一、減速機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與材料發(fā)展趨勢(shì)
1、減速器技術(shù)現(xiàn)狀
減速器是一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，是機(jī)械零件的重要組成部分。減速機(jī)體積小、重量輕、承載能力高、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定、噪音低。它具有功率分流和多齒嚙合的特點(diǎn)。內(nèi)齒輪采用20cvmnt滲碳淬火磨削。整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸小，輸出扭矩大，速比低，效率高，性能安全可靠。。最大輸入功率可達(dá)104kw。它在中國(guó)的裝備和制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于鋼鐵加工、電力、煤礦、紡織、環(huán)保、起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、儀器儀表、汽車、船舶、印刷、冶金、礦山、石油化工、輕紡、醫(yī)療器械、工程機(jī)械、航空航天等行業(yè)。
在中國(guó)，主要有工業(yè)通用減速器和專用減速器。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，減速機(jī)行業(yè)已將科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和售后服務(wù)聯(lián)系起來，并已成為一個(gè)完善的制造體系。十一屆三中全會(huì)以來，在引進(jìn)先進(jìn)加工設(shè)備、新技術(shù)和自主研發(fā)的幫助下，我國(guó)減速器技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，實(shí)施了各種自主設(shè)計(jì)和改造工作，最終促進(jìn)了中國(guó)減速器行業(yè)的快速發(fā)展，提高了產(chǎn)品的技術(shù)、設(shè)計(jì)和制造能力。目前，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域已開發(fā)出一些新型減速器，不僅能體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，而且能大大提高整體技術(shù)、承載能力、形狀質(zhì)量等指標(biāo)。但由于產(chǎn)品組成單一，質(zhì)量穩(wěn)定性差，產(chǎn)品可靠性差，特別是一些大型產(chǎn)品或有特殊要求的產(chǎn)品不能滿足市場(chǎng)要求，需要改進(jìn)從80年代末到90年代初，隨著滲碳淬火硬齒面齒輪減速器技術(shù)的不斷推廣，我國(guó)通用齒輪減速器取得了初步的發(fā)展。先后推出了zbj19004-1988、zbj19026-1990、Ybt050-1993等一系列減速器標(biāo)準(zhǔn)，并獲得了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)。一些生產(chǎn)硬齒面齒輪減速器的大型企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，有效地促進(jìn)了中國(guó)齒輪技術(shù)的發(fā)展，縮小了中外企業(yè)的差距，促進(jìn)了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展713在20世紀(jì)80年代，只有少數(shù)外國(guó)企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，如Flender。雖然它們?cè)诩夹g(shù)上領(lǐng)先于中國(guó)，但對(duì)中國(guó)發(fā)展勢(shì)頭迅猛的硬齒面減速器企業(yè)不會(huì)構(gòu)成太大威脅。
到了20世紀(jì)90年代，隨著中國(guó)對(duì)外開放政策的推進(jìn)，許多國(guó)外知名企業(yè)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在技術(shù)規(guī)模和設(shè)備方面具有世界領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。他們的通用減速機(jī)已經(jīng)更新，新的減速機(jī)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，承載能力等主要指標(biāo)已經(jīng)大大提高，在推廣模塊化設(shè)計(jì)方面做了大量工作。相比之下，中國(guó)提出的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)落后，在價(jià)格上沒有優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)90年代中期，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢(shì)下，中國(guó)齒輪行業(yè)的科研和產(chǎn)品開發(fā)模式發(fā)生了巨大變化。許多企業(yè)希望學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)水平，開發(fā)能與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新產(chǎn)品，在行業(yè)發(fā)展中處于有利地位。
2、減速機(jī)及其材料的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和技術(shù)的飛速發(fā)展，各國(guó)開發(fā)的中小型減速機(jī)正朝著模塊化、批量化、高精度、低成本的方向發(fā)展。此外，現(xiàn)有減速機(jī)已根據(jù)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)，大功率減速機(jī)正朝著高精度、高可靠性、低噪音、占地小、重量輕的方向發(fā)展；高速重載減速器未來的發(fā)展方向是大功率、高精度、高可靠性。
二、減速機(jī)材料選擇說明
1、合金元素及其金屬元素在合金中的作用
鉬、鎳和鉻等合金元素是齒輪軸材料的基本合金元素。齒輪軸由硬質(zhì)合金和非硬質(zhì)合金組成。在滲碳過程中，鉬和鉻有助于表面碳濃度的增加，這種增加非常明顯，這是由于它們自身的化學(xué)性質(zhì)。然而，鎳的作用正好相反，它會(huì)逐漸降低碳濃度，直到碳濃度變平，使?jié)B碳性能更強(qiáng)。不同元素的淬透性不同。例如，添加鉻可以改善鋼的淬透性，但鎳的性能并不明顯。如果同時(shí)向鋼中添加Cr和Ni，鋼的淬透性將急劇增加，尤其是當(dāng)Cr和Ni的比例為1:3時(shí)。鉬能抑制馬氏體的形成；鉬改善了淬火變形的控制，尺寸增大，這也是減速機(jī)齒輪淬透性改善的結(jié)果；添加鉬后，即使碳含量范圍擴(kuò)大，滲碳層的硬度也不會(huì)受到很大影響，可以獲得更穩(wěn)定的硬化層；鉬的加入可以抑制滲碳層的氧化現(xiàn)象，并在疲勞載荷和斷裂應(yīng)力沖擊方面對(duì)滲碳層有較高的承載力。鉬還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如細(xì)化鋼晶粒、控制過熱敏感性，即使環(huán)境溫度很高，鋼也非常穩(wěn)定且不易變形。鋼中的碳化物與鉬發(fā)生反應(yīng)，其形貌也隨之改變。如果碳化物形狀為球形且細(xì)小，則有助于提高齒輪和軸承的質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命，并具有良好的耐磨性和抗疲勞性。
2、材料性能描述
42CrMo和35CrMo屬于調(diào)質(zhì)鋼，均具有疲勞極限和很強(qiáng)的抗沖擊性。它們是制造傳動(dòng)部件的主要材料。與35CrMo相比，42CrMo具有更好的抗拉強(qiáng)度和滲透性等指標(biāo)，更容易制造高強(qiáng)度和大面積調(diào)制的元件。20CrMnMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6等材料屬于高級(jí)滲碳碳鋼。滲碳淬火后強(qiáng)度高，耐磨性強(qiáng)。它們可用于制造表面硬度高、耐磨性好的部件，以及要求高的硬齒面齒輪。
通過比較上述五種材料的機(jī)械性能，42CrMo和35CrMo是高強(qiáng)度、高塑性和高韌性的調(diào)質(zhì)鋼，因此更適合制造軸。通過兩種材料的比較，42CrMo具有更好的低速接觸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，而材料價(jià)格與35CrMo相差不大，因此更適合作為減速器的輸出軸材料
對(duì)于新型輕型減速器的整個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，20CrMnMo、20CrNi2Mo、，17CrNiMo6和其他高級(jí)滲碳鋼性能良好，因此適合用作減速器的齒輪材料。通過力學(xué)性能對(duì)比，得出17CrNiMo6和20CrNi2Mo的抗交變載荷性能和疲勞強(qiáng)度均優(yōu)于20CrMnMo。其中，17CrNiMo6的高抗彎強(qiáng)度至少比20CrNi2Mo高200MPa，熱處理更容易推廣，加工成本降低，兩種材料的價(jià)格差異較小。因此，17CrNiMo6更適合作為制造減速機(jī)齒輪的材料。
3、最后總結(jié)
42CrMo比35CrMo更適合制造軸。20CrMnMo、20CrNi2Mo和17CrNiMo6適合制造淬火齒輪和軸，但17CrNiMo6比其他兩種齒輪鋼具有更好的機(jī)械性能和滲透性。同時(shí)，17CrNiMo6良好的熱處理性能和熱處理工藝可以有效保證產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)算減速器疲勞強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)要求MQ等級(jí)選擇熱處理等級(jí)，極限應(yīng)力取σHlim＝1500MPa，σFlim＝500MPa，符合中國(guó)減速器企業(yè)的生產(chǎn)需求。在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，有效提高了行業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，防止了技術(shù)壟斷，促進(jìn)了中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步。
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