齿轮_在线百科全书查询

据史料记载，远在公元前400~200年的中国古代就巳开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今已发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。

早在1694年，法国学者Philippe De La Hire首先提出渐开线可作为齿形曲线。1733年，法国人M.Camus提出轮齿接触点的公法线必须通过中心连线上的节点。一条辅助瞬心线分别沿大轮和小轮的瞬心线(节圆)纯滚动时，与辅助瞬心线固联的辅助齿形在大轮和小轮上所包络形成的两齿廓曲线是彼此共轭的，这就是Camus定理。它考虑了两齿面的啮合状态；明确建立了现代关于接触点轨迹的概念。1765年，瑞士的L．Euler提出渐开线齿形解析研究的数学基础，阐明了相啮合的一对齿轮，其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系。后来，Savary进一步完成这一方法，成为现在的Eu-let-Savary方程。对渐开线齿形应用作出贡献的是Roteft WUlls，他提出中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点。1873年，德国工程师Hoppe提出，对不同齿数的齿轮在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的思想基础。

19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮加工具军较完备的手段后，渐开线齿形更显示出巨大的优走性。切齿时只要将切齿工具从正常的啮合位置稍加移动，就能用标准刀具在机床上切出相应的变位齿轮。1908年，瑞士MAAG研究了变位方法并制造出展成加工插齿机，后来，英国BSS、美国AGMA、德国DIN相继对齿轮变位提出了多种计算方法。

为了提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，除从材料，热处理及结构等方面改进外，圆弧齿形的齿轮获得了发展。1907年，英国人Frank Humphris最早发表了圆弧齿形。1926年，瑞土人Eruest Wildhaber取得法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955年，苏联的M．L．Novikov完成了圆弧齿形齿轮的实用研究并获得列宁勋章。1970年，英国Rolh—Royce公司工程师R．M.Studer取得了双圆弧齿轮的美国专利。这种齿轮现已日益为人们所重视，在生产中发挥了显著效益。

齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已达到：齿轮模数O.004～100毫米；齿轮直径由1毫米～150米；传递功率可达上十万千瓦；转速可达几十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。

齿轮在传动中的应用很早就出现了。公元前三百多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。中国古代发明的指南车中已应用了整套的轮系。不过，古代的齿轮是用木料制造或用金属铸成的，只能传递轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，齿轮的承载能力也很小。

随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。

18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。

19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年，普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。

1899年，拉舍最先实施了变位齿轮的方案。变位齿轮不仅能避免轮齿根切，还可以凑配中心距和提高齿轮的承载能力。1923年美国怀尔德哈伯最先提出圆弧齿廓的齿轮，1955年苏诺维科夫对圆弧齿轮进行了深入的研究，圆弧齿轮遂得以应用于生产。这种齿轮的承载能力和效率都较高，但尚不及渐开线齿轮那样易于制造，还有待进一步改进。

结构

一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆。

轮齿

简称齿，是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转；

齿槽

是齿轮上两相邻轮齿之间的空间；端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上，垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面

法面

指的是垂直于轮齿齿线的平面

齿顶圆

是指齿顶端所在的圆

齿根圆

是指槽底所在的圆

基圆

形成渐开线的发生线作纯滚动的圆

分度圆

是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。

分类

齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。

齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位。渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝对多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。

在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮，虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。

另外，齿轮还可按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮；按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

齿轮的制造材料和热处理过程对齿轮的承载能力和尺寸重量有很大的影响。20世纪50年代前，齿轮多用碳钢，60年代改用合金钢，而70年代多用表面硬化钢。按硬度，齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。

软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好，多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。因为配对的齿轮中，小轮负担较重，因此为使大小齿轮工作寿命大致相等，小轮齿面硬度一般要比大轮的高。

硬齿面齿轮的承载能力高，它是在齿轮精切之后，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮不可避免地会产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。

材料

制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。

未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。

而齿轮理论和制造工艺的发展将是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载能力，延长齿轮寿命的理论基础；发展以圆弧齿廓为代表的新齿形；研究新型的齿轮材料和制造齿轮的新工艺；研究齿轮的弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分布，进行轮齿修形，以改善齿轮运转的平稳性，并在满载时增大轮齿的接触面积，从而提高齿轮的承载能力。

摩擦、润滑理论和润滑技术是齿轮研究中的基础性工作，研究弹性流体动压润滑理论，推广采用合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂，不仅可提高齿面的承载能力，而且也能提高传动效率。

加工方式和具体方法

渐开线齿轮加工方法有2大类，一个是仿形法，用成型铣刀铣出齿轮的齿槽，是“模仿形状”的。

另一个是范成法（展成法）。

(1)滚齿机滚齿：可以加工8模数以下的斜齿

(2)铣床铣齿：可以加工直齿条

(3)插床插齿：可以加工内齿

(4)冷打机打齿：可以无屑加工

(5)刨齿机刨齿：可以加工16模数大齿轮

(6)精密铸齿：可以大批量加工廉价小齿轮

(7)磨齿机磨齿：可以加工精密母机上的齿轮

(8)压铸机铸齿：多数加工有色金属齿轮

(9)剃齿机：是一种齿轮精加工用的金属切削机床

中国齿轮工业的发展

中国齿轮工业在“十五”期间得到了快速发展：2005年齿轮行业的年产值由2000年的240亿元增加到683亿元，年复合增长率23.27%，已成为中国机械基础件中规模最大的行业。就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四位。

2006年，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值102628183千元，比上年同期增长24.15%；实现累计产品销售收入98238240千元，比上年同期增长24.37%；实现累计利润总额5665210千元，比上年同期增长26.85%。

2007年1-12月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值136542841千元，比上年同期增长30.96%；2008年1-10月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值144529138千元，比上年同期增长32.92%。

中国齿轮制造业与发达国家相比还存在自主创新能力不足、新品开发慢、市场竞争无序、企业管理薄弱、信息化程度低、从业人员综合素质有待提高等问题。现阶段齿轮行业应通过市场竞争与整合，提高行业集中度，形成一批拥有几十亿元、5亿元、1亿元资产的大、中、小规模企业；通过自主知识产权产品设计开发，形成一批车辆传动系（变速箱、驱动桥总成）牵头企业，用牵头企业的配套能力整合齿轮行业的能力与资源；实现专业化、网络化配套，形成大批有特色的工艺、有特色的产品和有快速反应能力的名牌企业；通过技改，实现现代化齿轮制造企业转型。

“十一五”末期，中国齿轮制造业年销售额可达到1300亿元，人均销售额上升到65万元/年，在世界行业排名中达到世界第二。2006-2010年将新增设备10万台，即每年用于新增设备投资约60亿元，新购机床2万台，每台平均单价30万元。到2010年，中国齿轮制造业应有各类机床总数约40万台，其中数控机床10万台，数控化率25%（高于机械制造全行业平均值17%）。

类型

传动比

定传动比 —— 圆形齿轮机构(圆柱、圆锥）

变传动比 —— 非圆齿轮机构（椭圆齿轮）

轮轴相对位置

平面齿轮机构

直齿圆柱齿轮传动

外啮合齿轮传动

内啮合齿轮传动

齿轮齿条传动

斜齿圆柱齿轮传动

人字齿轮传动

空间齿轮机构

圆锥齿轮传动

交错轴斜齿轮传动

蜗轮蜗杆传动

工艺

锥形齿轮

毛坯半制品齿轮

螺旋齿轮

内齿轮

直齿轮

蜗轮蜗杆

斜齿圆柱齿轮主要参数

螺旋角

β > 0为左旋，反之为右旋

齿距

pn = ptcosβ，下标n和t分别表示法向和端面

模数

mn = mtcosβ

分度圆直径

d = mtz

中心距

a=1/2*m(z1+z2)

正确啮合条件

m1 = m2,α1 = α2,β1 = β2

诊断

进行简易诊断的目的是迅速判断齿轮是否处于正常工作状态，对处于异常工作状态的齿轮进一步进行精密诊断分析或采取其他措施。当然，在许多情况下，根据对振动的简单分析，也可诊断出一些明显的故障。

齿轮的简易诊断包括噪声诊断法、振平诊断法以及冲击脉冲（SPM）诊断法等，最常用的是振平诊断法。

振平诊断法是利用齿轮的振动强度来判别齿轮是否处于正常工作状态的诊断方法。根据判定指标和标准不同，又可以分为绝对值判定法和相对值判定法。

绝对值判定法

绝对值判定法是利用在齿轮箱上同一测点部位测得的振幅值直接作为评价运行状态的指标。

用绝对值判定法进行齿轮状态识别，必须根据不同的齿轮箱，不同的使用要求制定相应的判定标准。

制定齿轮绝对值判定标准的主要依据如下：

1)对异常振动现象的理论研究；

(2)根据实验对振动现象所做的分析；

(3)对测得数据的统计评价；

(4)参考国内外的有关标准。

实际上，并不存在可适用于一切齿轮的绝对值判定标准，当齿轮的大小、类型等不同时，其判定标准自然也就不同。

按一个测定参数对宽带的振动做出判断时，标准值一定要依频率而改变。频率在1kHz以下，振动按速度来判定；频率在1kHz以上，振动按加速度来判定。实际的标准还要根据具体情况而定。

相时值判定法

在实际应用中，对于尚未制定出绝对值判定标准的齿轮，可以充分利用现场测量的数据进行统计平均，制定适当的相对判定标准，采用这种标准进行判定称为相对值判定法。

相对判定标准要求将在齿轮箱同一部位测点在不同时刻测得的振幅与正常状态下的振幅相比较，当测量值和正常值相比达到一定程度时，判定为某一状态。比如，相对值判定标准规定实际值达到正常值的1.6~2倍时要引起注意，达到2.56~4倍时则表示危险等。至于具体使用时是按照1.6倍进行分级还是按照2倍进行分级，则视齿轮箱的使用要求而定，比较粗糙的设备（例如矿山机械）一般使用倍数较高的分级。

实际中，为了达到最佳效果，可以同时采用上述两种方法，以便对比比较，全面评价。

术语

轮齿（齿）──齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分。一般说来，这些凸起部分呈辐射状排列。配对齿轮上轮齿互相接触，导致齿轮的持续啮合运转。

齿槽──齿轮上两相邻轮齿之间的空间。

端面──在圆柱齿轮或圆柱蜗杆上垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面。

法面──在齿轮上，法面指的是垂直于轮齿齿线的平面。

齿顶圆──齿顶端所在的圆。

齿根圆──槽底所在的圆。

基圆──形成渐开线的发生线在其上作纯滚动的圆。

分度圆──在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆，对于直齿轮，在分度圆上模数和压力角均为标准值。

齿面──轮齿上位于齿顶圆柱面和齿根圆柱面之间的侧表面。

齿廓──齿面被一指定曲面（对圆柱齿轮是平面）所截的截线。

齿线──齿面与分度圆柱面的交线。

端面齿距pt──相邻两同侧端面齿廓之间的分度圆弧长。

模数m──齿距除以圆周率π所得到的商，以毫米计。

径节p──模数的倒数，以英寸计。

齿厚s──在端面上一个轮齿两侧齿廓之间的分度圆弧长。

槽宽e──在端面上一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长。

齿顶高hɑ──齿顶圆与分度圆之间的径向距离。

齿根高hf──分度圆与齿根圆之间的径向距离。

全齿高h──齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。

齿宽b──轮齿沿轴向的尺寸。

端面压力角 ɑt── 过端面齿廓与分度圆的交点的径向线与过该点的齿廓切线所夹的锐角。

基准齿条(Standard Rack):只基圆之尺寸，齿形，全齿高，齿冠高及齿厚等尺寸均合乎标准正齿轮规格之齿条，依其标准齿轮规格所切削出来之齿条称为基准齿条.

基准节圆(Standard Pitch Circle):用来决定齿轮各部尺寸基准圆.为齿数x模数

基准节线(Standard Pitch Line):齿条上一条特定节线或沿此线测定之齿厚，为节距二分之一.

作用节圆(Action Pitch Circle):一对正齿轮咬合作用时，各有一相切做滚动圆.

基准节距(Standard Pitch)：以选定标准节距做基准者,与基准齿条节距相等.

节圆(Pitch Circle):两齿轮连心线上咬合接触点各齿轮上留下轨迹称为节圆.

节径(Pitch Diameter):节圆直径.

有效齿高(Working Depth):一对正齿轮齿冠高和.又称工作齿高.

齿冠高(Addendum):齿顶圆与节圆半径差.

齿隙(Backlash):两齿咬合时，齿面与齿面间隙.

齿顶隙(Clearance):两齿咬合时，一齿轮齿顶圆与另一齿轮底间空隙.

节点(Pitch Point):一对齿轮咬合与节圆相切点.

节距(Pitch):相邻两齿间相对应点弧线距离.

法向节距(Normal Pitch):渐开线齿轮沿特定断面同一垂线所测节距.

塑料齿轮

随着科学的发展，齿轮已经慢慢由金属齿轮转变为塑料齿轮。因为塑料齿轮更具有润滑性和耐磨性。可以减小噪音，降低成本，降低摩擦。

常用的塑料齿轮材料有：PVC,POM,PTFE,PA,尼龙，PEEK等。

生产企业

齿轮工业主要由三类企业组成：车辆齿轮传动制造企业，工业齿轮传动制造企业与齿轮专用装备制造企业。其中，车辆齿轮一枝独秀，其市场份额达到60%；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为18%、12%、8%；齿轮装备这一块只占市场份额的2%。

主要生产企业：玉环伟茂齿轮传动制造有限公司杭州前进齿轮箱集团有限公司重庆齿轮箱有限责任公司浙江恒久机械集团有限公司等。

齿轮工业主要由三类企业组成：车辆齿轮传动制造企业，工业齿轮传动制造企业与齿轮专用装备制造企业。其中，车辆齿轮一枝独秀，其市场份额达到60%；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为18%、12%、8%；齿轮装备这一块只占市场份额的2%。主要生产企业举例：玉环伟茂齿轮传动制造有限公司杭州前进齿轮箱集团有限公司重庆齿轮箱有限责任公司浙江恒久机械集团有限公司江苏飞船股份有限公司亚实履带(天津)有限公司南京高速齿轮制造有限公司正茂集团有限责任公司四川齿轮厂杭州东华链条集团有限公司

图片

中重型载货汽车齿轮概况

我国中重型载货汽车齿轮用钢牌号较多，主要是为适应引进当时国外先进汽车技术的要求。50年代我国从原苏联里哈乔夫汽车厂引进当时苏联中型载货汽车(即“解放”牌原车型)生产技术的同时，也引进了原苏联生产汽车齿轮的20CrMnTi钢种。

改革开放以后，随着我国经济建设的高速发展，为了满足我国交通运输的快速发展需要，从80年代开始，我国有计划地引进工业发达国家的各类先进机型，各类国外先进中重型载货汽车也不断引进。同时，我国大汽车厂同国外著名汽车大公司进行合作，引进国外先进汽车生产技术，其中包括汽车齿轮的生产技术。与此同时，我国钢铁冶炼技术水平也在不断提高，采用钢包二次冶炼及成分微调和连铸连轧等先进治炼技术，使得钢厂能生产出高纯净度、淬透性能带缩窄的齿轮用钢材，从而实现了引进汽车齿轮用钢的国产化，使我国齿轮用钢的生产水平上了一个新台阶。近年来，适合于我国国情的国产重型汽车齿轮用含镍高淬透性能钢也得到了开发和应用，取得了较好效果。汽车齿轮的热处理技术也从原50-60年代采用井式气体渗碳护发展到当前普遍采用由计算机控制的连续式气体渗碳自动线和箱式多用炉及自动生产线(包括低压(真空)渗碳技术)、齿轮渗碳预氧化处理技术，齿轮淬火控制冷却技术(由于专用淬火油和淬火冷却技术的使用)、齿轮锻坯等温正火技术等。这些技术的采用不仅使齿轮渗碳淬火畸变得到了有效控制、齿轮加工精度得到提高、使用寿命得到延长，而且还满足了齿轮的现代化热处理的大批量生产需要。

有关文献指出，汽车齿轮的寿命主要由两大指标考核，一是齿轮的接触疲劳强度，二是齿轮的弯曲疲劳强度。前者主要由渗碳淬火质量决定，后者主要由齿轮材料决定。为此，有必要对汽车齿轮用渗碳钢的要求、性能及其热处理特点有一个较全面的了解。

铬锰钛钢和硼钢

长期以来，我国载货汽车齿轮使用最普遍的钢种是20CrMnTi。这是上世纪50年代我国从原苏联引进的中型的汽车齿轮18XTr钢种(即20CrMnTi钢)。该钢晶粒细，渗碳时晶粒长大倾向小，具有良好的渗碳淬火性能，渗碳后可直接淬火。文献指出，在1980年以前，我国的渗碳合金结构钢(包括20CrbinTi钢)在钢材出厂时只保证钢材的化学成分和用样品测定的力学性能，但是在汽车生产时常常出现化学成分和力学性能合格的钢材，由于淬透性能波动范围过大而影响产品质量的情况。例如若20CrMnTi渗碳钢的淬透性过低，则制成的齿轮渗碳淬火后，心部硬度低于技术条件规定的数值，疲劳试验时，齿轮的疲劳寿命降低一半；若淬透性能过高，则齿轮渗碳淬火后内孔收缩量过大而影响齿轮装配。

由于钢材淬透性能对轮齿心部的硬度和畸变都有极其重大的影响，1985年冶金部颁布了我国的保证淬透性结构钢技术条件(GB5216-85)，在此技术条件中列入了包括20CxMnTiH、20MnVBH钢在内的10种渗碳钢的化学成分、淬透性能数据。标准中规定：用于制造齿轮的20CrMnTi钢的淬透性能指标为距水冷端9咖处的硬度为30-42HRC。在此之后，采用20CrMnTi钢生产齿轮的齿心部硬度过低和畸变过大的问题基本上得到了解决。但是不管齿轮模数大小和钢材截面粗细均采用同一钢号20CrMnTi钢显然是不合理的。近年来，由于我国钢材冶炼技术水平的提高以及合金结构钢供应情况的改善，已经有条件把齿轮钢的淬透性能带进一步缩窄，并根据不同产品(如变速器齿轮与后桥齿轮等)的要求开发新的钢种以满足其要求。

通过与钢厂协商，1997年长春一汽先后与生产齿轮钢厂的生产厂家签定了将20CrMnTi钢淬透性能分挡供应的协议，例如“解放”牌5t载货汽车上用于制造截面尺寸较小的变速器第一轴、中间轴齿轮和截面尺寸较大的后桥主、从动圆锥齿轮用20CrMnTiH钢淬透性能组别分别为I和Ⅱ，对应淬透性能分别为J9：30—36HRC和J9=36～42HRC。

1960年前后，由于我国镍、铬钢的供应紧张，影响了我国含镍、铬钢材的生产。而当时我国的汽车工业是从原苏联引进的技术，苏联大量应用含镍、铬的钢材。因此，当时我国汽车工业大力发展了硼钢的开发、研制工作，用20MnVB和20Mn2TiB钢代替20CrMnTi渗碳钢制造齿轮。这是因为在结构钢中加入微量硼(0.0001%-0.0035%)可以显著地提高钢材的淬透性能，因此钢中加入微量硼可以代替一定数量的锰、镍、铬、钼等贵重合金元素，因而硼钢得到广泛的应用。长春一汽曾在“解放”牌汽车齿轮生产中使用过20MnTiB和20Mn2TiB钢。

东风汽车公司生产的“东风”牌5，载货汽车变速器和后桥齿轮分别采用20CrMnTi和20MnVB钢制造。同样，也与钢厂签定了把钢材淬透性能带缩窄并分档供应的协议。变速器和后桥主、从动圆锥齿轮用钢分别为20CrMnTiH(3)和20MnVBH(2)、20MnVBH(3)，对应淬透性能分别为J9=32～39HRC和J9=37～44HRC、J9=34～42HRC。

我国綦江齿轮厂引进了德国公司的重型汽车变速器齿轮生产技术，在国内按德国Ⅲ公司的标准试制了该公司的Cr-Mn-B系含硼齿轮钢获得成功。其齿轮材料的淬透性能为J10=31～39HRC

当然，20CrMnTi钢及20MnTiB钢、20MVB钢等含硼钢也存在不足。一般认为20CrMnTi等渗碳钢是本质细晶粒钢，渗碳后晶粒不会粗化，可直接淬火。但实际上由于钢材冶炼质量的影响，常常在正常条件下发生晶粒粗化现象。对多批材料的实际晶粒度试验，发现相当部分实际晶粒度只有2—3级(930℃保温3h条件下)。文献认为，20CrMnTi由于Ti含量较高，钢中TiN夹杂物多，尤其是大块的TiN夹杂是齿轮疲劳时的疲劳源，它的存在会降低齿轮的接触疲劳性能。这种夹杂物呈立方结构，受力时易发生解理开裂，导致齿轮早期失效。另一个问题是该钢的淬透性能有限，不能满足大直径大模数齿轮的要求，渗碳有效硬化层深度和心部硬度均不能满足重型齿轮的要求。此外，在热处理过程中20CrMnTi钢易产生内氧化和非马氏体组织而降低齿轮的疲劳寿命。但目前在我国齿轮渗碳钢中还没有哪一种钢在渗碳工艺上有20CrMnTi钢这样成熟和可靠。所以，它仍是目前国内使用最普遍的渗碳钢种。20MnVB、20MnTiB和20Mn2TiB等硼钢也存在一些缺点，如在冶炼时由于脱氧去氮不好而使硼不能起到增加淬透性能的作用，因此，使硼钢的性能不稳定，渗碳淬火后的齿轮畸变增大而影响产品的质量。同时由于混晶和晶粒易于粗大，致变形不易控制和韧性较差，且硼钢齿轮根部易产生托氏体组织和碳氮共渗齿轮的黑网、黑带。因此，目前很多工厂中止使用该钢种。然而，决不能就此得出硼钢不适宜作齿轮渗碳钢的结论。含硼的渗碳钢在国外还有使用。例如，德国著名的Ⅳ齿轮厂，一直使用由其本厂拟订的保留钢种ZF7，这是一种含硼的低碳铬锰钢。该钢主要化学成分(质量分数，%)为0.15～0.20C，0.15～0.40S，1.0～1.3Cr，1.0～1.3Mn，0.001～0.003B。美国汽车变速器齿轮和后桥主、从动齿轮有的也采用含硼渗碳钢，如50B15、43BVl4和94B17。因此，只要钢厂冶炼技术跟上去，硼钢的上述问题是能够解决的。

20CrMnTiH、20MnVBH和20MnTiBH钢齿轮锻坯在连续式等温正火炉内进行处理可以保证得到均匀分布的片状珠光体+铁素体。这样可以使齿轮的热处理畸变大大减小，使齿轮的精度提高，使用寿命延长。

齿轮锻坯等温正火硬度为156～207HB。

铬锰钼钢和铬钼钢

22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH钢由于有着较高淬透性而用于中型汽车齿轮。此类钢可采用渗碳后直接淬火工艺。由于铬锰钼钢和铬钼钢中含有铬和钼等形成碳化物的元素，在渗碳过程中将促使轮齿表面碳含量增加，容易在渗碳层组织中出现大量碳化物，使渗碳层性能恶化。因此，齿轮采用铬锰钼钢和铬钼钢渗碳时，宜采用弱渗碳气氛，以防止形成过量碳化物。22CrMnMo和20CrMnMoH齿轮锻坯正火后在650～670℃进行高温回火处理，金相组织为细片状珠光体+少量铁素体，硬度为171～229HB。20CrMnH齿轮锻坯最好在连续式等温正火炉中处理，935～945℃加热，640～650℃先预冷后等温，可获得均匀的铁素体+珠光体组织，硬度为156～207HB。文献指出，20CrMoH钢冶炼工艺稳定，淬透性带较窄且易于控制，与20CrMnTi钢齿轮比较，具有热处理畸变小；渗层有良好、稳定的淬透性；金相组织、渗碳淬火后的表面和心部硬度，均能较好地满足技术要求；疲劳性能好，比较适合汽车中小模数齿轮。综合考虑齿轮的服役条件，既保证齿轮的疲劳寿命，又减少齿轮的热处理畸变，在用以制造变速箱齿轮时应为J9=30～36HRC，用以制造后桥齿轮时应为J9=37～42HRC。

国外先进汽车齿轮用钢的国产化

随着国外先进车型的引进，各种齿轮钢的国产化使我国的齿轮钢水平上了一个新台阶。目前，德国的Cr-Mn钢，日本的Cr-Mo系钢，和美国的SAE86钢满足了中小模数齿轮用钢。国产载货汽车齿轮有的采用美国牌号SAE8822H钢，如8t和10t桥用圆锥齿轮采用SAE8822H，该钢主要化学成分(质量分数，%)为0.19～0.25C，0.70～1.05Mn，0.15～0.35Si，0.35～0.75Ni，0.35～0.65Cr，0.30～0.40Mo。文献认为，控制淬透性是解决齿轮畸变问题的关键。为减少畸变应选用Jominy淬透性带宽在4HRC以下的H钢。采用H钢的齿轮热处理后精度(接触区)比普通钢高70%～80%，使用寿命延长。因此，工业发达国家先后规定了渗碳合金结构钢的淬透性带。根据需要将淬透性带限制在很窄的范围(4～5HRC)。1)在德国订货时，可以要求钢材的淬透性能在给定的范围内，也可以要求缩窄淬透性能的钢材。17CrNiM06非常适合制造大模数重负荷汽车齿轮，该钢主要化学成分(质量分数，%)为0.15～0.20C，0.40～0.60Mn，1.50～1.80Cr，0.25～0.35Mo，1.40～1.70Ni。此钢在我国已开始生产和使用。文献认为，在17CrNiM06钢齿轮渗碳过程中，在适当降低渗碳后期碳势的同时加快渗碳后的冷却速度，由空冷改为风冷，阻止大块碳化物的形成，然后在630cC进行高温回火，以析出部分合金碳化物，为的是在820℃二次加热淬火时减少残留奥氏体量，最终获得较好的金相组织。2)奥地利"Styer"重型汽车厂要求淬透性带宽为7HRC。3)日本中重型货车，如“日野”牌KB222型载重9t汽车和“日产”牌CKL20DD型载货8t汽车的变速器齿轮及后桥齿轮广泛采用Cr-Mo系钢，如SCM420H和SCM822H钢，相当于我国国产化20CrMnMoH和22CrMoH钢。

此类钢具有较高的淬透性能。在一定范围内，齿轮的弯曲疲劳寿命随着淬透性的增加而提高。文献指出，长春一汽开始在生产“解放”牌9t载货汽车后桥齿轮时，采用20CrMnTiH钢，即使使用淬透性能为Ⅱ组的钢材(J9=36～42HRC)，热处理后齿轮轮齿心部硬度也只有22～24HRC，达不到齿轮技术条件规定的要求，汽车在使用时，后桥主动和从动圆锥齿轮发生早期损坏。因此不得不选用淬透性能更高的Ct-Mo钢，其主要成分参考日本的SCM822H齿轮钢，该钢材的主要化学成分(质量分数，%)为：0.19～0.25C，0.55～0.90Mn，0.15～0.35Si，0.85～1.25Cr，0.35～0.45Mo。经与钢厂协商，生产出了国产化的新钢种22CrMoH钢，其淬透性能指标为J9=36～42HRC，较好地满足了汽车齿轮的使用要求。但是，该钢的工艺性能较差，齿轮锻坯要经过等温退火处理后才能进行切削加工，硬度为156～207HB，金相组织为先共析铁素体+伪共析珠光体。此钢淬透性能较高，普通正火容易产生粒状贝氏体，粒状贝氏体的出现对切削加工极为不利，不仅使刀具的使用寿命大幅度下降，而且由于异常组织的出现，总是伴随着金相组织的不均匀性，最终造成齿轮热处理畸变的增大。4)近年来，美国汽车制造厂家力图降低生产成本并提高零件的可靠性和耐久性，这就需要产品的几何尺寸及力学性能的高度一致。对热处理的零件要改善产品性能的一致性，必须降低零件淬火后硬度的分散程度，这就与钢的淬透性能带的宽窄程度有直接关系。齿轮心部硬度的一致性将减少热处理的畸变，从而提高齿轮的精度，并使轮齿表层的残余压应力分布更加均匀。美国载货汽车变速器齿轮和后桥主动圆锥齿轮用钢有的采用SAE8620钢和SAFA820钢制造。美国SAE8620H、SAE8822H等牌号钢在我国也已开始生产(如宝钢集团上钢五厂等)和使用，分别用于中型载货汽车变速器齿轮和后桥圆锥齿轮。

国内重型汽车齿轮用钢

目前，我国齿轮钢基本满足使用和引进技术过程国产化的要求，而重型车传动齿轮及中重型车的后桥齿轮用钢，尚有待开发和生产。根据国内重型汽车的使用技术现状分析，超载使用和路况较差这两个问题较为严重，而且短期内无法克服，这就使齿轮经常承受较大的过载冲击载荷。过载冲击载荷介于疲劳和断裂应力之间，它对齿轮使用寿命有很大影响，往往造成齿轮早期失效。从这一点来说，大模数重负荷汽车齿轮应选择Cr-Ni或Cr-Ni-Mo系钢，如德国的17CrNiM06钢最好，还有国产20CrNi3H、20CrNiMoH钢。大功率发动机的问世促进了新型Cr-Ni-Mo系列齿轮钢的开发和应用。如新型齿轮用钢20CrNi2Mo、17CrNiM06。一汽集团某汽车改装公司开发了一种新型载货汽车桥，其特点是匹配发动机的功率大。为保证齿轮的使用寿命，对齿轮的材料及质量有了更高的要求，原采用22CrMoH钢制成的后桥主动圆锥齿轮在使用过程中出现早期失效，严重时甚至出现断齿现象。在热处理方面，由于齿轮材料热处理工艺有时不够稳定，部分齿轮的有效硬化层不够，齿轮心部和表面硬度偏低，这些都是导致齿轮早期失效的主要原因。而且，Cr容易形成晶间网状碳化物，有损渗层力学性能。分析发现，齿轮轮齿心部硬度低时，过渡层塑性变形会引起渗碳层产生过高应力，因而导致渗碳层形成裂纹，最后使整个轮齿断裂。为此，根据“斯太尔”汽车桥后桥主动圆锥齿轮使用20CrNi3H钢的良好行车使用效果，应确保齿轮的有效硬化层深度在1.8～2.2mm，齿轮轮齿心部硬度在38～45HRC，齿轮表面硬度在60～64HRC，碳化物在1～3级，马氏体、残留奥氏体在1～4级，这样可使齿轮的使用寿命提高30%～40%。

粉末冶金齿轮

粉末冶齿轮是少切屑、无切屑的高新技术的产物。

虽然粉末冶金齿轮在整个粉末冶金零件中难以单独统计，但无论是按重量还是按零件数量，粉末冶金齿轮在汽车、摩托车中所占的比例都远远大干其他领域中的粉末冶金零件。因此，从汽车、摩托车在整个粉末冶金零件中所占比例的上升可以看出，粉末冶金齿轮在整个粉末冶金零件中处于飞速发展的地位。如果按零件特点来分，齿轮属于结构类零件，而结构类零件在整个铁基零件中所占的绝对重量也远远大于其他几类，粉末冶金零件。

主要粉末冶金齿轮

(1)凸轮轴齿形带轮凸轮轴齿形带轮是各种汽车发动机中普遍使用的粉末冶金零件，通过一次成形和精整工艺，不需要其他后处理工艺，可以完全达到尺寸精度要求，尤其是齿形精度。因此，与用传统机械加工方法制造相比，在材料投入和制造上都大大减少，它是体现粉末冶金特点的典型产品。粉末冶金零件配套举例

配套类别零部件名称：汽车发动机；凸轮轴、曲轴正时带轮，水泵、油泵带轮，主动、从动齿轮，主动、从动链轮，凸轮，轴承盖，摇臂，衬套，止推板，气门导管，进、排气门阀座汽车变速箱；各种高低速同步器齿毂及组件，离合器齿轮，凸轮、凸轮轴，滑块，换挡杆，轴套，导块，同步环

摩托车零件；从动齿轮及组件，链轮，起动棘爪，棘轮，星形轮，双联齿轮，副齿轮，变速齿轮，推杆凸轮，轴套，滑动轴承，定心套，从动盘，进、排气门阀座

汽车、摩托车油泵；各种油泵齿轮、齿毂，各种油泵转子，凸轮环汽车、摩托车减振器各种活塞，底阀座，导向座压缩机各种活塞，缸体，缸盖，阀板，密封环农机产品各种轴套，转子，轴承.

其他；分电器齿轮，行星齿轮，内齿盘，组合内齿轮，各种不锈钢螺母，磁极。

十二五时期发展格局

十二五时期是中国齿轮行业发展的黄金期，未来十年，齿轮行业应加快朝由大变强的目标迈进，调结构、上水平是重要任务，也是目前行业亟待扭转的关键问题。十二五期间是我国经济社会发展极其关键而特殊的时期，也是全球政治经济格局必将发生重大变化的时期，在新的历史起点上的齿轮行业必须要把握四个变革。

经济全球化与贸易保护主义的博弈

特别值得注意的是，少数国家挑起的贸易保护主义，有可能引发全球范围内的贸易保护。目前经济全球化和贸易保护主义正处于博弈阶段，但趋势应是经济全球化。同时，后金融危机时代，人民币面临着升值的巨大压力。这意味着进出口格局将产生新的变化，更多的国际产品将进入中国与国产品牌直接竞争。我国齿轮企业必须要在竞争中走向成熟。未来的竞争格局将是集团化趋势明显，行业集中度提高；国际大企业重心转移，纷纷加大对中国等新兴市场的投入，国内竞争国际化加剧；国外企业越来越重视中国元素，未来将专门研发针对中国市场的产品。

信息化和工业化融合及由此带来的技术变革

应采取有效措施，用信息技术改造提升齿轮行业，改变我国齿轮产品档次低和经济效益不高的状况。如使用自动化、智能化设备，降低成本和能源消耗;推动计算机集成制造系统等在齿轮行业的应用，形成强大的先进装备制造体系等。

竞争更加激烈，产业融合成为大势所趋

随着全球一体化的到来，关联度越来越高的产业需要面对越来越多的共同课题，需要建立广泛的合作。而这种合作已不再仅是提供产品这么简单。将从源头上打破产业之间壁垒，以行业需求为导向成为产业之间融合发展的新趋势。为达成通过产业融合推动技术创新的目的，行业间应从技术、标准和法规、信息服务与软科学研究、品牌推广等方面全方位合作，合理利用双方的资源，进行前瞻性产品的设计与开发，确保我国自主创新技术的适用性和领先性。

低碳经济发展模式的变革

目前低碳化已成为制造业发展的主题。随着越来越多的国家主体做出低碳化承诺，节能减排将是企业下一步技术发展的方向。行业也应抓住低碳经济的机遇，提前介入混合动力、燃料电池、电机电子等新能源技术的研究；进一步挖掘传统能源的潜力，大力发展再制造等技术，推动产业实现绿色发展、循环发展。

同名小说

现在正在连载于《萌动漫》上的原创轻小说

文/ 墨麒插画/李昀

内容：讲述一个曾经身患绝症的高二18岁男生夏树在夜里遇到一个“吸血鬼”少女，并因为被吸血，绝症治好了，而且别称为了“储备粮君”。一年间，夏树每天晚上都会乖乖地“献血”给那个“少女”，一切都像早已习惯一样，好无所谓地一年。但是在一天晚上，吸血鬼少女在公寓天台上吻过夏树后消失得无影无踪。夏树不知所措地接受了这一切，并且想要坚强地活着。高三，以为转校生来了，正是那位一年前消失的那位“吸血鬼”少女，并且自称“夏夕”，还告诉夏树，“齿轮开始转动了，这个世界要选择新的主人”。故事就在这开始了……

标准齿轮模数齿数计算

齿轮的直径计算方法

齿顶圆直径=（齿数+2）*模数（正常齿）

分度圆直径=齿数*模数

齿根圆直径=（齿数-2.5）*模数（正常齿）

比如：M4、齿32

齿顶圆直径=（32+2）*4=136mm

分度圆直径=32*4=128mm

齿根圆直径=32-2.5 *4=118mm

这种计算方法针对所有的模数齿轮（不包括变位齿轮）。

模数表示齿轮牙的大小。

齿轮模数=分度圆直径÷齿数=齿轮外径÷（齿数+2）

齿轮模数选择

齿轮模数国家标准为GB1357-78。

优先选用模数：0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.25mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、 14mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm；

可选模数：1.75mm、2.25mm、2.75mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、7mm、9mm、14mm、18mm、 22mm、28mm、36mm、45mm；

很少用模数：3.25mm、3.75mm、6.5mm、11mm、30mm；

齿轮基本参数

1．齿数Z

闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=20~40。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取z1=17~20。

为使齿轮免于根切，对于α=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z1≥17。Z2=uz1。

2．压力角α rb=rcosα=1/2mzcosα

在两齿轮节圆相切点P处，两齿廓曲线的公法线（即齿廓的受力方向）与两节圆的公切线（即P点处的瞬时运动方向）所夹的锐角称为压力角，也称啮合角。对单个齿轮即为齿形角。标准齿轮的压力角一般为20”。在某些场合也有采用α=14.5 、15 、22.50及25等情况。

3．模数m=p/ π

齿轮的分度圆是设计、计算齿轮各部分尺寸的基准，而齿轮分度圆的周长=πd=z p

模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮模数大，则其尺寸也大。

4．齿顶高系数和顶隙系数—h*a 、C*

两齿轮啮合时，总是一个齿轮的齿顶进入另一个齿轮的齿根，为了防止热膨胀顶死和具有储成润滑油的空间，要求齿根高大于齿顶高。为次引入了齿顶高系数和顶隙系数。

正常齿：h*a =1； C*=0.25 短齿：h*a =0.8； C*=0.3

齿轮精度

齿轮精度是指对齿轮形状的综合误差所划分的一个等级，其中包括齿形、齿向、径跳等一些重要的参数，其中齿形是指齿的径向形状，齿向是指齿的纵向形状，径跳是指相邻两齿间距离的误差，一般我们汽车用的齿轮可由滚齿机加工完成，6~7级便可使用，而一些印刷机由于需要高速运转和批量印刷，故需要高精度齿轮以减小齿轮累计所造成的误差而使印刷效果下降，而国内生产的磨齿机可加工至4~5级，国外进口的高精度磨齿机可加工至3,~4级，更有一些可以加工至2级。而日本标准DIN 0级相当于中国评判的4级，一般误差以μm为单位，1μm=0.001mm

赵薇歌曲《齿轮》

基本信息

《还珠格格》第二部插曲

赵薇 - 齿轮

作词：涂惠元

作曲：张淳淳

专辑：小燕子赵薇

演唱者：赵薇

歌词

滴着水的屋檐水花滩在路边

没有家的人裹足不前

灰蒙蒙的夏天爱被谁跳了电

断断又续续叫人疲倦

云和月拥抱蓝天我和你困在雨天

周而复始地上演一圈一圈地深陷

凹凸不平的世界痛像齿轮紧咬住心田

日日夜夜年年转呀转呀不停歇