轿车八速自动变速箱齿轮的选材及热处理工艺
摘要：主要通过对变速箱齿轮的工作环境、服役条件以及失效形式来进行分析，然后总结出变速箱齿轮使用时所需要的性能要求。通过选择三种比较合适的材料，对它们进行价格、加工工艺以及力学性能等多方面的比较后，确定变速箱齿轮的材料。运用一套完整成熟的热处理工艺，设计出符合国家标准要求的变速箱齿轮。
关键词：变速箱齿轮；材料；热处理
Material selection and heat treatment technology of eight-speed automatic gearbox gear for car
Abstract: the working environment, service condition and failure form of gearbox gear are analyzed, and the performance requirements of gearbox gear are summarized. By selecting three suitable materials and comparing them in price, processing technology and mechanical properties, the material of gearbox gear is determined. A complete and mature heat treatment process is used to design gearbox gears that meet the requirements of national standards.
Keywords: gearbox gear; material; heat treatment
目录
目录 2
一、 绪论 3
二、轿车八速自动变速箱齿轮的性能要求 3
2.1轿车八速自动变速箱齿轮的服役条件 3
2.2轿车八速自动变速箱齿轮的是失效条件 4
2.3轿车八速自动变速箱齿轮的性能要求 4
三、轿车八速自动变速箱齿轮的材料选择 5
3.1 20CrMo的材料分析 6
3.1.1 20CrMo合金元素作用分析 6
3.1.2 20CrMo的主要性能 6
3.1.3 20CrMo的主要用途 6
3.2 40Cr的材料分析 7
3.2.1 40Cr合金元素作用分析 7
3.2.2 40Cr的主要性能 7
3.2.3 40Cr的主要用途 7
3.3 20CrMnTi的材料分析 7
3.3.1 20CrMnTi的合金元素作用分析 7
3.3.2 20CrMnTi的主要性能 8
3.3.3 20CrMnTi的主要用途 8
3.4 分析对比 8
3.5 结论 10
四、20CrMo热处理工艺设计 10
4.1 20CrMo的工艺流程 10
4.2 20CrMo的热处理工艺设计 11
4.3 20CrMo齿轮的热处理工艺理论基础 12
4.3.1 20CrMo的正火工艺理论基础 12
4.3.2 20CrMo气体渗碳工艺理论基础 13
4.3.3 20CrMo渗碳后淬火工艺原理基础 14
4.3.4 20CrMo回火工艺理论基础 16
4.4 选择设备、仪表和工夹具 17
4.4.1 设备 17
4.4.2 仪表 19
4.4.3 选择设备、仪表和工夹具 19
4.4.4 20CrMo齿轮热处理质量检验项目、内容及要求 19
五 20CrMo齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法 20
5.1马氏体粗大及奥氏体过量 20
5.2渗层不均匀 20
5.3热处理畸变 20
六 结论 21
参考文献 22
一、 绪论
材料在适应当今世界的人类历史不断演变发展进程中它所占据的重要地位想必大家都已经知道,材料的不断发展和现代人类经济社会的不断进步必然是相互存在联系的。它被普遍认为可以是一种衡量一个时期人类政治社会经济文明繁荣程度的重要历史标志。从当前人类社会历史的演化变迁和社会发展历史角度分析来看,随着金属工业的不断发展,这就可以促使新型的金属材料被广泛开发采用。19世纪末,出现了新型的高速专用合金钢。新中国的正式成立后,钢铁材料制造装备工业和钢铁有色金属材料制造装备工业都已经有了新的速度飞速发展,无论是在其材料品种、产量水平还是产品质量上都已经逐步达到了新的先进水平。目前,我国截至全年的有色钢铁工业总产量已经首次超过1亿吨,已经连续长期保持增速稳居产量全球首位;其中我国有色金属钢铁总产量已经首次超过600万吨,排名稳居世界第二。金属工程科学家的研究技术领域己逐步跻身于若干国和世界先进技术水平。为了能使各种类型金属材料之间能够同时获得其所需要必须的化学性能,热处理对其技术发展起到了很大的促进作用。
自动挡位变速箱主要结构是由控制液力变扭器、行星传动齿轮及采用液压传动控制的三种操纵传动机构共同组成,通过控制液力的反向传递及行星齿轮间的运动相互作用组合的一种机械运动方式进行控制运动起来。而内部高速齿轮的实际工作性能特征,结合其实际生产使用中的情况,应尽量减少选择进口低合金或高渗碳不锈钢,一个重要原因是也就是内部齿轮含有比较多的低合金渗碳元素,确保了合金渗碳后的良好淬透性,减少了内部齿轮发生变形时的重量,二个重要原因是也就是内部高速齿轮传动基体的机械高强度和机械柔韧性都已经得到了很好的质量保障,能够充分地完全满足内部传动齿轮的实际工作性能要求。本论文将对轿车八速自动变速箱齿轮的性能要求进行分析并选择合适的材料对比选择后进行热处理工艺设计。
二、轿车八速自动变速箱齿轮的性能要求
2.1轿车八速自动变速箱齿轮的服役条件
当一个小型齿轮正常进行工作时,通过与牙轮齿面之间的脉冲接触应力来向整个齿轮根部传递直接运动力,其主要目的能够同时承受应力载荷于一个小型齿轮的根部末端,齿轮位于末端的齿与牙根部需要承受弯曲应力的相互影响,其应力大小一般为500～600Mpa,其时间周期性不断改变的弯曲应力还会导致齿轮牙齿疲劳层的断裂或易碎而发生轻度脆性牙齿折断。另外,在高速换档的进行过程中,由于汽车齿轮轴的端部被强烈地外力撞击,导致车轮齿端严重破损。在重载轿车的高速行驶中,还特别需要注意受到重载汽车高速变动时的沉重载荷和大扭矩和外力撞击。归纳一下,总共认为存在着三种不同应力的相互作用,即弯曲应力、摩擦运动应力以及相互接触应力。
2.2轿车八速自动变速箱齿轮的是失效条件
齿轮的主要损坏和失效形式一般可以表现出以下几个方面:
(1)断齿:指的是在工作时间运动中所发生的易碎和脆性断齿,大多数的情况下都是由于弯曲和疲劳引起的。而这些过载断裂主要原因就是由于冲击载荷压力过大所致;
(2)齿轮的齿面磨损:齿面的磨损通常是指齿轮与齿轮间的摩擦而产生的磨损;
(3)弯曲疲劳性齿轮断裂:主要是从根部引起,是因为齿轮啮合时咬人物在根部承受最大振幅的脉动或交变弯曲应力而引起的,造成齿部断裂;
(4)齿面磨损性断裂:当齿轮齿面的接触应力找过自己的极限疲劳强度，可能会产生解除疲劳性断裂。
(5)对齿面的接触疲劳性破坏:在交变接触应力的影响和相互摩擦作用下,齿面出现微裂纹,微裂纹的出现造成一个点状的剥落,这种情况也是导致齿轮损伤和失效的一种主要原因。
2.3轿车八速自动变速箱齿轮的性能要求
根据各种电动变速箱齿轮传动系统齿轮的实际正常工作使用情况,应该必须能够满足以下几个基本的硬度要求:
(1)传动齿轮的基体表面层必须保证具备并拥有相当高的化学硬度和良好的机械耐磨性,一般使用说明中的渗碳或者渗氮是其他氧化氮共同耐渗层的腐蚀深度一般为(0.2～0.3)m(m为传动齿轮的模数),有效的抗硬化腐蚀层的基体硬度要求范围一般为300～450HV,齿面层的硬度要求范围一般为56～63HRC;
(2)对于各种能够同时分别承受交变传动载荷和机械外力的传动齿轮,牙刷部和心部的齿轮基体必须保证具备具有足够的弯曲传动强度和机械柔韧性,一般的牙刷心部基体硬度要求范围一般为30～45HRC;
(3)具有良好的制造和工艺性能;
(4)采用优质高品位的原材料,所用的原材料必须是纯净,断面受到外力侵蚀后,不得出现任何肉眼所能看到的空隙、气泡等瑕疵。
(5)传统齿轮式钢材产品价格便宜,资源充裕。
参考文献
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