没有特殊情况的话,按典型的组合情况设定或作为终选方案,即太阳轮与行星轮渗碳淬火、磨齿、齿面硬度58~62HRC,有效硬化层深度按0.2m n 取,齿轮精度不低于6级;内齿圈调质处理,插齿加工,硬度为262~293HBW,对于42CrMo为255~285HBW,调质处理后的金相组织为回火索氏体。
1)接触、弯曲疲劳极限值(属较高水平情况,供参考)
太阳轮 σ Hlim =1500MPa, σ Flim =420MPa
行星轮 σ Hlim =1500MPa, σ Flim =295MPa(为太阳轮的0.7偌)
内齿圈 σ Hlim =800MPa, σ Flim =300MPa(双行运向适当减小)
2)强度数据一般取值(普通水平情况)
太阳轮 σ Hlim =1350~1400MPa, σ Flim =370~400MPa
行星轮 σ Hlim =1350~1400MPa, σ Flim =260~280MPa(为太阳轮的0.7偌)
内齿圈 σ Hlim =680~720MPa, σ Flim =250~270MPa
对于试验齿轮极限应力的选用,请参阅GB3480。下述经验取值仅供设计者参考。
(1)渗碳淬火齿轮
① 低淬透性钢,如淬透性不高于20Cr的钢种,淬透性稍有不足,中等淬透性的钢,制造偏大截面的齿轮,最终齿面硬度偏低,只有55HRC左右的情况:
σ Hlim =1100~1200MPa
σ Flim =280~300MPa
② 淬透性充足,热处理组织优良,如20CrMnTi、20CrNi2Mo、17Cr2Ni2Mo、17CrNiMo6分别用于截面不大于200、400、1000的齿轮时,具有较稳定工艺质量的情况:
σ Hlim =1300~1450MPa
σ Flim =320~400MPa
上述数值范围中限以上取值一般只用于含镍钢。
③ 淬透性优良,经过精炼的镍铬钢、铬镍钼钢制造,具有较为严格的质量控制措施,齿面硬度一般在58HRC以上,具有合理的硬化层深度,约介于(1/8~1/4)m n 之间的情况:
σ Hlim =1450~1550MPa
σ Flim =400~450MPa
④ 严格控制冶金及热处理质量,采用电渣重熔或类似的精炼方法冶炼的高镍钢,有害元素硫含量(质量分数)小于0.015%,合金元素中镍含量(质量分数)一般大于3%,优异的材料组织结构,有极为严密的质量保证措施,齿面硬度在58HRC以上、具有最佳的硬化层深度及理想硬度梯度的高品质齿轮:
σ Hlim =1600~1650MPa
σ Flim =480~520MPa
(2)调质齿轮
对满足淬透性要求的各种优质合金钢制造的齿轮,具有适当的质量控制措施时,一般可按下述方法选取:
σ Hlim =2(HBW+80)K qH
σ Flim =0.6(HBW+166)K qF
式中 HBW——齿面的最低布氏硬度值;
K qH 、 K qF ——质量修正系数, K qH ≈ K qF =0.9~1.1,可参考渗碳齿轮所列举的情况酌情选择,可以认为中等质量状况时修正系数为1。
(3)氮化齿轮
42CrMo、40CrNiMo、40CrMnMo等材质调质处理后表淬处理,调质硬度在220HBW以上,表面硬度在46~55HRC之间,齿廓全部淬硬、硬化层深度合理,中等质量状况时:
σ Hlim =1000~1100MPa
σ Flim =270~300MPa
当齿根部位未淬硬时,只能达到上述值的2/3左右,低于相同调质硬度齿轮的水平。
行星齿轮传动装置常用齿轮材料的热处理硬度规范:
(1)渗碳钢
渗碳齿轮材料通常采用多元素合金钢,“渗碳、淬火+低温(200℃左右)回火”处理后,正常情况下的表面硬度一般均在56~62HRC之间,心部硬度因材料牌号和截面尺寸的不同而有所不同,会在200~400HBW范围内变化。对常用的各种材料,通常在±10℃的回火温度误差范围内,一般可以得到约±2HRC的表面硬度控制区域,更严格的硬度公差控制需要有试样分析、检验、调整等措施配套。最低表面硬度的控制可以通过调整具体的回火温度来实现,但是心部的硬度也会随之变化。
下列心部硬度数据供参考(心部硬度对应于直径为30mm的试棒)。
20CrMo≧217HBW
20CrMnTi≧288HBW
20CrMnMo≧317HBW
20CrNi2Mo、17Cr2Ni2Mo≧317HBW
12CrNi3≧245HBW
20Cr2Ni4≧346HBW
18Cr2Ni4W≧332HBW
(2)调质钢
调质件的回火温度一般不低于520℃,以免内部残余应力过大。因此调质处理的硬度也不应要求过高。通常硬度要求最高不应超过321~363HBW这一挡次。常用调质钢用于齿轮的最高调质硬度与对应的参考回火温度如下:
40Cr、35CrMo 262~302HBW,560℃(相应的回火温度)
42CrMo、40CrMnMo 262~302HBW,600℃;特殊情况293~341HBW,520℃
40CrNi2Mo 293~341HBW,520℃
30Cr2Ni2Mo 321~363HBW,520℃
选用硬度时,应考虑其他因素的制约,如淬透性等。