[发明专利]一种分区梯度组分齿轮

说明书

本发明公开一种分区梯度组分齿轮，属于机械传动机构设计技术领域。本发明所述齿轮包括齿轮主盘和多个卡齿，所述卡齿从外到内依次分为刚性强度区、中部缓和区、韧性扭转区三个工作区；所述齿轮的卡齿由钢材料制备得到，三个工作区中铬的组分含量依次递减，其余成份相同。本发明所述基于增材技术高性能梯度组分齿轮，通过设计三种不同的工作区，在两个卡齿啮合产生接触碰撞时，可起到不同作用，可解决齿轮啮合工作过程中存在的畸变、处接触应力增加、齿轮渐开线处韧性增加、齿根处弯曲应力增加、齿轮的寿命降低等问题，可使齿轮间啮合平稳，起到一定延长寿命的作用。

技术领域

本发明涉及一种分区梯度组分齿轮，属于机械传动机构设计技术领域。

背景技术

齿轮，作为当今日常应用最广的机械传动形式，广泛应用于交通运输、生产制造、智能化产业等众多领域。齿轮传动是机械传动中最重要的传动形式之一，齿轮传动具有如下特点：效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比稳定，安装精度要求高等。

在齿轮的生产制造过程中其轮齿部分由于其受力情况复杂、工作环境较为恶劣，往往需要多道复杂的加工工序，以保证齿轮的疲劳强度及寿命，传统的齿轮材料一般使用碳钢，中碳钢，合金等构成，这种单一材料的齿轮非常难以处理，虽然达到了工作环境和使用的要求，但由于其表面仍然不够坚韧，耐磨，容易发生磨损、腐蚀轮齿表面，甚至使齿轮发生齿根折断，影响其使用寿命。

齿轮的传动等功能在机械工作中起着十分关键的作用；但由于机械生产中的工作强度大及其他相关因素，机械齿轮失效问题出现频繁，严重时会导致机械设备瘫痪，降低机械生产的效率，甚至会导致安全事故，必须加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有齿轮存在的问题，并提供一种高性能梯度齿轮，具备表面硬度高，摩擦系数低，耐腐蚀性强，工作噪声小，安全性能优异，齿轮传动稳定性优异等特点，解决了现有齿轮材料成份单一，在啮合工作过程中容易发生胶合，齿根折断等因材料性能的欠缺而损伤的一系列问题。

本发明的技术方案：一种分区梯度组分齿轮，包括齿轮主盘和多个卡齿，所述卡齿从外到内依次分为刚性强度区、中部缓和区、韧性扭转区三个工作区；所述齿轮的卡齿由钢材料制备得到，三个工作区中铬的组分含量依次递减，其余成份相同；所述刚性强度区为卡齿接触摩擦区，所含铬组分最多，中部缓和区为卡齿内部缓冲区，所含铬组分不高，韧性扭转区位于卡齿芯部，相匹配较高韧性材料，也是铬含量较少的部分。

优选的，本发明所述刚性强度区、中部缓和区、韧性扭转区三个工作区的高度比为3:4:3。

优选的，本发明所述刚性强度区中Cr粉质量百分比为3-4%，所述中部缓和区中Cr粉质量百分比为2-3%，所述韧性扭转区中Cr粉质量百分比为1-2%。

优选的，本发明所述刚性强度区中各原料及其重量百分比为：Cr粉3-4%，C粉0.15-0.23%，Si粉0.17-0.37%，Mn粉0.8-1.1%，P粉≤0.035%，S粉≤0.035%，Ti粉0.04-0.1%，Cu粉≤0.2%，余量为Fe。

优选的，本发明所述中部缓和区中各原料及其重量百分比为：Cr粉2-3%，C粉0.15-0.23%，Si粉0.17-0.37%，Mn粉0.8-1.1%，P粉≤0.035%，S粉≤0.035%，Ti粉0.04-0.1%，Cu粉≤0.2%，余量为Fe。

优选的，本发明所述韧性扭转区中各原料按重量百分比为：Cr粉1-2%，C粉0.15-0.23%，Si粉0.17-0.37%，Mn粉0.8-1.1%，P粉≤0.035%，S粉≤0.035%，Ti粉0.04-0.1%，Cu粉≤0.2%，余量为Fe。

本发明所述齿轮通过增材制造方法制备而成。

本发明所述三部分工作区各对应不同受力包括弯曲应力，接触应力等，接触应力对应卡齿强度高的刚性强度区，弯曲应力对应卡齿韧性扭转工作区，中部缓冲区起连接缓和过度作用。