一、 常用的齒輪材料
是鋼、鑄鐵和非金屬材料。
1、鍛鋼
鋼材的韌性好，耐沖擊，還可以通過熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故最適應(yīng)于用來制造齒輪。除尺寸過大（da＞400~600mm）或者是結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜只宜鑄造者外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量在(0.15～ 0.6)%的碳鋼或合金鋼。制造齒輪的鍛鋼可分為：
軟齒面（硬度≤350HBS）：經(jīng)熱處理后切齒的齒輪所用的鍛鋼 對于強(qiáng)度、速度及精度都要求不高的齒輪，應(yīng)采用以便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此，應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過正火（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級，精切時可達(dá)7級。這類齒輪制造簡便、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)效率高。
硬齒面（硬度＞350HBS）：需進(jìn)行精加工的齒輪所用的鍛鋼 高速、重載及精密機(jī)器（如精密機(jī)床、航空發(fā)動機(jī)）所用的主要齒輪傳動，除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強(qiáng)度及齒面具有高硬度（如58～65HRC）外，還應(yīng)進(jìn)行磨齒等精加工。需精加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處理，最后進(jìn)行精加工，精度可達(dá)5級或4級。這類齒輪精度高，價格較貴，所以熱處理方法有表面淬火、滲碳、氮化、軟氮化及氰化等。所以材料視具體要求及熱處理方法而定。
合金鋼根據(jù)所含金屬的成分及性能，可分別使材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過熱處理或化學(xué)熱處理改善材料的力學(xué)性能及提高齒面的硬度。所以對于既是高速、重載又要求尺寸小、質(zhì)量小的航空用齒輪，就都用性能優(yōu)良的合金鋼（如20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）來制造。
2、鑄鋼
鑄鋼的耐磨性及強(qiáng)度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及正火處理，必要時也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)。鑄鋼常用于尺寸較大的齒輪。
3．鑄鐵
灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及耐磨性都較差，但抗膠合及抗點(diǎn)蝕的能力較好�；诣T鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場合。
4．非金屬材料
對高速輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為250～350HBS。
常用的齒輪材料及其力學(xué)性能列于設(shè)計用表。
二、齒輪許用應(yīng)力
齒輪的許用應(yīng)力[σ]按下式計算：
式中：
S—疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對接觸疲勞強(qiáng)度計算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后引起噪聲、振動增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取S＝SH＝1。但是，如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起嚴(yán)重的故事，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算時取S＝SF＝1.25～1.5。
KN—考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)和接觸疲勞壽命系數(shù)分別見圖2。設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；Lh為齒輪的工作壽命，h，則齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計算：N＝60njLh。
σlim—齒輪的疲勞極限。彎曲疲勞強(qiáng)度極限值用σFE代入，查設(shè)計線圖，圖中的σFE＝σFlim·YST，YST為試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)；接觸疲勞強(qiáng)度極限值σHlim查圖4。
注：1、圖中極限應(yīng)力值，一般選取其中間偏下值，即在MQ及ML中間選值。
2、若齒面硬度超出圖中薦用的范圍，可大體按外插法查取相應(yīng)的極限應(yīng)力值�！ �
3、所示σFE為脈動循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力。對稱循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力值僅為脈動循環(huán)應(yīng)力的70%。
4、夾布塑料的彎曲疲勞許用應(yīng)力=50MPa,接觸疲勞許用應(yīng)力=110MPa |
