如何合理选择和运用材料

机械制造的主要工作就是把材料加工成各种形状和性能的零件，装配以后成为具有各种性能的机械设备。机械制造使用的材料有钢铁材料（黑色金属）、非铁材料（有色金属）、非金属（塑料、木材、橡胶、玻璃等），其中钢铁占90%以上。这是由于钢铁材料在强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀、热处理和加工性能方面具有一系列的优点，价格适当，得到了广泛的应用。机械的常用零件齿轮、滚动轴承、轴、紧固件、机架使用最多的材料就是钢或铸铁。由表1-2，表1-4，表1-5可以看出钢铁工业和非铁金属冶炼工业，是产生污染的主要行业，也是消耗能源的大户。因此减少材料的消耗，减轻机器的重量，节省原材料，对于节能减排有显著的效果。

提高材料的强度，尤其是提高关键零件的强度，对于减轻机械的重量，节约材料有重要的作用。例如齿轮减速器，过去采用碳素钢调质处理的低硬度齿面齿轮，其齿面硬度在350HBW以下，由于齿面硬度低，承载能力差，齿轮减速器尺寸很大，后来采用硬齿面齿轮，或中硬齿面齿轮，由于齿轮硬度提高，齿轮的尺寸减小，减速器的箱体尺寸随之减小（或同样尺寸减速器，传递功率较大）。中硬齿面齿轮减速器和硬齿面齿轮减速器的材料和热处理见表2-2（摘自ZBJ19004—1988）。图2-2所示为两级展开式渐开线圆柱齿轮减速器，以中心距d=400mm的ZLY（圆柱齿轮—两级—硬齿面）、ZLZ（圆柱齿轮—两级—中硬齿面）减速器为例。其外形尺寸相同A×B×H=1280mm×690mm×968mm，质量1750kg。取高速轴转速n₁=1500r/min、传动比i=18的减速器数据比较，ZLY型硬齿面齿轮减速器传递功率可达899kW，ZLZ型中硬齿面齿轮减速器传递功率可达216kW，相差4倍多。同样尺寸的软齿面齿轮减速器传递功率为硬齿面传递功率的1/9以下，目前已很少使用。

表2-2 渐开线圆柱齿轮减速器的齿轮材料和热处理

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图2-2 两级展开式渐开线圆柱齿轮减速器（ZBJ19004—1988）