齒輪的材料 每種材料都有其較佳的機械性能
引言：在設計和制造齒輪時，所使用的材料將取決于所制造齒輪的類型以及如何以及在何處使用它。齒輪的材料分別是銅合金、鐵合金、工具鋼合金和鋁合金等材質(zhì)。本文主要介紹齒輪的材料及其特質(zhì)適合加工哪些齒輪。
通常，在設計單個齒輪或齒輪系時，材料的選擇將是齒輪幾何形狀所依據(jù)的主要因素，或者齒輪的性能將決定正確的材料選擇。齒輪構造中通常使用各種原材料，每種材料都有其較佳的機械性能，這是其較佳選擇。材料的主要類別是銅合金、鐵合金、工具鋼合金和鋁合金等材質(zhì)。
齒輪的主要類別包括：馬刺、斜齒、斜角、準雙曲面等等。不同類型的齒輪有很多復雜之處。實際上，齒輪類型的選擇不是一個容易的過程。它取決于許多考慮因素。影響因素包括物理空間和軸的布置，齒輪比，負載，精度和其材料的選取。
銅合金
在設計要經(jīng)受腐蝕性環(huán)境或需要非磁性的齒輪時，銅合金通常是不錯的選擇。齒輪傳動中使用的三種常見的銅合金是黃銅，磷青銅和鋁青銅。黃銅是銅和鋅的合金。鋅的含量在不同的黃銅合金中會有所不同，并且鋅的存在會改變合金的延展性。
較低的鋅含量可在黃銅合金中保持較高的延展性，而較高的鋅濃度則會降低合金的延展性。黃銅合金的銅基有助于其易于加工和具有抗菌作用。通常由黃銅合金制成的齒輪是正齒輪和齒條，它們將用于低負載環(huán)境中，例如儀表驅動系統(tǒng)。
鋁青銅是齒輪傳動中發(fā)現(xiàn)的第三種銅合金。這種合金將銅與鋁，鐵，鎳和錳結合在一起。鋁青銅合金具有比磷青銅合金更高的耐磨性，并且還具有優(yōu)異的耐腐蝕性。鐵的添加改善了該合金的耐磨性。鎳和錳增加了其耐腐蝕性。鋁青銅合金可以抵抗由于氧化，暴露于鹽水和暴露于有機酸引起的腐蝕。這些合金的額外耐磨性使得齒輪的設計比磷青銅合金制成的類似尺寸的齒輪能夠承受更大的負載。由鋁青銅合金制成的典型齒輪包括交叉軸斜齒輪（螺桿齒輪）和蝸輪。
鐵合金
當齒輪設計需要的材料強度時，鐵合金是不錯的選擇。原始鐵可以鑄成灰鑄鐵并加工成齒輪。通常，鑄鐵用于磷青銅是合適替代品的應用中，但該應用不受材料磁場的限制。鋼是鐵，碳和其他微量元素的合金。鋼合金有四個主要名稱。這些是碳素鋼，合金鋼，不銹鋼和工具鋼。碳鋼合金幾乎可以用于所有類型的齒輪傳動裝置，因為它們易于加工，具有良好的耐磨性，可以進行硬化，可以廣泛使用并且相對便宜。這些鋼是正齒輪、斜齒輪、齒條、錐齒輪和蝸桿的理想選擇。
碳鋼可以進行感應淬火或激光淬火，其硬度可達致HRc55。合金鋼（如AISI 4140）包含其他元素，如鋁，鉻，銅等。這些其他元素與鐵和碳形成合金后，會產(chǎn)生比普通碳鋼更堅固，更易于加工且具有更高耐腐蝕性的鋼。這些合金通常用于制造正齒輪，斜齒輪，齒條，螺旋錐齒輪和蝸桿。
對于齒輪傳動，通常使用303不銹鋼。在303合金中，鉻含量降低到17％，而1％的合金是硫。由于添加了硫，與304合金相比，303合金的切削性得到了改善。當需要提高耐腐蝕性時，316合金是更好的選擇。該合金含有16％的鉻，10％的鎳和2％的鉬；316和303合金用于正齒輪，斜齒輪和錐齒輪。齒條通常由304合金制成。440C是常見的鐵素體不銹鋼，而17-4PH是常見的沉淀硬化不銹鋼。
鋁合金
在需要高強度重量比的應用中，鋁合金是鐵合金的良好替代品。鋁合金通常是相同尺寸的鋼合金重量的三分之一。一種稱為鈍化的表面處理可以保護鋁合金免受氧化和腐蝕。這類似于鋼鐵合金上的銹蝕。但是，它可以覆蓋表面，防止進一步損壞。
鋁合金不能在高溫環(huán)境下使用，因為它們會在400°F下開始變形。齒輪傳動中常用的鋁合金是2024、6061和7075。2024鋁合金是鋁青銅的表親，因為它也是鋁和銅的合金。6061鋁是鋁，硅和鎂的合金。它是一種中等強度的鋁合金，具有良好的耐腐蝕性并且可焊接。所有這兩種鋁合金都可以進行熱處理以提高其硬度。鋁合金制成的齒輪包括正齒輪，斜齒輪。
