信息发布

精密齿轮的材料 每种材料都有其较佳的机械性能

引言:在设计和制造齿轮时,所使用的材料将取决于所制造齿轮的类型以及如何以及在何处使用它。齿轮的材料分别是铜合金、铁合金、工具钢合金和铝合金等材质。本文主要介绍齿轮的材料及其特质适合加工哪些齿轮。

通常,在设计单个齿轮或齿轮系时,材料的选择将是齿轮几何形状所依据的主要因素,或者齿轮的性能将决定正确的材料选择。齿轮构造中通常使用各种原材料,每种材料都有其较佳的机械性能,这是其较佳选择。材料的主要类别是铜合金、铁合金、工具钢合金和铝合金等材质。

齿轮的主要类别包括:马刺、斜齿、斜角、准双曲面等等。不同类型的齿轮有很多复杂之处。实际上,齿轮类型的选择不是一个容易的过程。它取决于许多考虑因素。影响因素包括物理空间和轴的布置,齿轮比,负载,精度和其材料的选取。

 

铜合金

在设计要经受腐蚀性环境或需要非磁性的齿轮时,铜合金通常是不错的选择。齿轮传动中使用的三种常见的铜合金是黄铜,磷青铜和铝青铜。黄铜是铜和锌的合金。锌的含量在不同的黄铜合金中会有所不同,并且锌的存在会改变合金的延展性。

较低的锌含量可在黄铜合金中保持较高的延展性,而较高的锌浓度则会降低合金的延展性。黄铜合金的铜基有助于其易于加工和具有抗菌作用。通常由黄铜合金制成的齿轮是正齿轮和齿条,它们将用于低负载环境中,例如仪表驱动系统。

铝青铜是齿轮传动中发现的第三种铜合金。这种合金将铜与铝,铁,镍和锰结合在一起。铝青铜合金具有比磷青铜合金更高的耐磨性,并且还具有优异的耐腐蚀性。铁的添加改善了该合金的耐磨性。镍和锰增加了其耐腐蚀性。铝青铜合金可以抵抗由于氧化,暴露于盐水和暴露于有机酸引起的腐蚀。这些合金的额外耐磨性使得齿轮的设计比磷青铜合金制成的类似尺寸的齿轮能够承受更大的负载。由铝青铜合金制成的典型齿轮包括交叉轴斜齿轮(螺杆齿轮)和蜗轮。

图片.png

 

铁合金

当齿轮设计需要卓越的材料强度时,铁合金是不错的选择。原始铁可以铸成灰铸铁并加工成齿轮。通常,铸铁用于磷青铜是合适替代品的应用中,但该应用不受材料磁场的限制。钢是铁,碳和其他微量元素的合金。钢合金有四个主要名称。这些是碳素钢,合金钢,不锈钢和工具钢。碳钢合金几乎可以用于所有类型的齿轮传动装置,因为它们易于加工,具有良好的耐磨性,可以进行硬化,可以广泛使用并且相对便宜。这些钢是正齿轮、斜齿轮、齿条、锥齿轮和蜗杆的理想选择。

碳钢可以进行感应淬火或激光淬火,其硬度可达致HRc55。合金钢(如AISI 4140)包含其他元素,如铝,铬,铜等。这些其他元素与铁和碳形成合金后,会产生比普通碳钢更坚固,更易于加工且具有更高耐腐蚀性的钢。这些合金通常用于制造正齿轮,斜齿轮,齿条,螺旋锥齿轮和蜗杆。

对于齿轮传动,通常使用303不锈钢。在303合金中,铬含量降低到17%,而1%的合金是硫。由于添加了硫,与304合金相比,303合金的切削性得到了改善。当需要提高耐腐蚀性时,316合金是更好的选择。该合金含有16%的铬,10%的镍和2%的钼;316和303合金用于正齿轮,斜齿轮和锥齿轮。齿条通常由304合金制成。440C是常见的铁素体不锈钢,而17-4PH是常见的沉淀硬化不锈钢。

 

工具钢合金

第四组合金是工具钢。这些是具有痕量钴,钼,钨和钒的钢合金。这些元素增加了钢的耐热性和耐用性。

图片.png

 

铝合金

在需要高强度重量比的应用中,铝合金是铁合金的良好替代品。铝合金通常是相同尺寸的钢合金重量的三分之一。一种称为钝化的表面处理可以保护铝合金免受氧化和腐蚀。这类似于钢铁合金上的锈蚀。但是,它可以覆盖表面,防止进一步损坏。

铝合金不能在高温环境下使用,因为它们会在400°F下开始变形。齿轮传动中常用的铝合金是2024、6061和7075。2024铝合金是铝青铜的表亲,因为它也是铝和铜的合金。6061铝是铝,硅和镁的合金。它是一种中等强度的铝合金,具有良好的耐腐蚀性并且可焊接。所有这两种铝合金都可以进行热处理以提高其硬度。铝合金制成的齿轮包括正齿轮,斜齿轮。