汽车变速箱齿轮钢的选择

《汽车变速箱齿轮钢的选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车变速箱齿轮钢的选择（16页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 汽车变速箱齿轮钢的选择及 热加工工艺设计 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 材料科学与工程 班 级： 指 导 教 师： 职称： 副教授 2015年12月21日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目汽车变速箱齿轮钢的选择及热加工工艺设计1、课程设计的目的使学生融会贯通机械设计基础、金属热处理、金属力学性能、冶金概论、金属材料成型工艺及设备、金属材料学、金属热处理设备与车间设计、科技文献检索等课程理论知识；培养学生检索科技文献的能力；培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原

2、始数据、技术要求、工作要求等）1、重型卡车变速箱齿轮的服役条件和力学性能要求分析。2、重型卡车变速箱齿轮的加工工艺流程分析。3、重型卡车变速箱齿轮用钢的选择及热加工工艺设计。4、按学校及材料工程学院关于课程设计的相关要求提交设计说明书。3、主要参考文献1 陆兴，刘世程，王德庆.热处理工程基础M.北京：机械工业出版社，20072 吴承建，陈国良，强文江.金属材料学M.2版.北京：冶金工业出版社，20093 唐代明，王小红，皮锦红.金属材料学M.成都：西南交通大学出版社，20144 孙智，倪宏昕，彭竹琴.现代钢铁材料及其工程应用M.北京：机械工业出版社，20075 马鸣图.先进汽车用钢M.北京：化

3、学工业出版社，20084、课程设计工作进度计划第12天：布置课程设计任务，下发本任务书，重型卡车变速箱齿轮的服役条件和力学性能要求分析。第34天：重型卡车变速箱齿轮的加工工艺流程分析。第57天：重型卡车变速箱齿轮用钢的选择及热加工工艺设计，提交设计说明书的提纲或初稿。第810天：修改、完善设计说明书，并提交。指导教师（签字）日期201 年 月 日教研室意见：201 年 月 日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称汽车变速箱齿轮钢的选择及热加工工艺设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查

4、阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理

5、和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日1 引言齿轮钢主要应用于汽车、工程机械及机械制造业的传动部件。高质量的齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，能很好地承受冲击、弯曲和接触应力，而且还要求

6、变形小、精度高和噪声低。对于重载条件下的齿轮，一般选用硬齿面齿轮，齿轮钢选用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢。齿轮钢品种繁多，世界各国都根据使用性能要求及本国的资源条件，建立各自的齿轮用钢系列。如在美国，大模数重型汽车变速箱齿轮中，一般为含Ni较高的Ni-Cr-Mo钢，如SAE4320H、SAE4620H钢1。铬系、铬钼系合金渗碳结构钢为日本汽车工业广泛使用的钢种。近年来，为了适应大模数重型汽车变速箱强韧性高的要求，又发展出SNCM220、SNCM420等Ni含量较高的渗碳钢。在德国，著名的变速箱制造公司ZF公司在Cr-Mn系渗碳钢中添加强烈提高淬透性的微量硼，创建了ZF系列齿轮渗碳钢，如ZFA钢，

7、适用于大模数重型汽车变速箱齿轮。前苏联的变速箱齿轮中多使用Cr-Mn-Ti系列、Cr-Mn-Mo系列渗碳钢，在大模数变速箱齿轮中也多使用Ni-Mo-Cr系列钢种，以适应重型汽车良好综合机械性能的要求2-3。在我国，载货汽车变速箱使用的齿轮材料，多年来主要沿用前苏联用钢系列18XTr，如20CrMnTi钢。这是我国50年代引进的齿轮钢种。该钢种为本质细晶粒钢，渗碳淬火工艺性能好，全国许多钢厂均能生产，价格较为便宜，市场使用量大。但化学成分波动较大，淬透性范围较宽，在齿轮加工生产过程中易出现心部硬度控制难，热处理变形规律不易掌握。2 变速箱齿轮性能要求分析2.1 变速箱齿轮服役条件齿轮工作时，通过

8、齿面的接触来传递动力，其主要承受载荷在齿轮齿顶上，齿轮的齿根部受到弯曲应力的作用，其大小在500600MPa，其周期性变化的应力使牙齿疲劳断裂或脆性折断；而齿面在工作中受到较大脉冲式的接触应力及摩擦力作用（接触应力是由两个齿面的相互接触而产生的）的作用，最高应力达15002000MPa，而渗碳淬火硬度达到60HRC的许用接触应力和弯曲应力分别达1600MPa和500MPa。在传递动力的过程中既有滚动又有滑动，加上外来硬质点的磨损，因而会造成接触疲劳麻点及深层的块状剥落。另外，在换挡过程中齿轮端部受到大的冲击力，使齿端损坏。在卡车行驶过程中，还要受到变动的载荷扭矩和冲击作用。归纳起来，总共有三种

9、应力的作用，即弯曲应力、摩擦应力和接触应力4。2.2 齿轮的失效形式齿轮的主要失效形式为断齿、齿面磨损、疲劳断裂及齿面蚀坑等，一般表现为以下方面：（1）断齿：在工作过程中发生的脆性断裂，大多数情况下是由弯曲疲劳造成的。而过载断裂主要是冲击载荷过大造成的；（2）齿轮齿面磨损：齿面磨损是齿面相互摩擦的结果，是齿轮的主要失效形式，齿轮的磨损种类主要有氧化磨损、冷咬合磨损、热咬合磨损、磨粒磨损；（3）弯曲疲劳断裂：主要从根部发生，是齿轮咬合在根部受到最大振幅的脉动或交变的弯曲应力的作用，造成齿部的断裂；（4）齿面磨损断裂：齿轮在工作过程中，由于齿面上的接触应力超过了材料本身的疲劳极限强度，则会产生接触

10、疲劳断裂；（5）齿面接触疲劳破坏：在交变接触应力的作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的产生造成点状剥落，这也是齿轮失效的主要形式5。2.3 对重载齿轮的性能要求根据重载卡车变速箱齿轮的工作条件，应满足以下几个基本要求：（1）齿轮表面层要有足够的硬度和耐磨性，一般渗碳或碳氮共渗层深为（0.20.3）m（m为齿轮的模数），有效硬化层硬度为300450HV，齿面硬度为5663HRC4；（2）对于承受交变载荷和冲击的齿轮，齿轮基体要有足够的弯曲强度和韧性，一般心部硬度为3045HRC；（3）良好的工艺性能，易于切屑加工且热处理性能好6；（4）高的原材料质量，原材料材质要纯净，断面经侵蚀后，不得有肉眼可见的

11、空隙、气泡、裂纹、非金属杂质及白点等缺陷；（5）齿轮钢材价格低廉、来源充足。3 变速箱齿轮加工工艺流程重型卡车变速箱齿轮加工工艺流程如图1：剪切下料去应力退火预备热处理锻造最终热处理精加工图1 齿轮加工工艺流程图通常制作齿轮的毛坯材料要经过锻造，以消除钢中的碳化物偏析，有利于得到合格的金相组织和性能，确保齿轮在复杂载荷条件下所需的强度和冲击韧性。齿轮的预备热处理是指对成行的齿坯进行最常用的热处理，一般为正火或退火处理。正火或退火一般是安排在铸造或锻造之后，即精加工前进行，目的是获得良好的切削加工性、消除齿轮钢件锻造时产生的残余应力、细化晶粒和改善组织等，减小淬火时变形和开裂的倾向。去应力退火是