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畢業(yè)設計（論文）翻譯
題目名稱：齒輪和緊固件材料選擇
院系名稱：機 電 學 院
班 級：
學 號：
學生姓名：
指導老師：
日期 ：2011.3
齒輪材料
齒輪有各種各樣的材料制成，有金屬的，也有非金屬的。正如設計中所用到的一樣，對于特殊齒輪來說，選擇的材料要最便宜且容易獲得，并且要確保達到令人滿意的工作效果。在選擇材料之前，設計者必須明確幾個標準中對于所面臨的問題來說，哪些是最重要的。如果高強度是首先要考慮的問題，通常選擇鋼而不是鑄鐵、如果耐磨性是最重要考慮的，與黑色金屬相比，有色金屬是更好的選擇，還有另外一個例子可以說明怎樣選擇材料，對于涉及減少噪音的問題，非金屬材料比金屬材料更可取。這在大多數(shù)設計問題中是一個事實。換句話說，材料的選擇被涉及的各種工作要求所限制，盡管它不是在所有的地方都合適，我們將根據(jù)金屬材料的一般類別來認識他的特點,來終結這個討論。
鑄鐵 鑄鐵是一種用于制造齒輪的最普通的材料。它價格低廉，易于鑄造，具有良好的切削加工性能，高耐磨性，良好的吸震性能。這些特性使它成為加工齒輪的合理選擇，鑄鐵作為齒輪材料的最大缺點是抗拉強度低，這使齒輪牙在彎曲時很弱，并且必須使用較大的輪齒。
鑄鐵的另一種類型是球墨鑄鐵，球墨鑄鐵是在鑄鐵中加入一種材料像鎂或者鈰，這種合成的結果是得到一種具有較高的抗拉強度同時又具有普通鑄鐵良好耐磨性和機械加工性能打材料。
通常，鑄鐵齒輪和鋼齒輪的嚙合將會在成本、強度、耐磨性等問題上給設計帶來平衡。
鋼 鋼制齒輪通常是普通碳鋼和合金鋼制成。它有優(yōu)于鑄鐵的特性，在不增加成本的情況下具有高強度。然而，它們通常通過熱處理產生足夠的表面強度來達到高耐磨性要求。不幸的是，熱處理過程通常產生使齒輪產生彎曲變形，導致齒輪的載荷與輪齒表面的變形不一致，因為合金鋼和碳鋼比，由于熱處理產生的變形小，它們選擇時更優(yōu)先選碳鋼。
盡管在這里不打算討論各種熱處理方法和對熱處理材料性能的影響。但設計者應該考慮使用熱處理材料可能引起的問題。
齒輪經(jīng)常要進行通體淬火，并用水或油冷卻以增加它的耐磨性。如果低硬度就能滿足要求。通體淬火可能是最能滿足要求的熱處理過程，并且它的價格并不昂貴。
表面硬化通常用于表面硬度要求高丹并不要求高精度的齒輪。表面硬化過程使齒輪表面比心部具有更高的硬度，表面硬化的優(yōu)勢是經(jīng)過表面硬化的齒輪表面硬度很高，耐磨性好，而其心部有具有較高的韌性。
滲碳、氰化處理、氮化處理和感應淬火處理是用來產生表面硬化作用的過程。如果要求較高的精度，齒輪必須進行研磨，在表面又耐腐蝕性要求的條件下，氮化處理是必須被使用的熱處理過程。然而，氰化處理是一個相對而言比較昂貴的過程，它只在其他熱處理過程不能產生滿意結果的情況下使用，火焰淬火和感應淬火是通常被用于硬化大齒輪用的熱處理方法。
總結熱處理鋼的討論，設計者應充分利用沒有經(jīng)過熱處理的碳素鋼或合金鋼。如果較低表面硬度的未經(jīng)熱處理材料可以滿足要求時，隨著表面迎面硬度要求的增加，就考慮用熱處理鋼，選擇價格較低且能滿足強度和耐磨性的鋼。
有色金屬 銅、鋅、鋁和鈦是用于獲得齒輪合金的材料。銅合金，如青銅是最普遍應用的，。在要求抗腐蝕性的和滑動速度存在的場合，他們非常有用，由于他們具有減少摩擦和磨損的性能，他們通常被用于作制造蝸輪蝸桿傳動中蝸輪的材料。鋁鋅合金被用于通過鑄法制造齒輪。
非金屬材料 非金屬材料被用于制造齒輪已經(jīng)很多年了，皮革、尼龍各種塑料等等都被用過，使用這類材料的優(yōu)勢是運行安靜、潤滑良好、緩沖振動、制造經(jīng)濟。它們最重要的缺點是承載能力低，熱傳導能力差，這個缺點能導致齒輪的熱變形，并且嚴重削弱齒輪。
最近熱塑性樹脂也被用于齒輪材料，其采用玻璃纖維作為增強劑，潤滑劑作為添加劑，復合材料能產生較強的承載能力，減少熱量膨脹，較強的耐磨性和疲勞持久性。
緊固件材料的選擇
緊固件是有多種不同材料制成，例如：黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，這主要是因為緊固件是在多種復合條件下工作和使用。
腐蝕是指金屬材料由于工作環(huán)境所引起的破壞和變質。材料的腐蝕是很浪費的，它很難被察覺并且在不知不覺中不斷加劇，而且材料的腐蝕很難被控制。它也是頻繁引起緊固件是失效的主要因素。每年由于腐蝕給美國工業(yè)造成的損失達到上百億美元，并且這種腐蝕沒有任何回報。
在分析緊固件的用途時，設計人員首先應該質詢的問題之一是：該緊固件是要在什么樣的環(huán)境中使用和是否遭受腐蝕的侵襲？在有些情況下，這個問題是沒有答案的。任何肯定的答復都要求工程師去識別其暴露時的特征，預測可能產生的后果，并決定最有效的防范措施。由于考慮腐蝕作用的重要性，不進要考慮材料在空氣中的暴露，還要考慮電化學腐蝕、高溫氧化腐蝕、高壓脆化腐蝕。
大多數(shù)材料都具有熱敏感特性。對于金屬類緊固件來說，增加溫度對其材料性能的最重要影響是消弱其強度特性。當溫度變得足夠高，大約260℃甚至更高時，其他問題就相繼出現(xiàn)，像涂層破壞、高溫氧化或腐蝕，有時二者兼有，膨脹率不相容等。
很少的有色金屬適合在高溫下工作，并且非金屬一般應避免在高溫下使用。因此，應首先考慮黑色金屬材料，在中碳鋼和超級合金范圍內尋找合適材料。當溫度低于230℃時通常用來制造緊固件的高等級中碳鋼和合金鋼均可以達到他們的工作要求。當溫度在230℃到480℃之間時，不銹鋼和鉻鉬鋼就能勝任工作。對于溫度更高時的情況，必須使用具有良好熱抗性的超級合金鋼。
在偶爾情況下，北部溫度下降到零下30℃，大多數(shù)金屬類緊固件將令人滿意地發(fā)揮其作用。然而，當緊固件需要長時間的暴露在零下溫度的環(huán)境時，向北極地區(qū)經(jīng)歷的情況，謹慎的設計者應該對緊固件的材料選擇作充分的考慮。
一般來說，隨著溫度的下降，大部分金屬材料的抗拉、屈服和抗剪強度都會隨之提高，不幸的是，金屬在其可鍛性和韌性降低時變得很脆弱，具有缺口敏感性的任何材料，像低碳鋼，非常不適用于低溫條件下。在特定應用場合中的緊固件合適材料的選擇是非常難的。然而實際上，任何對各種材料的特性限度有基本知識的工程師會發(fā)現(xiàn)在各種基本材料中選擇合適的材料并不是很難。例如，倘若緊固件的主要功能是傳遞能量，考慮鋼，如果空氣中帶有腐蝕性，就應該考慮帶有保護層的鋼，對于具有劇烈腐蝕性的環(huán)境選擇不銹鋼或有色金屬的一種，如果磁導率很重要，不要采用普通鋼材，而要選用奧氏體不銹鋼、鋁或者銅。
若強導電性是主要要求，就應選擇鋁或銅。在需要考慮穩(wěn)定性的場合，要考慮非金屬材料，對于需要減輕重量的場合，選擇鋁，如若減輕重量有一個高強度的要求，最明確的選擇是鈦，若果考慮到高、低溫度要求，選擇不銹鋼和超合金。
主要是工程師不必成為一名有經(jīng)驗的冶金家。工程師的職責是達到預期的工作要求并量化設計參數(shù)，保證緊固件達到要求，一旦工程師手里具有這些信息，合適材料的選擇將不再是一個問題。
在每種基材中，有多種經(jīng)過分析的化學成分，這些化學成分可以經(jīng)過挑選作為緊固件的特定材料。經(jīng)過適度的挑選制造和加工技術，用它們中任何一種生產能完全滿足工作性能的緊固件是可行的。設計師不需要對所有復雜的材料，制造生產方式等了如指掌。具體的選擇由緊固件的生產制造者，他們再合適的崗位對原材料技術做最后的選擇。
對于大多數(shù)緊固件的應用，工程師明確了解其性能。指定其基材和環(huán)境以便于生產者分析判斷做最后的選擇，以確保生產計劃和經(jīng)濟在允許的范圍內，生產者允許的界限越多，可以使他的設備和生產技術發(fā)揮的效益越高。一般來說，緊固件的花費與生產者允許選擇的范圍寬度直接相關。對于詳細的要求會扼殺獨創(chuàng)性造成成本劣勢。
緊固件中原材料的成本占其制造成本的30%到80%。到目前為止，最便宜的材料是低碳鋼，隨著碳含量的增加和合金成分增加鋼的價格也會增加，但中碳鋼和低合金仍然是最低價金屬材料的幾倍。例如總的來說，假定中碳鋼的成本為1，則300系列不銹鋼的成本為2.5，銅合金為5，鋁合金為6，銅鎳合金為20，鈦為75，而超級耐熱和耐低溫合金可達到100。設計工程師必須對原材料的成本很清楚，并且選擇的材料不能比其生產者提供的滿足工作性能的費用高。
參考文獻：
施平 機械工程專業(yè)英語教程 電子工業(yè)出版社 2003