机械设计基础模块三 齿轮传动的设计计算(2).ppt

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1、模块三齿轮传动的设计计算,任务3-1 认识齿轮传动任务3-2 安排钢的热处理工序任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料任务3-4 设计齿轮传动任务3-5 齿轮系传动比的计算,任务3-1 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。图3-1所示是一级直齿圆柱齿轮减速器，图3-2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使用的齿轮传动。3.1 齿轮传动的认识一、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：(1)直齿圆柱齿轮传动，如图3-3(a)、(b)、(c)所示。,下-页

2、返回,任务3-1 认识齿轮传动,(2)斜齿圆柱齿轮传动，如图3-3(d)所示。(3)人字齿圆柱齿轮传动，如图3-3(e)所示。2两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3-3(f)、(g)所示。(2)交错斜齿轮传动。两齿轮的轴线相互交错，如图3-3(h)所示。(3)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。二、对齿轮传动的基本要求,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,1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，以免发生震动、冲击和噪声。2承载能力强即要求齿轮在传动过程中有足够的强度、刚度，能传递较大的动

3、力，并在使用寿命内不发生断齿、点蚀和过度磨损等现象。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。,上-页 下-页 返回,任务3-1 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。3.2 齿廓啮合基本定律图3-4为一对相啮合的齿轮它们在K处的线速度分别为VK1、VK2。VK1和VK2在法线nn上的分速度应相等，否则两齿廓将会压坏或分离。即,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,上式说明互

4、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。3.3渐开线齿廓 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：(1)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3-1 认识齿轮传动,(2)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。(4)渐开线的形状取决于基圆的大小。二、渐开线齿廓啮合特点

5、 1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K接触（如图3-7），过K点作两齿廓的公法线，由渐开线的性质(2)知，此公法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,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,2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，过接触点的齿廓公法线都是同一条直线两轮基圆的公切线。这说明，在啮合过程中两齿廓的啮合点都在直线N1N2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。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，这是渐开线齿轮传动的

6、一大优点。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,3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一、齿轮各部分的名称,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,如图3-8所示为一标准直齿圆柱齿轮的一部分，其各部分名称如下：(1)轮齿和齿槽。齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分，均称为轮齿。(2)齿顶圆。过齿轮所有

7、齿顶端的圆称为齿顶圆(3)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(4)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(5)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,上-页 下-页 返回,任务3-1 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。(7)分度圆。在齿顶圆和齿根圆之间，规定一直径为d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，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，其径

8、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齿高(11)齿宽。轮齿的轴向宽度称为齿宽。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,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(2)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d。由此得因此，可得分度圆直径,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,模数出是齿轮尺寸计算中重要的参数。显然，模数出越大，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。齿轮的模数在我国已经标准化，表3-1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。(3)压力角。根

9、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上的压力角,上-页 下-页 返回,任务3-1 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准值，且其分度圆上的齿厚等于齿槽宽（即s=e）的齿轮。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表3-2。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,3.5 渐开线齿轮的啮合传动一、渐开线齿

10、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3-9所示的齿轮传动中，设轮1、2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，接触点为从动轮2的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B，如图3-9(a)所示，称为啮合起始点。随着两轮的传动，啮合点从B，沿啮合线N1N2移动，即从轮齿的顶部向齿根部移动如图3-9(b)所示。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如图3-9(c)所示。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,二、直齿圆柱齿轮的正确啮合条件由渐开线的性质可知，两轮要正确啮合，则必须满足 由于齿轮的模数和压力角都已标准化，所以

11、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：两轮的模数和压力角应分别相等。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,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。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。,上-页 下-页 返回,任务3-1 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，

12、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。标准中心距为3.6渐开线齿轮的切齿原理一、渐开线齿轮的加工方法,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,1.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。用展成法加

13、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。,上-页 下-页 返回,任务3-1 认识齿轮传动,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去一部分的现象称为根切（见图3-17）。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。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N1时，就会产生根切。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，称为变位齿轮。刀具中线相

14、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3-2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齿轮。如图3-19(d)所示。3.7钢在加热、冷却时的组织转变一、热处理概念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。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1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，冷却后产物组织的晶粒也细小，力学性能高。,下-页 返回,

15、任务3-2安排钢的热处理工序,2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。3.8钢的退火与正火一、钢的退火（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，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑性，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、开裂。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,（二）常用的退火方法1.完全退火与等温退火完全退火是把钢加热到Ac3以上3050，保温一定时间，缓

16、慢冷却，获得接近平衡组织的工艺方法。2球化退火球化退火是将钢加热到Ac1以上2030，充分保温后，随炉缓冷的工艺方法。3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，并长时间保温后缓慢冷却的工艺方法。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,4去应力退火去应力退火是将钢加热到A,以下某一温度，保温一定时间，然后随炉冷却。二、钢的正火（一）正火的概念和目的将钢加热到Ac3以上30 50，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，区别是正火冷却速度稍快，得到的组织细小。（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。,上-页

17、 下-页 返回,任务3-2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热处理。(3)用于比较重要的低、中碳结构钢零件（或工件）的预先热处理。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160 230 HBS范围内的钢材，其切削加工性能较好。正火后，硬度调整在160 230 HBS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160230 HBS范围内。(2)从使用性能考虑：对于亚共析钢来说，正火处理比退火具有较好的机械性能。,上-页 下-页 返回,任务3-2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

18、，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图3-24所示。3.9钢的淬火淬火是将钢加热到Ac3或Ac1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。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，亚共析碳钢的淬火温度为Ac3以上3050；共析钢和过共析钢的淬火温度为Ac1以上3050。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,二、淬火冷却介质常用的冷却介质包括油、水、盐水和碱水等，它们的冷却能力依次增加。三、常用的淬火方法1单液淬火法将钢件奥氏体化

19、后，在单一淬火介质中冷却到室温的处理，称为单液淬火。2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3-2安排钢的热处理工序,3马氏体分级淬火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，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。4贝氏体等温淬火钢件奥氏体化后，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。3.10钢的回火一、回火的目的回火的目的是减小和消除淬火时产生的应

20、力和脆性，防止工,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,件的变形与开裂；稳定组织，稳定尺寸；获得工件所要求的使用性能。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，塑性和韧性上升。例如，40钢回火温度与其力学性能如图3-26所示。三、钢常用的回火方法1低温回火(250)回火后组织为回火马氏体。其目的是减小淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度(5864 HRC)和耐磨性。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,2中温回火(250500)回火后组织为回火托氏体。其目的是获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。3高温回火(500)钢件淬火并高温回火

21、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2535 HRC。3.11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。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,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的热处理工艺。1.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(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应圈内，感应圈中通入一定频率

22、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（涡流）。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,(2)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200300 kHz，淬硬层深度一般为12 出出，主要用于中小模数齿轮、小型轴等的表面淬火。中频感应加热表面淬火。常用频率为2 5008 000 Hz，淬硬层深度一般为210 出出，主要用于要求淬硬层较深的零件。工频感应加热表面淬火。所用频率50 Hz为工业用电频率，其淬硬层深度一般为1020 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。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热

23、处理工序,(3)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，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。二、化学热处理1.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。2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。,上-页 下-页 返回,任务3-2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 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

24、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）上，一般仅需注明材料、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30 40个单位，如调质220 250 HBS；洛氏硬度范围在5个单位左右，如淬火回火5055 HRC。,上-页 下-页 返回,任务3-2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件加以扼要的说明，也可用国家标准规定

25、的热处理工艺代号标注。二、热处理工序位置的安排 1预备热处理的工序位置(1)退火和正火的工序位置。退火和正火通常作为预先热处理而安排在毛坯生产之后，切削加工之前。(2)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3-2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，精加工或半精加工之前。2最终热处理的工序位置(1)淬火、回火的工序位置。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。感应加热表面淬火的加工工艺路线一般为：下料一锻造

26、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一感应表面淬火、低温回火一磨削。,上-页 下-页 返回,任务3-2安排钢的热处理工序,(2)化学热处理的工序位置。渗碳的加工工艺路线一般为：下料一锻造一正火一机械粗加工一半精加工一渗碳一磨削。渗氮的加工.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、研磨或抛光。任务实施任务内容：图3-27所示为车床主轴，该轴选用45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220 250 HBS，内锥孔和外锥体硬度为4550 HRC，花键部分硬度为4853 HRC；分析并安排其热处理工序。,上-页 返回

27、,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,3.13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。一、合金钢的分类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1合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号采用“两位数字+元素符号+数字”表示。,下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,2合金工具钢的牌号 合金工具钢的牌号采用“一位数字+元素符号+数字”表示。3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2Cr13表示其含碳

28、量为0.20%，平均含铬量为13%。三、常用合金钢的牌号、力学性能和用途（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1.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0.20%以下，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3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,2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Y12、Y12Pb、Y40出n等。3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致密的保护膜，提高钢的耐大气腐蚀性能，主要用于铁道车

29、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。（二）合金结构钢 1合金渗碳钢,上-页 下-页 返回,任务3-3 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。2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，要求有良好的综合力学性能。热处理工艺是调质。40Cr钢是最常用的合金调质钢，其强度比40钢提高了20%，主要用于制造齿轮、花键轴、连杆、主轴等零件。常用合金调质钢见表3-9。3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、疲劳强度、足够的塑性和韧

30、性。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,(1)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。(2)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，可进行淬火和中温回火。4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。常用滚动轴承钢见表3-11。（三）合金工具钢 1.合金刃具钢,上-页 下-页 返回,任务3-3 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制造的。(1)低合金刃具钢。低合金刃具钢是在

31、碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。常用合金刃具钢见表3-12。(2)高速工具钢（高速钢）。高速钢是含有较多合金元素的工具钢，它具有高的热硬性，切削温庋高达600时，仍保持刃口锋利，又称锋钢。2合金模具钢(1)冷作模具钢。,上-页 下-页 返回,任务3-3 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、性能及用途见表3-13。(2)热作模具钢。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表3-14。(3)塑料模具钢。塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢

32、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、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。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,（四）特殊性能钢 1不锈耐蚀钢(1)铁素体不锈耐蚀钢。这类钢的含碳量小于0.12%，含铬量16%18%。(2)马氏体不锈耐蚀钢。这类钢的含碳量0.10%0.40%，随含碳量增加，钢的强度、硬度和耐磨性提高，但耐蚀性下降。(3)奥氏体不锈耐蚀钢。也称为18-8型不锈钢。此钢有好的耐蚀性、耐热性、较高的塑性和韧性，无磁性。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材

33、料,2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15Cr出o钢、12Cr出oV钢、25 Cr2出oVA钢、35Cr出oV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。奥氏体型耐热钢的常用牌号有lCr18Ni9工i钢和4Cr14Ni14W2出o钢。铁素体型耐热钢的常用牌号有lCr17钢等，lCr17钢可长期在580 650使用。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,3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，主要用于制作受强烈冲击、巨大压力、并要求耐磨的零件，

34、如坦克及拖拉机履带、破碎机颚板、铁路道岔、挖掘机铲齿、保险箱钢板、防弹板等。3.14铸 铁铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业常用的铸铁，含碳量一般在2.5%4.0%的范围内，此外还有硅、锰、硫、磷等元素。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。,上-页 下-页 返回,任务3-3 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，少部分以石墨形式存在，断口呈现灰白色。一、灰铸铁1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

35、能、减振性、减摩性、切削加工性能和低的缺口敏感性。2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3-3 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化的基体。3灰铸铁的牌号及用途灰铸铁的牌号是由“HT”（“灰铁”二字汉语拼音字首）和其后一组数字组成，数字表示430 出出试棒的最小抗拉强度值(出Pa)。二、可锻铸铁1性能可锻铸铁的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,2可

36、锻铸铁的牌号和用途牌号中“K工”是“可铁”二字的汉语拼音字首，后面的“H”表示“黑心”、“Z”表示“珠光体”基体，两组数字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，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。可锻铸铁的牌号、性能及用途见表3-20。三、球墨铸铁 1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，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3-3 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由“Q工”（“球铁”二字汉语拼音字首）和其后的两组数字组

37、成，两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。四、蠕墨铸铁1性能蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其强度接近于球墨铸铁，并具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，切削加工性能和球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,2蠕墨铸铁的牌号及用途 蠕墨铸铁的牌号用“Ru工”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、强度高，承受较大热循环载荷的铸件.3.15 有色金属及合金一、铝及铝合金（一）工业纯铝工业中使用的纯铝是银白色的轻金属，熔点为660，密度为2.7。纯铝的导电性

38、、导热性好，仅次于金、银和铜，室温下，纯铝的电导率约为铜的64%。,上-页 下-页 返回,任务3-3 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GB/工 8063-1994规定，铸造纯铝牌号由“铸”的汉语拼音字首“Z”和铝的元素符号“Al”及表示铝含量的数字组成根据GB/工 16474-1996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1表示牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量100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A，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、器皿及配制合金等。（二）铝合金,上-页

39、下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,1.形变铝合金(1)不能热处理强化的铝合金。这类合金主要指Al-出n系、Al-出g系合金，其特点是有很好的耐蚀性，故常称为防锈铝合金。(2)能热处理强化的铝合金。硬铝合金。这类铝合金是Al-Cu-出g系合金，加入铜和镁的目的是使之形成强化相。LY1称铆钉硬铝，有较高剪切强度，塑性好，主要用于制作铆钉。超硬铝合金。这类铝合金是Al-Cu-出g-Zn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。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,锻铝合金。这类铝合金大多是Al-Cu-mg-Si系合金。其力学性能

40、与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，适于锻造，故称锻铝。根据GB/T16474-1996变形铝及铝合金牌号表示方法和GB/T 3190-1996变形铝及铝合金化学成分的规定，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Al-Si系、Al-Cu系、Al-mg系和Al-Zn系四类。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,铝硅合金。Al-Si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）铝铜合金。这类合

41、金的4%14%。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。铝镁合金。这类合金密度小(2.55 g/cm3)、耐蚀性好、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后强度较高，价格便宜，但耐蚀性、耐热性差。二、铜及铜合金（一）工业纯铜工业纯铜又称紫铜，密度为8.9 g/cm3，熔点为1 083。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3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,强度较低（u6=230 250 mPa），硬度很低(3040 HBS)，不能热处理强化，只能通过冷变形强化，但塑性降低。

42、（二）铜合金 1.黄铜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。加入锌可提高合金的强度、硬度和塑性，还可改善铸造性能。当黄铜wzn7%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）。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,常用单相黄铜H70、H68，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、冷凝器、造纸用管、散热器外壳等 铸造黄铜的牌号依次由Z（“铸”字汉语拼音字首）、铜、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

43、、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牌号依次由H（“黄”字汉语拼音字首）、主加合金元素符号、铜平均含量的百分数、合金元素平均含量的百分数组成。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,2白铜(1)普通白铜。通常含镍量小于50%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、锰等元素而组成的合金。3青铜除黄铜和白铜以外的其他铜合金称为青铜，其中含锡元素的称为锡青铜，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

44、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。(1)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3-3 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和黄铜高，无磁性、无冷脆现象，但对酸类和氨水的抗蚀性差。(2)铝青铜。以铝为主要添加元素的铜合金称为铝青铜。一般WAl=8.5%11%。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WB=1.7%2.5%。铍青铜经固溶热处理和时效后

45、具有高的强度、硬度和弹性极限。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,3.16非金属材料 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(1)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。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,(2)按塑料应用范

46、围分类。通用塑料。通用塑料是指产量大（占总产量的75%以上）、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、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，绝缘性好以及成形工艺简单。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,二、橡胶1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。2常用橡胶及其用途橡胶有天然橡胶和合

47、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。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。,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,三、胶粘剂1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可分为天然的和合成的两大类。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,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材

48、料,五、复合材料1.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。2复合材料的分类和应用(1)纤维增强复合材料。(2)层叠复合材料。(3)细粒复合材料。任务实施任务内容：,上-页 下-页 返回,任务3-3 识别合金钢、铸铁及其他材料,如图3-33所示国家体育场，是2008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，由我国自主创新研制的4.2万吨Q460钢的一根根“钢筋铁骨”巧妙安排，构成了孕育生命的“鸟巢”。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，新颖并具有震撼力。试分析鸟巢的结构为何采用Q460钢而不采用Q275钢。,上-页 返

49、回,任务3-4设计齿轮传动,3.17 齿轮的失效形式、常用材料及结构 一、齿轮的失效形式 1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，而且有应力集中，故轮齿折断常发生在齿根部分。2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、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。,下-页 返回,任务3-4设计齿轮传动,3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化而相互粘连

50、4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。,上-页 下-页 返回,任务3-4设计齿轮传动,5塑性变形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；还应具有良好的加工工艺性。三、齿轮结构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3-4设计齿轮传动,3.1