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1、8.1 轴类零件选材（axle）,8.2 齿轮类零件材料选择(gear),8.3 弹簧类零件材料选择(spring),8.4 箱体支承类零件材料选择,第8章 常用机器零件选材material selection of common machine parts,8.1 轴类零件选材（axle）8.1.1 轴的工作条件与性能要求工作条件：轴的功能：支承旋转零件、传递动力或运动。负荷特点：转 轴弯曲与扭转的复合作用，如减速器的轴、机 床主轴。心 轴只承受弯矩，如铁路车辆的轮轴。传动轴扭转应力作用，如汽车的驱动轴。轴 颈较大摩擦；此外，轴大部受交变应力及一定 的过载或冲击作用。主要失效形式：疲劳断裂；
2、轴颈或花键处过度磨损；过量变形等。,性能要求:良好的综合力学性能（强度和塑性、韧性良好 配合），以防止断裂;高的疲劳强度;轴颈、花键等处较高硬度与耐磨性。,8.1.2 轴类零件选材（进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求）轻载、低速的一般轴（心轴、拉杆、螺栓等）：Q235 Q275，不热处理。中等载荷，一般精度轴（曲轴、机床主轴等）：35 50钢，热处理。重载、高精度或恶劣条件轴（汽车、拖拉机轴，压力机曲线等），合金钢：40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo；20Cr、20CrMnTi（渗碳）；38CrMoAl（氮化）；9Mn2V、GCr15等，采用相应的热处
3、理。,8.1.3 轴类零件加工工艺路线机床主轴 材料：45钢。热处理技术条件：整体调质220 250HBS；轴颈、锥孔表面淬火52 58HRC。工艺路线：锻造正火粗加工调质半精加工表面淬火及低 温回火磨削。常见机床主轴的工作条件、用材及热处理情况（下表）。,图8-1,表8-1,汽车半轴材料：40Cr(中型载重汽车；若重型则选40CrMnMo)。热处理技术条件:正火，187241HBS；调质，杆部3742HRC，盘部外圆2434HRC。工艺路线：锻造正火机加工调质盘部钻孔精加工。,图8-2,内燃机曲轴 选材：轻、中载荷及低、中速内燃机用球铁；重载及中、高速 时用锻钢。110型柴油机球墨铸铁曲轴。
4、材料：QT600-3球铁。热处理技术条件：整体正火，b650MPa，ak15J/cm2，240 300 HBS；轴颈表面淬火、低温回火(55HRC，珠光体数量70%)。工艺路线：铸造成形正火+高温回火切削加工轴颈表面淬火、回火磨削。,锻造合金曲轴 材料：50CrMoA（机车内燃机曲轴）。热处理技术条件：整体调质，b950MPa、s750MPa、12%、45%、ak56J/cm2及3035HRC；轴颈表面淬火回火，6065HRC、硬化层深3 8mm。工艺路线:锻造退火粗加工调质半精加工表面淬火、回火磨削。,8.2 齿轮类零件材料选择(gear)8.2.1 齿轮的工作条件与性能要求工作条件:齿轮功
5、能：传递动力、改变运动速度和运动方向。负荷特点：齿轮交变弯曲应力，一定冲击载荷，齿面很大接触应力及强烈摩擦。失效形式：断齿、齿面剥落及过度磨损。性能要求:高接触疲劳强度、高表面硬度和耐磨性。高抗弯强度、适当心部强度和韧性。良好切削加工性和热处理工艺性。,8.2.2 齿轮选材选材原则：传动方式（开式或闭式）、载荷性质和大小（齿面接触应力和冲击负荷等），传动速度、精度及齿面硬化要求及齿轮副材料和硬度匹配等。,钢制齿轮:轻载、低中速，冲击力小，精度低齿轮：碳钢（Q255、Q275、45、50Mn等），正火或调质成软面齿轮。如减速箱齿轮等。中载、中速、中等冲击、运动平稳齿轮：中碳（合金）钢（45、40
6、Cr、42SiMn、55Tid等）。感应淬火回火硬齿面（50 55HRC）。如机床齿轮。重载、中高速、大冲击载荷齿轮：低碳（合金）钢（20Cr、20MnB、20CrMnTi）渗碳（碳氮共渗）及淬火低温回火，齿面5863HRC。如汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。精密传动齿轮或硬面内齿轮，要求热处理变形小：38CrMoAl、35CrMo等。调质及气体氮化。如非重载、工作平稳的精密齿轮。,铸钢齿轮：大尺寸(400mm)、形状复杂、受冲击的齿轮，退火或正火状态使用(耐磨性要求高者采用表面淬火)。铸铁齿轮：灰铸铁，用于轻载、低速、不受冲击的齿轮。有色金属齿轮：铜合金、铝合金，用于有腐蚀介质的轻载齿轮，如
7、仪表齿轮等，另特殊用途，如为减摩，用锡青铜作蜗轮。工程塑料齿轮：尼龙等。轻、摩擦系数小、减振减噪。用于轻载、无润滑的小型齿轮（仪表、小型机械）。,8.2.3 齿轮加工工艺路线及选材实例机床齿轮负荷特点：运转平稳、负荷不大，条件较好。材料：45钢。热处理技术条件：正火(160217HBS)；表面高频淬火、回火(5055HRC)。工艺路线：锻造正火粗加工调质半精加工高频淬火、回火精磨。,汽车、拖拉机齿轮 负荷特点：承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。材料：20CrMnTi。热处理技术条件：渗碳层深0.81.3mm，表层Wc为0.8%1.05%，齿面 5862HRC。心部3345HRC。工艺
8、路线：锻造正火粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回 火。,图8-3,8.3 弹簧类零件材料选择（spring)8.3.1 不同类型弹簧的工作条件与性能要求功能与工作条件 功 能：减振(汽车板簧)、储备机械能(仪表发 条)、控制运动(气门、离合器等)。负 荷 特 点：交变应力。主要失效形式：疲劳断裂、永久变形。性能要求（同弹簧钢）高s、高e、高s/b；高疲劳强度；一定塑性、韧性。,8.3.2 弹簧材料选择工程上用于制造弹簧的材料主要是碳钢和合金钢，以及 有色金属。如铍青铜（仪表等场合）。碳素弹簧钢：65、67、75、85。用于小截面(12mm)、不太重要的小型弹簧。锰弹簧钢：65Mn，截面尺寸15m
9、m的小型弹簧。硅锰弹簧钢：60Si2Mn等，25 30mm淬透，板簧、螺旋弹簧及250以下耐热弹簧。,铬矾弹簧钢：50CrVA等，50mm淬透，应力较大的弹簧（工作温度 300）。硅铬弹簧钢：60Si2CrA、60Si2CrVA，高应力、受冲击弹簧（300 350）。钨铬钒弹簧钢：30W4Cr2VA，高强度耐热弹簧（500）。,8.3.3 弹簧加工工艺路线冷卷弹簧的加工工艺路线 原料（钢丝、带等，0.112mm）卷簧热处理端 面加工。原料状态与热处理 硬化状态的弹簧：只进行去应力回火(碳钢250，合金钢350450)。退火状态的弹簧：需进行淬火、回火，4147HRC。回火屈氏体。热成型弹簧的加
10、工工艺路线 下料加热成型热处理（淬火、回火）喷丸端 面加工。,8.4 箱体支承类零件材料选择8.4.1 箱体支承类零件功能与性能要求功能：支承机器重量、安装固定零件，压应力及弯曲应力、一定动载及紧固力。性能要求：足够强度、刚度，良好减震性及尺寸稳定性，良好加工性及铸造工艺性。,8.4.2 箱体支承类零件用材及加工工艺路线选材铸 铁：最常用，灰口铸铁或球墨铸铁，各种机床 的箱体、支承件。铸 钢：ZG35Mn、ZG40Mn，载荷较大、承受冲 击的箱体。如工程机械。有色金属铸造：重量轻、散热良好箱体，喷油泵壳体、飞 机发动机箱体。型 材 焊 接：Q235、10、16Mn，大体积、简单形状、小批量箱体。加工工艺路线 铸造（或焊接）成形人工时效（或去应力退火）切 削加工。作业：1，2，3，4，6。,表8-2,本 章 结 束,图8-1 CM6140车床主轴,表8-1 机床主轴工作条件、用材及热处理,图8-2 汽车半轴,图8-3 解放牌汽车变速齿轮简图,表8-2 部分箱体支承类零件用材情况,
