齒輪軸齒輪軸分類

齒輪軸主要承受交變載荷，沖擊載荷，剪切應力和接觸應力大。軸部易產生裂紋，齒部易磨損。因此對齒輪軸的心部要求有一定的強度和韌性，有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力。表面還應具有一定的硬度和耐磨性。

根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。

根據軸的承載情況，又可分為：

①轉軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。

②心軸，用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，如支承滑輪的軸等。

③傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。

在設計中，齒輪軸的運用一般無外乎一下幾種情況：

1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數(shù)少的齒輪）

2、齒輪軸一般是在高速級（也就是低扭矩級）

3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運行的齒輪，一是因為處在高速級，其高速度是不適進行滑移變速的。

4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設計時，還是要盡量縮短軸的長度，太長了一是不利于上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）

材料要有很好的力學性能，常采用42CrMo鋼經正火，調質，感應加熱淬火加低溫回火已達到所要求的性能。42CrMo鋼屬于超高強度鋼，具有高強度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調質處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具。42CrMo為中碳合金鋼，預備熱處理是正火，主要目的是為了獲得一定的硬度，便于鋼坯的切削加工，為調質做好組織準備。調質的目的是為了提高軋機齒輪軸的綜合力學性能。中頻感應加熱表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的強度及較高的塑性、韌性。

42CrMo是合金鋼 ,用于條件苛刻的軸類及結構件

42CrMo鋼中含有的合金元素Cr，Mo。其中鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用?？商岣吒咛间摰挠捕群湍湍バ远皇逛撟兇?；含量超過12%時。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質腐蝕的作用。還增加鋼的熱強性，鉻為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。鉻在調質結構鋼中的主要作用是提高淬透性。使鋼經淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。而鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性。防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質中的抗蝕性，在調質鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低）殘余應力，提高塑性。所以在生產中常常選用42CrMo作為軋機齒輪軸的材料。其綜合力學性能優(yōu)良符合質量要求。

通過對42CrMo鋼熱處理工藝和合金元素作用的分析，明確在執(zhí)行熱處理工藝過程中所需要注意的問題。能夠正確確定加熱溫度、時間，保溫時間，冷卻方式，其目的就是通過正確的熱處理工藝，達到所需要的性能，保證質量。

齒輪軸的加工工藝（以45號鋼為例）：一、毛坯下料二、粗車三、調質處理（提高齒輪軸的韌性和軸的剛度）四、精車齒坯至尺寸五、若軸上有鍵槽時，可先加工鍵槽等六、滾齒七、齒面中頻淬火（小齒輪用高頻淬火），淬火硬度HRC48-58（具體硬度值需要依據工況、載荷等因素而定）八、磨齒九、成品的最終檢驗

正火是將鋼件加熱到上臨界點(AC3或Acm)以上40~60℃或更高的溫度，保溫達到完全奧氏體化后，在空氣中冷卻的簡便、經濟的熱處理工藝，其目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化。

正火后的組織：亞共析鋼為F+S，共析鋼為S，過共析鋼為S+二次滲碳體，且為不連續(xù)。

（1）．正火加熱溫度

通常對于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為Ac3以上30～50℃,而對于中碳合金鋼的正火溫度正火溫度通常為Ac3以上50～100℃，保溫一定時間后取出噴霧冷卻這種冷卻方式稱為高溫正火。由鐵碳合金相圖如圖6可知42CrMo的加熱溫度范

（2）．正火加熱保溫時間

保溫時間,這個問題比較復雜,一般由試驗確定,但也有個經驗公式:t = αKD t—保溫時間(min) α—加熱系數(shù)(min/mm) K—工件加熱是的修正系數(shù) D—工件的有效厚度(mm)

工件有效厚度的計算原則是:薄板工件的厚度即為其有效厚度;長的圓棒料直徑為其有效厚度;正方體工件的邊長為其有效厚度;長方體工件的高和寬小者為其有效厚度;帶錐度的圓柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L為工件的長度)處的直徑;帶有通孔的工件,其壁厚為有效厚度. 一般情況下，碳鋼可以按工件有效厚度每25毫米為一小時來計算，合金鋼可以按工件的有效厚度每20毫米一小時來計算保溫時間，加熱時間應為2～3小時左右。

（3）．正火的目的

正火的主要目的是消除鍛造缺陷，使其成分均勻,硬度和韌性好，并改善材料的切削性,也為調質做好了組織準備。

正火主要用于鋼鐵工件。一般鋼鐵正火與退火相似，但冷卻速度稍大，組織較細。有些臨界冷卻速度（見淬火）很小的鋼，在空氣中冷卻就可以使奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，這種處理不屬于正火性質，而稱為空冷淬火。與此相反，一些用臨界冷卻速度較大的鋼制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到馬氏體，淬火的效果接近正火。鋼正火后的硬度比退火高。正火時不必像退火那樣使工件隨爐冷卻，占用爐子時間短，生產效率高，所以在生產中一般盡可能用正火代替退火。對于含碳量低于0.25%的低碳鋼，正火后達到的硬度適中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火為切削加工作準備。對含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼，正火后也可以滿足切削加工的要求。對于用這類鋼制作的輕載荷零件，正火還可以作為最終熱處理。高碳工具鋼和軸承鋼正火是為了消除組織中的網狀碳化物，為球化退火作組織準備。

42CrMo的工藝流程中的正火的主要用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。一般均安排在毛坯生產之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。正火的目的是為了細化晶粒、改善組織，提高切削加工性能，為淬火和最終熱處理做好準備。

圍為850～900℃。加熱溫度過低先共析鐵素體未能全部溶解而達不到細化晶粒的作用，加熱溫度過高會造成晶粒粗化惡化鋼的力學性能，所以我們可以選著870℃。

調質處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調質處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。調質處理后得到回火索氏體?；鼗鹚魇象w(tempered sorbite)是馬氏體于回火時形成的，在在光學金相顯微鏡下放大500~600倍以上才能分辨出來，其為鐵素體基體內分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物。常溫下是一種平衡組織。 ?

時效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時，這種為穩(wěn)定精密制件質量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 ?

調質鋼有碳素調質鋼和合金調質鋼二大類，不管是碳鋼還是合金鋼，其含碳量控制比較嚴格。如果含碳量過高，調質后工件的強度雖高，但韌性不夠，如含碳量過低，韌性提高而強度不足。為使調質件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。 ?

調質淬火時，要求工件整個截面淬透，使工件得到以細針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。通過高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織。小型工廠不可能每爐搞金相分析，一般只作硬度測試，這就是說，淬火后的硬度必須達到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖要求來檢查。

1）．淬火溫度的選擇。

42CrMo鋼，含碳量為0.42%，屬于亞共析鋼，含碳量為0.42%鋼的Ac3為800℃，由亞共析鋼淬火溫度要求T=Ac3+30~50（℃）可得，淬火溫度T=830~850（℃），我們可以設定在840℃。

熱處理類型 正火 熱處理硬度 約220HBS

加熱溫度℃ 870℃ 加熱速度 約300℃/h

保溫時間 1h 冷卻速度 約20℃/s

2）．淬火保溫時間的確定。

根據有效長度Φ/2=80/2=40mm，可查知，保溫時間要大于56min，為保證獲得理想組織可選1h。

3）．確定淬火介質。

根據零件使用要求，根據圖7可知要求淬火后心部硬度大于HRC23時，至水冷端距離小于33mm方可達到要求，在圖8中可查出之水冷端距離小于33mm的油中淬火約最大直徑為87mm，符合要求（42CrMo鋼的淬透性高，所以應盡量選擇油淬，可增加奧氏體的穩(wěn)定性）。

4）．確定回火溫度。

不同含碳量與回火溫度的曲線中（《鋼的熱處理》胡光立、謝希文 西北工業(yè)大學出版社。）查出含碳量為0.4~0.5%的曲線帶，再在縱坐標上查出HRC=35~40，取中值36其曲線帶相交的點即為加熱溫度，大約為480℃

5）．確定回火保溫時間。

由于回火保溫時間為480℃，根據經驗公式可知回火保溫時間大約為1~1.5h。 回火后空冷即可。

6）．調質的目的。

調質使工件具有優(yōu)良的綜合力學性能，即高強度和高韌性的適當配合，還可提高一定的耐磨性，以保證零件長期順利工作。

感應淬火即感應加熱就是利用電磁感應在工件內產生渦流而將工件進行加熱。中頻,頻率1000HZ用于容煉，高頻,用于金屬表面淬火，退火，中頻2.5KCHZ用于內部組織調質,熱烘裝,等。

感應加熱淬火加熱速度快，淬火質量好，較一般淬火硬度高，得到極細馬氏體，且淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機械化和自動化。

感應加熱淬火的原理是：電磁感應產生同頻率的感應電流即渦流。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，心部幾乎等于零，而表面電流密度極大，稱為“集膚效應”，頻率愈高，電流密度極大的表面層愈薄。依靠這種電流和工件本身的電阻，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近室溫，然后立即噴水冷卻，使工件表面淬硬。

齒輪軸的工作能力一般取決于強度和剛度，齒輪軸經過淬火，使齒輪軸的剛度強度都提高了，從而更加耐用，質量更高。常用齒輪軸淬火設備有以下幾種：

超音頻淬火設備

高頻淬火設備

中頻淬火設備

淬火機床

淬火已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。因此感應淬火設備的發(fā)展也是日益壯大。選用好的淬火設備，能使工作事半功倍。

它有整體式和分體式兩種。為保證行星齒輪和行星齒輪軸之間有良好的潤滑，故在其軸頸上銑有平面供潤滑用。