴向压力角分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，并把该平压力角分别与蜗轮的端面模数和端面压力角相等，并把该平面上的模数和压力角同时规定为标准值。标准模数见表面上的模数和压力角同时规定为标准值。标准模数见表3 -33，标准压力角，标准压力角20。(2)蜗杆头数和蜗轮齿数。蜗杆头数和蜗轮齿数。
113、蜗杆头数应根据传动比和传动效率选定。常取值为蜗杆头数应根据传动比和传动效率选定。常取值为1、2、4、6。(3)蜗杆分度圆直径及直径系数。蜗杆分度圆直径及直径系数。蜗轮通常是用形状和尺寸与蜗杆相同的滚刀在滚齿机上切制蜗轮通常是用形状和尺寸与蜗杆相同的滚刀在滚齿机上切制而成的。因此，蜗轮的齿形不仅取决于模数，而且与蜗杆分而成的。因此，蜗轮的齿形不仅取决于模数，而且与蜗杆分度圆直径有关。为了限制滚刀的数目，便于标准化，对于每度圆直径有关。为了限制滚刀的数目，便于标准化，对于每个模数规定了几个蜗杆分度圆直径，见个模数规定了几个蜗杆分度圆直径，见表表3-33。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传
114、动设计齿轮传动四、蜗杆传动的失效形式四、蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的失效主要是轮齿失效，而且由于蜗轮无论在材料蜗杆传动的失效主要是轮齿失效，而且由于蜗轮无论在材料或轮齿结构方面与蜗杆相比均比较薄弱，因而失效通常发生或轮齿结构方面与蜗杆相比均比较薄弱，因而失效通常发生在蜗轮轮齿上。通常，闭式蜗杆传动的主要失效形式是胶合在蜗轮轮齿上。通常，闭式蜗杆传动的主要失效形式是胶合和点蚀，开式蜗杆传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折和点蚀，开式蜗杆传动的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断。断。蜗杆传动的强度计算见机械设计手册。蜗杆传动的强度计算见机械设计手册。 五、蜗杆的材料五、蜗杆的材料由蜗杆传动的失效形式
115、可知，蜗杆和蜗轮的材料不仅要有足由蜗杆传动的失效形式可知，蜗杆和蜗轮的材料不仅要有足够的强度，最重要的是应有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合够的强度，最重要的是应有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。能力。上-页 下-页 返回任务任务3-4设计齿轮传动设计齿轮传动六、蜗杆蜗轮的结构六、蜗杆蜗轮的结构1蜗杆的结构蜗杆的结构由于蜗杆螺旋部分的直径不大，一般将蜗杆与轴做成一体，由于蜗杆螺旋部分的直径不大，一般将蜗杆与轴做成一体，称蜗杆轴，称蜗杆轴， 2蜗轮的结构蜗轮的结构直径较小的蜗轮可以制成整体式结构，如直径较小的蜗轮可以制成整体式结构，如图图3 -59 (a)所示。所示。对于尺寸较大的蜗轮，为了节省材
116、料，可做成组合式结构，对于尺寸较大的蜗轮，为了节省材料，可做成组合式结构，如图如图3 -59(b)、(c)所示所示上-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算3. 23轮系的认识及应用轮系的认识及应用 一、轮系的分类一、轮系的分类按照传动时各齿轮的轴线位置是否固定，轮系可分为定轴轮按照传动时各齿轮的轴线位置是否固定，轮系可分为定轴轮系和行星轮系两个基本类型：系和行星轮系两个基本类型： 1定轴轮系定轴轮系轮系在传动时，若各齿轮的轴线位置相对于机架均固定不动，轮系在传动时，若各齿轮的轴线位置相对于机架均固定不动，则称该轮系为定轴轮系或普通轮系。则称该轮系为定轴轮系或普通轮系。
117、 2行星轮系行星轮系轮系在传动时，若轮系中至少有一个齿轮的几何轴线相对于轮系在传动时，若轮系中至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是不固定的，绕另一个齿轮的固定轴线转动，则机架的位置是不固定的，绕另一个齿轮的固定轴线转动，则称该轮系为行星轮系，如称该轮系为行星轮系，如图图3 -63、图图3- 64所示。所示。下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算 行星轮系可分为两类：行星轮系可分为两类：(1)简单行星轮系。如简单行星轮系。如图图3-64(a)所示，若齿轮所示，若齿轮3固定不动，固定不动，即即n3=0，则轮系的运动是确定的，这种轮系称为简单行星，则轮系的运动是确定
118、的，这种轮系称为简单行星轮系（若齿轮轮系（若齿轮1固定，则也是简单行星轮系）。固定，则也是简单行星轮系）。(2)差动轮系。如图差动轮系。如图3-64 (b)所示，若两个太阳轮都能转动，所示，若两个太阳轮都能转动，则必须有两个原动件，轮系的运动才能确定，这种轮系称为则必须有两个原动件，轮系的运动才能确定，这种轮系称为差动轮系。差动轮系。 二、轮系的特点及应用二、轮系的特点及应用 1轮系的特点轮系的特点可获得很大的传动比，可做较远距离的传动，可实现变速要可获得很大的传动比，可做较远距离的传动，可实现变速要求，可实现改变从动轴回转方向，可实现运动的合成或分解。求，可实现改变从动轴回转方向，可实现运动
119、的合成或分解。上-页 下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算2轮系的应用轮系的应用轮系广泛应用于汽车，机床中的变速、变向传动，以及船用轮系广泛应用于汽车，机床中的变速、变向传动，以及船用航向指示器传动装置、汽车转弯时的差速装置，钟表传动系航向指示器传动装置、汽车转弯时的差速装置，钟表传动系统，机械式运算机构等。统，机械式运算机构等。3. 24定轴轮系的传动比计算定轴轮系的传动比计算一、一、 一对齿轮啮合的传动比一对齿轮啮合的传动比 设主动轮设主动轮1的转速和齿数分别为的转速和齿数分别为n1和和z1，从动轮，从动轮2的转速和的转速和齿数分别为齿数分别为n2和和z2，则
120、传动比为：，则传动比为：上-页 下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算式中，式中，“+”号表示一对内啮合圆柱齿轮传动时，从动轮转向号表示一对内啮合圆柱齿轮传动时，从动轮转向与主动轮转向相同，如与主动轮转向相同，如图图3-67(a)所示；所示；“一一”号表示一对号表示一对外啮合齿轮传动时，从动轮转向与主动轮转向相反，如图外啮合齿轮传动时，从动轮转向与主动轮转向相反，如图3 -67(b)所示。所示。二、定轴轮系的传动比二、定轴轮系的传动比1轮系的传动比轮系的传动比轮系中的首末两轮的角速度之比或转速之比称为轮系的传动轮系中的首末两轮的角速度之比或转速之比称为轮系的传动比。
121、即：比。即： 轮系的传动比计算包括两个内容：一是传动比大小的计算；轮系的传动比计算包括两个内容：一是传动比大小的计算；二是确定首末两轮的相对转动方向。二是确定首末两轮的相对转动方向。上-页 下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算2传动比大小的计算传动比大小的计算对于一般情况，若用对于一般情况，若用1、K表示首末两轮，则定轴轮系的传动表示首末两轮，则定轴轮系的传动比为：比为：i1k= 所有从动有从动轮齿数积所有从动有从动轮齿数积/所有主动有主动轮齿数积所有主动有主动轮齿数积 “+”表示外啮合齿轮对数为偶数，表示外啮合齿轮对数为偶数，“一一”表示外啮合齿轮对表示外啮合齿
122、轮对数为奇数。数为奇数。3首末轮转向关系的确定首末轮转向关系的确定(1)平面定轴轮系。平面定轴轮系。对于平面定轴轮系，首末轮的转向可直接使用公式对于平面定轴轮系，首末轮的转向可直接使用公式(3 -28)中的中的“”来确定，来确定，“+”表示首末两轮转向相同，表示首末两轮转向相同，“-”表表示首末两轮转向相反。示首末两轮转向相反。上-页 下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算(2)空间定轴轮系。空间定轴轮系。由于空间定轴轮系中含有圆锥齿轮或蜗轮蜗杆，用由于空间定轴轮系中含有圆锥齿轮或蜗轮蜗杆，用“”无无法表示其相对转向关系，只能用画箭头的方法确定首末轮的法表示其相对转
123、向关系，只能用画箭头的方法确定首末轮的相对转向。相对转向。3. 25 行星轮系的传动比计算行星轮系的传动比计算一、反转法一、反转法在如在如图图3 -70(a)所示的行星轮系中，由于行星轮的运动不是所示的行星轮系中，由于行星轮的运动不是绕固定轴线转动，故其传动比的计算不能直接应用定轴轮系绕固定轴线转动，故其传动比的计算不能直接应用定轴轮系传动比的公式，根据相对运动原理，若假想给整个行星传动比的公式，根据相对运动原理，若假想给整个行星上-页 下-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算轮系加上一个与行星架轮系加上一个与行星架H的转速的转速nH大小相等、方向相反的公大小相等、方
124、向相反的公共转速共转速- nH，则行星架日静止不动，而各构件间的相对运动，则行星架日静止不动，而各构件间的相对运动关系不发生改变。这时，原来的行星轮系就可以转化为定轴关系不发生改变。这时，原来的行星轮系就可以转化为定轴轮系。该假想定轴轮系为原行星轮系的转化轮系，如图轮系。该假想定轴轮系为原行星轮系的转化轮系，如图3 -70(b)所示。所示。 在轮化轮系中，由于行星架是固定的，在轮化轮系中，由于行星架是固定的，1、3两轮的传动比两轮的传动比可用定轴轮系计算传动比的方法求得，即可用定轴轮系计算传动比的方法求得，即 (1)齿轮齿轮G、K与行星架目的轴线必须是平行的，这样，两轴与行星架目的轴线必须是平
125、行的，这样，两轴的转速才能用代数差表示。的转速才能用代数差表示。上-页 返回任务任务3 -5 齿轮系传动比的计算齿轮系传动比的计算(2)将将nC、nK、nH的已知值代入公式时必须考虑其正、负号。的已知值代入公式时必须考虑其正、负号。 (3)iGKH iGK。前者为转化轮系中。前者为转化轮系中G、K齿轮的转速比，后齿轮的转速比，后者为行星轮系中者为行星轮系中G、K齿轮的转速比。齿轮的转速比。3. 26 混合轮系的传动比计算混合轮系的传动比计算混合轮系是由定轴轮系和行星轮系或由两个以上的行星轮系混合轮系是由定轴轮系和行星轮系或由两个以上的行星轮系组合而成的，如组合而成的，如图图3 -71所示。计算
126、混合轮系的传动比时，所示。计算混合轮系的传动比时，必须首先将该轮系分解为几个单一的基本轮系，再分别按相必须首先将该轮系分解为几个单一的基本轮系，再分别按相应的传动比计算公式列出方程式，最后联立解出所求的传动应的传动比计算公式列出方程式，最后联立解出所求的传动比比上-页 下-页 返回图图3-1一级直齿圆柱齿轮减速器一级直齿圆柱齿轮减速器返回图图3-2卷扬机卷扬机返回图图3-3齿轮传动的主要类型齿轮传动的主要类型返回图图3-4齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律返回图图3-7渐开线齿廓的啮合渐开线齿廓的啮合返回图图3-8齿轮各部分的名称及代号齿轮各部分的名称及代号返回表表3-1标准模数系列标准模数系列
127、(GB/工工 1357-1988返回表表3 -2渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式尺寸计算公式返回图图3-9渐开线齿轮啮合过程渐开线齿轮啮合过程返回图图3-17产生根切的轮齿产生根切的轮齿返回图图3-19变位齿轮的加工原理变位齿轮的加工原理返回图图3-24各种退火和正火加热温度与工艺各种退火和正火加热温度与工艺曲线示意图曲线示意图返回图图3 - 26 40钢回火时的力学性能钢回火时的力学性能返回图图3-27车床主轴车床主轴返回表表3 -9常用调质钢的牌号、性能及用途常用调质钢的牌号、性能及用途返回表表3-11高碳铬轴承钢的牌号、性能及用高碳铬轴承钢的牌号、性能
128、及用途途返回表表3 -12低合金刃具钢的主要成分、性能低合金刃具钢的主要成分、性能及用途及用途返回表表3-13冷作模具钢的成分、性能及用途冷作模具钢的成分、性能及用途返回表表3-14热作模具钢的成分、性能及用途热作模具钢的成分、性能及用途返回表表3 - 20可锻铸铁的牌号、力学性能及用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途途返回图图3-33国家体育场国家体育场鸟巢鸟巢返回表表3 - 23常用的齿轮材料常用的齿轮材料返回图图3-44直齿轮的齿廓曲面形成及接触线直齿轮的齿廓曲面形成及接触线返回表表3-31外啮合标准斜齿圆柱齿轮的几何外啮合标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算尺寸计算返回图图3-50直齿锥齿轮传动直齿锥齿轮传动返回图图3-52直齿锥齿轮轮齿受力情况直齿锥齿轮轮齿受力情况返回图图3-54 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型返回图图3 -56 蜗杆传动的几何尺寸蜗杆传动的几何尺寸返回表表3 - 33普通圆柱蜗杆传动的参数匹配普通圆柱蜗杆传动的参数匹配(摘自摘自GB/工工 10085-1998返回图图3-59 蜗轮的结构蜗轮的结构返回图图3-63行星轮系行星轮系返回图图3-64行星轮系简图行星轮系简图返回图图3-67一对平行轴齿轮传动的转向一对平行轴齿轮传动的转向返回图图3-70行星轮系及其转化轮行星轮系及其转化轮返回图图3-71混合轮系简图混合轮系简图返回
