1.常用合金钢材料

低合金高强度钢（如20CrMnTi、20CrMo）：渗碳后表面硬度HRC58~62，心部韧性好，适用于中等载荷（如汽车、工程机械）。

中碳合金钢（如40Cr、42CrMo）：调质处理后硬度HRC45~50，抗冲击性强，适合重载（如矿山机械）。

渗碳钢（如18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A）：高镍含量提升淬透性，表面硬度HRC60+，用于高速重载（如风电、航空）。

轴承钢（如GCr15）：高碳高铬，耐磨性极佳，适用于高精度、低噪音场景（如机器人关节）。

耐腐蚀钢（如316L不锈钢）：耐腐蚀性强，用于化工、海洋环境（如食品机械）。

2.选材原则

载荷/转速：高载荷选40Cr、42CrMo；高转速选20CrMnTi。

工艺：渗碳钢控层深（0.8~1.2mm）；中碳钢需调质。

环境：腐蚀环境必选不锈钢。

一、 铸铁材料

适用于中低速、重载、对减震性要求高的场合。

球墨铸铁（如QT600-3）：最常用。性能接近钢，强度高、耐磨且减震性好，性价比突出。广泛用于汽车差速器、工程机械等。

灰铸铁（如HT300）：减震性极佳、成本低，但强度和韧性差。仅用于低载荷、低速的开放式传动。

二、 非金属材料

主要用于轻载荷、高转速、要求低噪音、耐腐蚀或忌油的场合。

工程塑料（如尼龙、聚甲醛）：最常用。重量轻、运行噪音极低、耐磨且自带润滑性。普遍用于家用电器、办公设备等产品。

选材核心：重载、低成本选球墨铸铁；轻载、要求静音选工程塑料。

一、非标齿轮理论

非标齿轮，即非标准齿轮，是为满足特定机械产品的个性化需求而设计的齿轮。其设计突破了标准齿轮的参数限制，能够根据客户的具体应用环境和功能要求进行定制，涵盖承载能力、传动比、转速等关键参数。

设计理论要点：

1.参数定制化：非标齿轮的模数、齿数、压力角、变位系数等核心参数可根据实际需求灵活调整。例如，在需要高承载能力的场景中，可通过增大模数或优化齿形来提升齿轮的强度。

2.性能优化：通过优化齿轮的几何参数（如齿形、齿向）、材料选择及表面处理工艺，可显著提高机械传动系统的效率和寿命。例如，采用渗碳淬火处理可增强齿轮表面的硬度和耐磨性。

3.仿真分析：利用先进的计算机辅助设计（CAD）软件和有限元分析（FEA）技术，对齿轮进行精确建模和性能预测，确保设计方案的可行性与优化。

二、非标齿轮制造工艺

非标齿轮的制造工艺涵盖设计、材料选择、加工、检测及表面处理等多个环节，每个环节均对齿轮的最终性能产生关键影响。

制造工艺流程：

1.设计阶段：

需求分析：与客户充分沟通，明确齿轮的传动比、模数、齿数、压力角等参数，以及不锈钢材质的具体型号、表面处理要求等。

精确建模：使用CAD软件进行三维建模，并结合FEA技术对齿轮的强度、刚度等性能进行预测和优化。

2.材料选择：

根据齿轮的使用环境和负荷要求，选择合适的材料。常见的齿轮材料包括合金钢（适用于高承载场景）、不锈钢（适用于耐腐蚀场景）、铸铁（适用于低成本场景）等。

3.加工工艺：

坯料制备：通过切割、锻造、铸造等方式获得接近最终形状的坯料，为后续加工留适当余量。不锈钢坯料需注意其材质特性，选择合适的切割工具和工艺参数，防止出现裂纹等缺陷。

齿形加工：滚齿加工：效率高、精度较高，适用于加工外齿轮。需根据不锈钢齿轮的硬度选择合适的滚齿刀，如硬质合金滚齿刀。

插齿加工：适合加工内齿和外齿，尤其是内齿轮及小模数齿轮。刀具通常为高速钢。

铣齿加工：可加工出复杂的齿形，对于一些非标形状的不锈钢齿轮铣削较为适用。但加工精度相对滚齿和插齿略低，需合理选择铣刀和切削参数。

磨齿加工：对淬硬后的齿轮进行精加工，能显著提高齿面精度和光洁度。常用CBN或陶瓷材质的磨齿砂轮。

其他加工：根据设计要求，可能还需进行钻孔、铰孔、攻丝等加工，以安装键、轴等零部件。需保证孔的尺寸精度和位置精度。

4.质量检测：

尺寸精度检测：使用卡尺、千分尺、三坐标测量仪等量具，检查齿轮的模数、齿数、齿厚、齿宽、孔径等尺寸是否符合设计要求。

齿形精度检测：使用齿轮测量中心等专业设备，对齿形误差、齿向误差、齿距累积误差等进行检测，确保齿形精度达到相应等级标准。

表面质量检测：通过目视、光学显微镜、电子显微镜等方法，检查齿面是否有裂纹、气孔、夹杂物等缺陷，以及表面粗糙度是否符合要求。

5.表面处理：

热处理：通过淬火、回火、渗碳淬火、氮化等工艺，提高齿轮的硬度、强度和耐磨性。需根据不锈钢材质和性能要求选择合适的热处理工艺，并严格控制工艺参数，防止齿轮变形、开裂等缺陷。

镀层处理：镀硬铬、镀镍磷合金等镀层处理可提高齿轮的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和润滑性，改善齿轮的表面质量和使用性能。

平面直伞齿轮（通常指直齿圆锥齿轮）出现断齿是机械传动中常见的失效形式，主要由过载、疲劳、设计缺陷、制造误差或维护不当等因素引发。以下是具体原因分析及预防措施：

一、过载与冲击载荷

1.原因

短期过载：如设备启动时瞬间扭矩过大，或传动系统被卡死导致齿轮承受超出设计极限的载荷。
冲击载荷：频繁的急停、反转或负载突变（如输送带突然卡滞），使齿轮齿根承受交变应力冲击。
安装误差：齿轮轴线偏移、中心距偏差或啮合角错误，导致局部应力集中，加剧齿面接触疲劳。

2.表现

齿根处出现明显断裂面，断口平整或呈脆性断裂特征。
伴随异常噪音、振动或传动卡顿。

3.预防

优化启动/停止流程，避免急加速或急刹车。
定期检查并调整齿轮安装精度（如轴线平行度、中心距）。
选用更高承载能力的齿轮材料或增加齿宽。

二、疲劳断裂

1.原因

交变应力：齿轮在长期运转中，齿根部位因弯曲应力反复作用产生微裂纹，逐渐扩展至断裂。
润滑不良：润滑油不足或污染导致齿面摩擦增大，局部温度升高，加速疲劳裂纹萌生。
表面质量差：齿面粗糙度过高、热处理裂纹或残留应力，降低疲劳强度。

2.表现

断齿边缘呈贝壳状花纹（疲劳源区），断口粗糙度逐渐变化。
断裂多发生在齿根圆角处（应力集中区域）。

3.预防

选用高疲劳强度材料（如合金钢）并进行表面强化处理（如渗碳淬火、喷丸）。
优化齿根圆角半径，减少应力集中。
定期更换润滑油，保持油路清洁，控制油温。

三、设计缺陷

1.原因

模数选择不当：模数过小导致齿厚不足，抗弯强度降低。
齿数过少：小齿数齿轮齿根弯曲应力更大，易发生断裂。
材料选择错误：未根据工况（如高温、腐蚀）选用合适材料，导致强度不足或耐久性差。

2.表现

断齿位置与设计薄弱环节一致（如小齿数齿轮）。
伴随其他设计相关失效（如齿面点蚀、胶合）。

3.预防

重新计算齿轮参数，确保模数、齿数满足强度要求。
根据工况选择材料（如不锈钢用于腐蚀环境，耐热钢用于高温场景）。
采用有限元分析（FEA）优化齿轮结构，降低应力集中。

四、制造与装配误差

1.原因

加工误差：齿形误差、齿向误差或基节偏差导致啮合不良，局部应力过大。
热处理变形：淬火后齿轮变形未校正，导致啮合间隙不均。
装配错误：齿轮轴线不平行、中心距过大或过小，引发偏载。

2.表现

断齿位置与加工缺陷位置相关（如齿形误差处）。
装配后出现异常噪音或振动。

3.预防

严格控制加工精度（如ISO 6级以上精度）。
对热处理后齿轮进行磨削或研磨校正。
使用专用工装确保装配精度，检测中心距和轴线平行度。

五、维护不当

1.原因

润滑失效：润滑油变质、油位不足或油路堵塞导致齿面直接接触。
异物侵入：金属屑、砂粒等进入啮合区，造成齿面损伤或断裂。
超期服役：齿轮磨损后未及时更换，导致齿厚减薄、强度下降。

2.表现

断齿前伴随齿面磨损、点蚀或胶合等前期失效。
润滑油中含金属粉末或杂质。

3.预防

建立定期维护计划，检查润滑油状态和齿轮磨损情况。
安装防护装置（如密封罩）防止异物进入。
及时更换磨损齿轮，避免带病运行。