平面二次包络环面蜗杆副材质选取及处理工艺

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平面二次包络环面蜗杆副材质选取及处理工艺
3.1.1蜗杆材料
  平面包络环面蜗杆因其承载能力大,并且齿面允许磨削,一般采用:
  ①渗碳淬火钢渗碳的目的在于保持工件心部高韧性的条件下,得到具有高硬度的表层。渗碳后必须进行淬火和低温回火处理,工件才能达到所要求的力学性能。渗碳淬火后材料的表面硬度约为HRC56~62。常用牌号有:12Cr2Ni4、6CrMn、16MnCr5(德国)、18Cr2Ni4W、20Cr、20CrMn、20CrV、20CrMnTi、12CrNi3A、20Cr2Ni4A等。
    ②氮化钢氮化可以提高材料的硬度、耐磨性和疲劳强度。在氮化前应进行调质处理以保证工件芯部的机械性能,在氮化后不需要再进行其他方式的热处理。含A1、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的氮化钢,氮化后昀表面硬度可达HVIOOO(约
HRC70)~1200[18]。目前最好的氮化钢是38CrMoA1,大量的生产实践证明,根据需要,也可以选用40Cr、40CrNi、35CrMo、34CrM04等。
3.1.2蜗轮齿圈
    蜗轮齿圈的常用材料是铸造青铜,通常还要添加一些合金元素,以改良其性能,根据所加入的合金元素的种类和含量的不同,可将铸造青铜细分为锡青铜、锡锌青铜、锡镍青铜、铝铁青铜及铝铁镍青铜等;有些场合,也选用铸铁来制作蜗轮齿圈,主要有灰铸铁和球墨铸铁。国内常用蜗轮材料列于表3.2。
    下面列举几种国际上知名的蜗轮传动的常用蜗轮材料。ANSI/AGMA6135-A02规定了直廓环面蜗杆传动蜗轮材料一般选用冷模或离心铸的铜合金:含10-12%的锡,0-2%镍。CONE DRIVE系列直廓环面蜗轮就采用这种特殊锡青铜f冷模或离心铸),仃6达3IOMPa;德国FLENDER公司“CAVEX”系列圆环面包络圆柱蜗杆传动,采用GZ-CuSn12(离心铸)做蜗轮,a6=280MPa(加入镍后,GZ-CuSn12Ni的抗拉强度达到300 MPa);日本植田公司生产的“PLANA WORM”泵列平面一次包络环面蜗杆传动采用铝青铜ABB2和ALBC3做蜗轮等。
3.1.3蜗杆副材料的选择
    ①蜗杆材料的选择
蜗杆材料一般是根据应用场合的不同进行选择的。高速重载的场合一般选用氮化钢或20Cr、18CrMnTi等渗碳钢。
    选材时,还应该考虑合金元素的影响。例如:对心部强度要求较高时,可选用含碳量较高的钢;铬可以提高硬度和耐磨性;锰能提高强度以及厚重零件的淬透性;钼是抗回火脆性的有效元素,能提高淬透能力,在调质钢中可代替铬;镍元素有提高韧性和淬透性的功能;钨可以提高钢的硬度与韧性;钒可以提高过热敏感性,淬透性与耐热性;铝可以提高氮化钢的表面硬度,还能提高抗时效能力;微量的磷能提高屈服强度和防锈能力,等等。下面列出几种合金元素的常用搭配:Cr-Mn-Ti, Cr-Mn, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni等。
    ②蜗轮材料的选择
    目前,铸造锡青铜是比较理想的蜗轮材料,既易于磨合、承载能力又高;铸造铝铁青铜适用于重载与低滑动速度(1,。≤4m/S)场合;灰铸铁由于硬度较高(滑动磨损少),只能用于低速、效率要求不高的场合;球墨铸铁蜗轮与淬硬蜗杆配合,适用于低滑动速度重载场合。
    在铸造青铜中加入合金元素,可以很好地改善其性能:加入镍可以提高铸造青铜的耐磨性;加入锌、铝可以改善其切削加工性能等等。    由于青锏材料资源紧缺、价格昂贵,近年来,国内外开始探索其代用材料。目前比较理想的新材料是ZnA1合金。上海同济大学金属材料研究室研制成功锌铝合金系列ZZnAl-1至ZZnAl-12等[22];文献[14]对nAICuMn与ZQSnl0-I两种材质的蜗轮进行了对比实验,认为用ZnAICuMn代替ZQSnl0-I是可行的;文献[28]通过对高强度锌铝合金ZA27和锡青铜进行了性能对比实验,为ZA27在传动中的实际应用提供了依据。
  另外,西德研制成功GK-AICuTiMg型特殊铝合金[22]等;文献[29]等证明了以钢代铜制作蜗轮的可行性。
    ⑧蜗杆副材料的搭配与选择
    蜗杆副材料的选择取决于要求实现的功能(传递运动,承载能力、噪声等)、生产批量、制造方法以及材料的成本和供应问题等。复杂的受力情况要求传动副材料具有良好的综合机械性能;由于不可避免的存在加工误差、热变形等问题,要求传动副材料具有良好的跑合性能,从而获得较精确的啮合运动;蜗轮副相对滑动速度大、摩擦热高要求传动副材料具有良好的耐磨性、导热性及抗胶合能力;在满足使用工况的情况下,尽量选用稀有元素含量少的材料可以降低生产成本等等
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