粉末冶金齿轮设计指南

粉末冶金齿轮指南编制：李宏成2014-01-15目录1概述2粉末冶金齿轮流程2.1混料2.2成形2.2.1成形方式2.2.2成形条件2.3烧结2.3.1烧结基本原理2.3.2铜基烧结2.3.3铁基烧结2.3.4高温烧结2.3.5烧结气氛2.4精整2.5热处理2.6蒸汽处理2.7浸油3原料及选用3.1原料标准类型3.2材质的选用3.3MPIF，JIS，DIN标准材质对照表4粉末冶金齿轮设计及步骤5粉末冶金齿轮的公差6直齿轮、斜齿轮精度等级不同标准对照表7行星齿轮内孔与行星齿轮轴的配合尺寸8粉末冶金齿轮的检测9粉末冶金齿轮的设计原则10粉末冶金产品面取设计实例11粉末冶金产品毛刺的形成机理１概述粉末冶金法制造齿轮是一种高效、精密、灵活的金属加工工艺，适于大批量低成本生产高强度、高精度公差的齿轮。目前，用粉末冶金法制造的齿轮种类有：直齿轮、斜齿轮（螺旋角小于35°）、面齿轮、直齿锥齿轮、螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮。当齿轮含有凹槽、通孔、台阶或者凸台时，这种工艺更显示出其优越性。随着金属粉末材料的不断改进和粉末冶金成形技术与设备的快速发展，用粉末冶金工艺制造的齿轮质量不断提高，齿轮品种也日渐增多。目前，粉末冶金齿轮已被机械制造业，特别是汽车、摩托车、电动工具、小家电行业普遍认同，粉末冶金齿轮制造技术日臻完善，粉末冶金齿轮的市场不断扩大。在传统的制造方法中，齿轮首先通过铸造、锻造和冲压等方式来获得毛坯，然后将这些毛坯通过滚齿、插齿等方法加工而成。为了能在精密和高速运转的情况下使用，齿轮还要经过剃齿和磨齿这些二次加工来完成。按照这些方法来生产齿轮存在如下不足之处：①加工周期长，特别是对难加工的材料更是如此；②材料利用率低；③机加工齿轮齿部会存在不良的刀痕。与传统的齿轮制造工艺相比，粉末冶金齿轮具有一系列的优点，因此在机械制造工业，特别是汽车、摩托车、电动工具、办公机械、家用电器和机床等行业得到了广泛的应用。粉末冶金齿轮的优点：1）适合大批量生产，生产效率高，成本低。2）当齿轮具有不规则曲线、不规则的孔、花键、键槽、径向和轴向上凸台和凹槽等形状以及成形复合齿轮之类的齿轮时，用粉末冶金法制造，不需或只需少量切削加工。3）由于可近终成形成品齿轮，粉末冶金法制造齿轮的材料利用率可高达95%以上。4）粉末冶金齿轮的重复性和尺寸均一性非常好，避免了机加工齿轮过程中，由于切削刀具的磨损、加工装置的刚性差、机床的轴承间隙不同和人为因素所造成的齿轮形状、尺寸和精度的不同。5）粉末冶金可将几个零件一体化制造，生产出多联齿轮或复合齿轮。6）粉末冶金齿轮的密度可控。利用这一点可制造用于特殊场合的多孔性齿轮或将齿轮的不同部分做成不同密度。如齿毂部分具有较低的密度，可浸润滑油以增强自润滑，而齿部具有较高密度，以提高韧性和冲击强度。7）减少或消除了传统切削加工中不可避免的刀痕，改善了粉末冶金齿轮齿面的表面粗糙度。８）与同等质量的机加工齿轮相比，粉末冶金齿轮的多孔性结构的声音阻尼作用可以降低齿轮运转时的噪声。此外，粉末冶金齿轮的表面粗糙度较小和齿形一致性良好，也能使齿轮运转中的整体噪声减小。９）由于材料的密度降低或可根据需要设计齿轮的减重孔（或相近形状），使得粉末冶金齿轮的整体质量减小。粉末冶金齿轮的不足：１）中低产量生产时并不经济。与机加工工艺相比，粉末冶金工艺制造齿轮的最小经济批量取决于零件的大小、复杂程度、精度以及其它性能要求。在很多小批量的场合，粉末冶金齿轮的生产成本可能比传统制造方法的成本高。２）粉末冶金齿轮的尺寸大小受到压机压制能力的限制。３）由于压制和模具上的原因，一般不适宜生产蜗轮、人字形齿轮和螺旋角大于35°的斜齿轮。４）因为模腔深度和压机行程必须是齿轮厚度的2～2.5倍，同时考虑到齿轮高度纵向密度的均匀性，所以齿轮的厚度受到限制。2粉末冶金齿轮工艺流程混料成形烧结浸油浸油浸油热处理蒸汽处理出货精整机加工浸油浸油清洗清洗出货出货浸油浸油出货出货常温成形温压成形铜系烧结高温烧结铁系烧结2.1混料在压制成形前必须对原料进行混合，例如，在生产铁基制品时，根据产品的性能要求，确定出粉末混合料的化学成分。然后，根据此成分配制混合料。混合料中除铁粉、石墨粉以外,为了改善铁粉的压制性、使产品密度分布均匀和使产品最终孔隙互相连通，需加入少量硬脂酸锌(硬脂酸钙、硬脂酸钡效果较差)。在生产中，有时还加入少量的硫，以减小摩檫，改善压坯的密度分布。同时，硫在烧结过程中，生成硫化铁,它是一种良好的固体润滑剂,可提高制品的减摩性能。有时在铁粉中加入少量的机油，使铁粉和石墨粉的混合均匀性得到改善。2.2成形2.2.1成形方式（1）单向压制成形单向压制时，阴模和下模冲不动，由上模冲单向加压。在这种情况下，因摩擦力的作用使制品上下两端密度不均匀。即压坯直径越大或高度越小，压坯的密度差越小，所以要求单向压制的压坯，棒状的H／D≤1；套类的H／δ≤3(H―压坯高度，D―压坯直径；δ―套的壁厚)。单向压制的优点是模具简单，操作方便，生产效率高。缺点是只适于压制高度小或壁厚大的制品。（2）双向压制成形双向压制(图5-4)时，阴模固定不动，上下冲模以大小相等方向相反的压力，同时加压。这种压坯中间密度低，两端密度高而且相等。（3）浮动压制成形下模冲固定不动，阴模用弹簧、气缸、油缸等支撑，受力后可以浮动。当上模冲加压时，由于侧压力而使粉末与阴模壁之间产生摩擦力Fs。此时，Fs阻止粉末向下移动，与上模冲压力Ps方向相反．当Fs大于浮动压力Pf时，弹簧压缩，阴模与下冲模产生相对运动，等于下冲头反向压制。此时，上模冲与阴模没有相对运动，Fs的方向朝下。当阴模下降，压坯下部进一步压缩时，在压坯外径处产生阻止阴模下降的摩擦力FX。当Fx＝Fs时，阴模浮动停止。上模冲又单向加压，与阴模产生相对运动，如此循环，直到上模冲不再增加压力时为止。此时，FS＝Fx,PS＝PX。低密度带在压坯的中部，其密度分布与双向压制相同。浮动压制是国内外最常用的一种形式。其优点是：(1)压坯密度分布和双向压制一样；(2)压机下部有较小的浮动压力和脱模压力即可；(3)装料方便，可用料腔由零开始的零腔装料法装料。2.2.2成形条件（1）常温成形常温成形压制出来的生胚密度在5.8-7.0g/cm3之间。金属粉末通常是在单位压力275～690Mpa下压制。压坯密度与成形压力的关系第I阶段：粉末颗粒主要发生位移，填充孔隙，压坯的密度增加很快（a曲线部分）。第II阶段：压坯经第I阶段压制后，密度已达一定值，这时粉体出现了一定的压缩阻力，在此阶段内压力虽然继续增加，但是压坯密度增加很小（b曲线部分）。这是因为此时粉末颗粒间的位移已大大减小，而其大量的变形尚未开始。第III阶段：当压力超过一定值后，压坯密度又随压力增加而继续增大（c曲线部分），随后又逐渐平缓下来。这是因为压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，而使压坯密度继续增大。但是当压力增加到一定的程度，粉末颗粒剧烈变形造成的加工硬化，使粉末进一步变形发生困难，所以压坯密度又逐渐平缓下来。（2）温压成形温压成形需加热模具、原料到100~150℃下成形，压制出来的生胚密度在7.0-7.35g/cm3之间。生坯密度越高，烧结体的强度和硬度也越高，烧结收缩率小，尺寸稳定，变形小。一般来说粉末冶金产品的机械性能随生胚的密度提高而提高。温压模具与普通模具相比寿命要短些，因为成形本身密度高模具承受的径向涨力、压制、脱模的摩擦力要大，因此模具损耗要大些。成形需要用到的设备有：①成形机台②模具成形过程中需监控的项目有：轴向尺寸（即全长，段长）；密度等。成形机台吨位越大，所能成形的产品也越大。成形模具组合下冲芯棒上冲中模成形模具组合上冲中模下冲芯棒成形三步曲1.充填2.压制3.脱模充填状态将粉末充填在模腔中压制状态上冲进入中模将粉末压制成生胚脱模状态上冲复位，中模下移，生胚脱出模腔半自动收料装置成形生胚暂置台车2.3烧结2.3.1烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。烧结对最终产品的性能起着决定性作用，因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的；相反，烧结前的工序中的某些缺陷，在一定的范围内可以通过烧结工艺的调整，例如适当改变温度，调节升降温时间与速度等而加以纠正。烧结是粉末或粉末压坯，加热到低于其中基本成分的熔点温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加。在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得具有所需物理，机械性能的制品或材料。烧结时，除了粉末颗粒联结外，还可能发生致密化，合金化，热处理，联接等作用。人们一般还把金属粉末烧结过程分类为：1、单相粉末（纯金属、古熔体或金属化合物）烧结；2、多相粉末（金属—金属或金属—非金属）固相烧结；3、多相粉末液相烧结；4、熔浸。2.3.2铜基烧结主要烧结Cu基产品，烧结温度一般为890°C，烧结时间，从产品入炉到烧结结束大概2.5-3小时之间。2.3.3铁基烧结主要烧结Fe基产品，烧结温度一般为1120°C，烧结时间，从产品入炉到烧结结束大概3.5-4小时之间。T烧＝（0.7～0.8）T熔式中T烧－－制品烧结温度，T熔－－制品中主成份的熔点2.3.4高温烧结主要烧结不锈钢产品及一些高性能的Fe基产品，烧结温度一般为1250°C，烧结时间从产品入炉到烧结结束大概10小时左右。2.3.5烧结气氛烧结气氛是烧结制品时必不可少的条件之一，对烧结制品的组织和性能均有很大影响。烧结铁基制品时，希望不发生氧化、脱碳、渗碳等反应，并可使铁粉颗粒表面的氧化物得到还原，因此烧结气氛应具有还原性。还原性气氛主要有：氢、分解氨、发生炉煤气和碳氢化合物转化气等。①分解氨烧结气氛，分解氨是由液氨气化在催化剂作用下加热，分解得到的含氢气75%，氮气25%的混合气。其化学反应为2NH3→3H2+N2-22千卡液氨分解工艺流程为：液氨瓶分解炉冷却器净化系统氨分解气②碳氢化合物烧结气氛：是一种相对便宜的烧结气氛，可在特殊发生器中，使用催化剂，通过不完全燃烧燃料瓦斯气与空气的混合气而产生。通常的燃气是甲烷（CH4),炳烷（C3H8）或天然气，燃烧产品含有：H2，H2O，CO，CO2，N2或CH4。烧结过程需用到的设备有：烧结炉、网盘。烧结过程需监控的项目有：径向尺寸；硬度等。减压气化烧结网盘成形生胚烧结产品入炉烧结产品出炉烧结产品装箱烧结产品准备入炉2.4精整粉末压坯经烧结后，表面比较光滑，已有一定尺寸精度，但有时仍然达不到所要求的尺寸和形状精度，因此，还必须进行精整或复压，通过精整可得到高尺寸精度，可补尝烧结中出现的挠曲或其他尺寸缺陷。一般密度可提高0-5%。精整适用于一些齿形精度较高或尺寸精度较高但不需要机加工的产品。此工艺受产品结构的影响较大，同时产品后处理工艺一般不建议进行热处理。产品一般是含油轴承，连杆，高精度直齿轮。精整设备包括：加工机，精整模具。精整过程需监控的项目有：轴向尺寸，径向尺寸等。上冲中模下冲芯棒精整模具组合产品上冲中模产品产品精整2.5热处理•热处理是显著提高铁基粉末冶金零件材料力学性能的工艺手段之一，能提高粉末冶金烧结钢的强度、硬度和耐磨性，适用于综合机械性能要求较高的产品，一般是承受较大载荷的齿轮及一些耐磨性较高的产品，硬度一般可以达到HRC25以上（HV0.2450以上）。•表面处理有助于提高结构件的耐磨性，提高机械性能，特别是提高疲劳强度。粉末冶金件常用的表面处理有渗碳和碳氮共渗两种，一般用于那些承受频繁循环负载和表面黏着磨损的零件，这些零件需要表面硬度高和心部具有韧性、延展性相结合，大多数高负载的齿轮都需要进行表面处理。渗碳和碳氮共渗处理可用于高密度、含碳量低于0.5%的烧结件，孔隙度高于10%的烧结件不宜进行这些处理，因为大量连通孔隙会使碳迅速渗透零件，增加了零件的脆性。•热处理工艺---淬火+回火：①奥氏体化：在非脱碳气氛中，部件加热到高于A3（相界线GS）50℃的温度并保持在这一温度下。②淬火：由奥氏体化温度，或由稍低一点的温度但仍高于A3的温度，将部件淬入油中，由此奥氏体转变为硬而脆的马氏体。③回火：为消除奥氏体转变为马氏体引起的高内应力，部件在150℃与550℃之间的温度下进行回火。可以降低脆性，提高韧性。•硬化层深度：自表面到平均显微硬度降到HV(0.1)550地方的距离。粉末冶金件由于显微孔隙的存在，有利渗碳气氛的流入，导致硬化层较一般钢件深（一般在0.8mm以上）。•粉末冶金件的显微结构通常不如传统钢件那样均匀，因此在淬火表面以下任何给定距离，烧结钢件的显微硬度值比传统钢要分散的多。有时测试锥打在马氏体基体中分散的铁素体，残留奥氏体或珠光体的软点上或孔隙上，测量会有很大的偏差。一般热处理产品的显微硬度可控制在HV(0.2)500-700之间。宏观硬度控制在HRC28MIN。铁碳合金相图ACD：液相线AECF：固相线ECF：共晶线ES：碳在γ铁中的溶解度曲线，又称为Acm线。GS：奥氏体和铁素体的相互转变线，又称A3线。PSK：共析线，又称A1线。2.6蒸汽处理蒸汽氧化处理是将铁基材料产品在450-590°C下暴露于过热水蒸汽环境1~4h，在暴露期间，水蒸汽与铁基材料发生反应生成一种粘附性的蓝灰色铁氧化物（磁铁矿，F3O4)。3Fe+4H2O(汽）=F3O4+4H2蒸汽氧化处理适用于综合机械性能要求中等的产品，硬度一般可达到HRB70以上。此工艺在产品表面形成致密的氧化膜保护层，耐磨性能较好。产品一般是压缩机的阀板及电动工具类的压板。2.7浸油粉末冶金制品浸油是一道重要的工序，可以增加粉末冶金制品的抗腐蚀性、提高耐磨性，延长其使用寿命。铁基含油轴承烧结后进行浸油处理，润滑油即进入制品孔隙中，当轴转动时，与轴承发生动摩擦生热，使轴承温度上升，油遇热膨胀，从孔隙中流出到轴与轴套之间起到自动供油，形成的油膜起润滑减摩作用。浸油也能防止制品被氧化。浸油方法可分普通浸油、加热浸油和真空浸油：1）普通浸油：把清洗干净的烧结制品放入机油（一般为20～30号机油）中浸泡。油在制品的毛细管力作用下，浸入到制品的孔隙中。此法浸油效率低、浸油时间长，需几小时，用在含油率不高的制品中。2）加热浸油：把清除干净的烧结制品放入80～120℃热油中浸泡1小时。由于制品受热，连通孔隙中的空气膨胀，使一部分空气被排除。冷却后，剩余部分的空气又收缩，把油吸入到孔隙中。由于热油的流动性好，润滑性高，因而可有更多的油浸入到制品中。该浸油方法效率比普通浸油率高。3）真空浸油：把清理干净的烧结制品放入真空箱内，密封抽空至-720毫米Hg，然后向真空箱内放入机油，再加热至80℃，保持20～30分钟。由于制品连通孔隙中的空气被抽出，机油可在10分钟之内浸入制品中。这种方法浸油效率高、速度快。这个过程含油率一般要求为18%MIN。3原料及选用标准3.1原料标准类型：·目前国际通用的原料标准有三种：MPIF标准，JIS标准和DIN标准MPIF标准为美国标准-----MetalPowderIndustriesFederation(美国金属粉末工业联合会）JIS标准为日本标准-----JapanIndustrialStandard（日本工业规格）DIN标准为德国标准-----DeutschesInstitutfürNormung（德国标准化学会）原料编号法则：·MPIF标准编号法则(1)、MPIF结构件材质编号法则成份：Fe-96%，Ni-2%，C-0.5%，最小屈服强度：35x1000psi(240Mpa)。备注：FN-0205-80HT中的HT表示需要热处理达到最小80x1000psi的抗拉强度。(2)、MPIF轴承材质编号法则(3)、MPIF不锈钢材质编号法则300系列不锈钢：303、303L、304、304L、316、316L等400系列不锈钢：409L、410、410L、420、430、434L等·JIS标准编号法则(1)、JIS结构件材质编号法则合金系最小抗拉强度SMF5030SinteredMaterialFerrous(2)、JIS轴承材质编号法则合金系号数含油率SBF2118(SBK2118)SinteredBearingFerrousCopper(日本发音:Kupfer)·DIN标准编号法则SINT-D39成品密度代码合金系号数备注：与MPIF、JIS标准不同的是，DIN标准采用密度来区分结构件和轴承材质。（3）、JIS不锈钢材质编号法则SMS1035Stainless合金系最小抗拉强度3.2材质的选用：·对于支架，连杆，轴承板，偏心轮以及配重块等，一般选用SMF40系列（对应MPIFFC系列）。优点：成形性好，价格低，烧结硬度低整形容易。缺点：一般变化率大，非整形的产品尺寸相对不易控制。·对于轴套，隔套等定位零件，SMF40和SMF50系列（对应MPIFFC和FN系列）均可，视其功能及工作要求选用。·对于荷重齿轮，链轮，凸轮和棘轮，推荐选用SMF50系列其中的镍和钼均可起到提高强度和淬透性的作用。对于要求耐磨和高强度的产品，可以采用温压成形工艺，并可采用高温烧结来提高密度与强度，优点：可以一次性做到7.2g/cm^3以上的密度。缺点：生产成本较高。3.3MPIF，JIS，DIN标准材质对照表：1)、Fe及Fe-C合金MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例F-0000-10/15/20SMF1015/20C/D/E00适于小件高精度零件，可作为磁化铁芯使用。衬垫、仪表用轭铁、极靴、套筒类等。F-0008-30/35/65HT/75HT/85HTSMF3030/35类似C/D01适于一般结构零件，可淬火+回火提高强度。减速器活塞环、气门导管、上推板等。2)、Fe-Cu-C合金MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例FC-0200-15/18/21SMF2015/25C10适于一般结构零件，渗碳淬火提高耐磨性。导块、球窝接头、调速器离心独锤、同步啮合键等。FC-0200-21/24SMF4030/40/50C/D10适于一般结构零件，渗碳淬火提高耐磨性和强度。减速器活塞环、气门导管、上推板等。FC-0205-40/45/70HT/80HT/90HTSMF4030/40/50C/D11适于一般结构零件，有耐磨性，可热处理提高强度。油泵零件、球座、同步器轮毂、链轮类等。FC-0208-30/40/50/60/50HT/65HT/80HT/95HTSMF4020/30/40/50C/D11FX-1008-50/110HTFX-2008-60/90HTSMF6040//55/65---渗铜粉末，具有优异的耐磨性、导热性，强度高，有气密性，可热处理。叶片泵转子、油封套筒、油泵泵体等。3)、Fe-Cu-Ni-Mo-C合金MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例FN-0200-15/20SMF5030C/D30，C/D39适于较高强度结构零件，可热处理提高强度和耐磨性。同步器轮毂、齿轮、链轮、园林工具类、汽车启动马达齿轮类等。FN-0205-20/25/80HT/105HTSMF5030C/D39FN-0208-30/35/80HT/105HT/130HTSMF5030C/D39FN-0208-30/35/40/80HT/105HT/130HTFN-0408-25/35/80HT/105HT/130HTFD-0205-45/50/55/95HT/120HT/140HTFD-0208-50/55/60FD-0405-55/60/100HT/130HTFD-0408-50/55SMF5030/40C/D39适于较高强度高精度结构零件，可热处理。(续上表）4)、烧结硬化粉5)、铜基合金MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例FD-0200SMF5030C/D/E30，C/D39温压粉末，适于高强度结构零件，可热处理。FD-0205-60/160HTFD-0208-65FD-0405-65/155HTFD-0408-60/65SMF5040C/D39复压复烧粉末，适于超高强度结构零件，可热处理。MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例FL-5208FL-5305------具有烧结硬化性，强度高，精度好。齿轮箱，电动工具，园林工具等。MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例CT-1000-K19/26/37/40CTG-1001-K17/23/30/34SBK1112SBK1218SBK2118C/D50质软、易磨合、耐腐蚀、无磁性。止推垫圈滚动轴承保持器、方轴承、球轴承。6)、不锈钢MPIF标准JIS标准DIN标准特征用例SS-303N1-25SS-303N2-35/38SS-303L-12/15SS-304N1-30SS-304N2-33/38SS-304H-20SS-304L-13/18SS-316N1-25SS-316N2-33/38SS-316H-20SS-316L-15/22SMS1025/35C/D40奥氏体不锈钢，具有优异的耐腐蚀性，无磁性；其中303L不锈钢切削性好，316L较304L强度好。螺母、机械密封圈阀栓、喷嘴、外观件、锁件等。SS-430N2-28SS-430L-24SS-434N2-28SS-434L-24SS-409L-28------铁素体不锈钢，其中409L不锈钢焊接性能好。用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。SS-410-90HTSS-410L-20SMS2025/35C42,C43马氏体不锈钢，具有烧结硬化性，可以通过热处理进一步提高硬度。手术刀、绞肉机刀片。4粉末冶金齿轮设计方法及步骤由于粉末冶金齿轮一般应用于行星机构的齿轮箱上，以下通过直齿轮行星机构的例子来介绍粉末冶金齿轮设计的一般方法及步骤。（以现有产品MG5840绞肉机为例）1、传动比的确定。（1）、根据齿轮箱的输出性能要求及电机的输出性能参数，初步确定齿轮箱总的传动比为81.25。TheoutputdataofMG5840MeatGrinderItemAtnoloadconditionRemarkSpeed(RPM)Min.Max.Average1117001430013000Motoroutputdata2160GearboxoutputdataTotalGearratio81.25DescriptionwormToothnumberwormgearToothnumbersungearToothnumberplanetgearToothnumberringgearToothnumbergearratio1stlayergear236------182ndlayergear----15(18)514.4totalgearratio79.2（2）、初步确定齿数确定每一层的传动比（齿数取值：lstlayer：worm=2，wormgear=36；2ndlayer：sungear=15，ringgear=51），最终确定齿轮箱的总牙比为79.2。(i1=18,i2=51/15+1=4.4)2、确定行星齿轮的齿数Z2。Z2(planetgear)=[Z3(ringgear)–Z1(sungear)]/2=(51-15)/2=183、确定齿轮的模数m。m=54/(51+5)=0.96,取m=1.0其中：54-----ringgear的齿根径；51-----ringgear的齿数；5-----变位齿数（ringgear最小壁厚取2mm，则ringgear的齿根径=gearhousing内径-ringgear最小壁厚*2=58-2*2=54）模数的确定也可通过测量Benchmarksamples得出相关数据，然后通过以下公式计算出模数。m=[T(n+1)-Tn]/(Pi*cos20)其中，Tn为跨n个齿的公法线长度，T(n+1)为跨(n+1)个齿的公法线长度。4、行星齿轮个数n的确定。Z3(ringgear)+Z1(sungear)=51+15=66可取值n=3------(Z3+Z1)/n=整数。5、校核行星齿轮之间是否干涉。（行星齿轮之间的间隙必须大于0.2mm）（Z1+Z2）*sin(180°/n)＞Z2+2*h*其中，n为行星齿轮个数，h*为行星齿轮齿顶高系数。即(15+18)*sin(180°/3)＞18+2*128.58＞20(不等式成立,符合要求。）6、中心距的计算：a1=1/2*m*(Z1+Z2)*cosα/cosα”,其中α压力角，α”为变位角，inVα”=inVα+2*(x1+x2)/(z1+z2)tanα，inVα=tanα+α(弧度).。(1度=π/180弧度)7、齿形参数及强度计算（齿轮设计软件演示）。Toleranceforgeardesign------PowdermetalDescription1stand2ndlayer3rdlayer4thlayerPinionPlanetgearRinggearPinionPlanetgearRinggearPinionPlanetgearRinggearOutsidediameter0.10.10.1270.120.10.150.120.10.15Rootdiameter--0.127--0.15--0.15Basetangentlength/measurementofovernpin0.040.040.1270.050.050.150.050.050.15Runouttolerance0.040.05--0.050.05--0.050.05--Centerdistance0.040.040.04Normalbacklash0.30≥jn≥0.100.30≥jn≥0.100.30≥jn≥0.10Tipclearance≥0.15≥0.15≥0.15AGMA887887887ISO13289910991099105粉末冶金齿轮的公差标准精度等级JISB1702-19760123456ISO1328-197545678910JGMA111-03(1982)45678910DIN396245678910AGMA390.03(1973)齿距误差1312109876齿形误差14121110987齿跳误差13121110987齿筋误差11101098766直齿轮、斜齿轮精度等级不同标准对照表7行星齿轮内孔与行星齿轮轴的配合尺寸8粉末冶金齿轮的检测检测项目：对于齿轮类的产品，在强度方面，主要以齿抗、密度和硬度来衡量齿轮的机械性能；在精度方面，主要通过对齿轮的Fa，Fβ，FP，fpt，Fi”，fi”，Fr的检测来评定齿轮的精度等级。齿抗的检测检测齿抗时首先要确定跨n个齿的宽度(Testspanwidth)，该值可通过TK程序计算。密度的检测定义：單位體積所含的質量，用於反映物質的密集程度，防止有空孔產生,即.也可用單位體積的重量來反映,即比重測量方法:1、用酒精將被測量零件清洗干淨，然後放在干淨的白紙上,讓酒精和水分完全揮發掉，待水分蒸干後,將該零件放入三氯乙烯溶液中浸泡16小時後，取出，放入40℃焗爐裡保溫2小時，冷卻後，用分析電子天平測出其在空氣中的重量G，再用一根重G1(，且G1越小越有利於測量精度）的細銅絲將零件栓牢，一端掛在分析天平上，另一端將零件完全浸入水中，待穩定後，讀出分析天平顯示的重量，注意，在讀數前，應將零件表面氣泡完全除掉，否則會極大地影響測量結果。2、由阿基米德定律知,浮力，則該零件的體積，由此可計算出零件的比重(密度)：)/(3mkgVm=r)/(3'cmgVmgVG==r1001GG@()[]()水rVGGGGGGF=+-=--=1212)(12GGGV+-=)/(312'cmgGGGGVG+-==r硬度的检测粉末冶金件的显微结构通常不如传统钢件那样均匀，因此在淬火表面以下任何给定距离，烧结钢件的显微硬度值比传统钢要分散的多。有时测试锥打在马氏体基体中分散的铁素体，残留奥氏体或珠光体的软点上或孔隙上，测量会有很大的偏差。所以，粉末冶金齿轮的硬度，一般分为宏观硬度和微观硬度，宏观硬度受制品的孔隙度影响较大，只能反映制品强度和硬度的综合值，微观硬度对于空隙的敏感度会变小，所以会比较准确的反映材料烧结或热处理后的硬度，也就是我们常说的颗粒硬度，微观硬度非常接近同材质和处理工艺的钢材。选择宏观硬度还是选择微观硬度需要根据实际需求确定。对于要求较高的场合，一般会同时控制这两种硬度，这样可以比较全面的反映材料的物理特性。一般取值：宏观硬度：HRC28min；微观硬度：HV(0.2)500~700。维氏硬度定义：用夾角為136º的金剛石四方角錐體壓入試樣,以單位壓痕面積所受載荷表示材料的硬度.即：式中F-載荷(N),S-壓痕表面積(mm^2),d-壓痕對角線長度的平均值(mm).也可根據對角線長度d,查表確定硬度值.2sin2.0102.02adFSFHV==Fa，Fβ，FP，fpt，Fi”，fi”，Fr的定义（根据标准ANSI/AGMAISO1328)Fa主要颢响传动的平稳性、噪音、振动。Fβ主要影响载荷分布的均匀性。FP主要影响传递运动的准确性。fpt主要颢响传动的平稳性、噪音、振动。Fi”主要影响传递运动的准确性；fi”主要颢响传动的平稳性、噪音、振动。单齿径向综合偏差（fi”）：是当产品齿轮与测量齿轮啮合一整圈时，对应一个齿距（360°/Z)的径向综合偏差值。Fr主要影响传递运动的准确性。产品齿轮测量齿轮径向综合总偏差Fi”，单齿径向综合偏差fi”的检测齿轮双面啮合检查仪Fa，Fβ，FP，fpt的检测齿轮齿形检查仪探针齿轮齿形总偏差(Fa)检测报告：螺旋线总偏差（Fβ）检测报告：齿距累积总偏差（Fp）及单齿距偏差fpt）检测报告：Fr（径向跳动）的检测齿轮跳动检查仪球的直径约为1.72*m，m为模数。内齿圈跨棒距的检测Pin的直径约为(1.68~1.90)*m，m为模数。合理不合理测量跨棒距首先要选择量棒，量棒直径精度很高一般在0.001mm，直径的选择一般是让量棒和齿轮齿面接触点在节圆附近，并且量棒要高出齿顶，可以在此尺寸附近用已有的量棒。如果偶数齿，对半均分齿数，奇数齿一边多一个齿，另一边少一个齿。然后用外径千分尺测量量棒最高点之间的距离即可。注意：不同尺寸的量棒，跨棒距也不一样，但是可以相互换算，所以如果图纸要求用2.48的量棒，你有2.5的量棒，只需要换算一下2.5对应的跨棒距就可以用2.5的量了。齿轮公法线长度的检测测量时，要求测头的测量平面在齿轮分度圆附近与左、右齿廓相切，因此跨齿数k不是任取得。跨齿数：k=α*Z/180°+0.5，（四舍五入）其中：α为压力角，Z为齿数。9粉末冶金齿轮的设计原则粉末冶金齿轮的设计原则包括如下问：1）压坯脱模齿轮成形一般都是在垂直方向进行的，所以像齿轮根切、倒锥角、与压制方向垂直的孔和槽、螺纹、菱形滚花和凹角等结构都会妨碍压坯从模具中脱模，必须对它们进行一些修改，修改成能够脱模的形状，经烧结后再辅助机加工。２）模具装粉齿轮的设计应该考虑在压制过程中粉末能够易于填充整个型腔。金属粉末不能象液体一样易于流动，因此，齿轮应该避免有极薄壁的截面、细窄凹槽、尖角和很深的沉孔，否则金属粉末将会装粉不足，模冲易于折断。适当的简化设计还往往会提高模具的使用寿命。３）间隔齿轮、链轮或偏心轮的轮毂都可用粉末冶金法直接成形，但是在设计中要保证轮毂的外径和齿根径之间有足够大的允许间隔，即轮毂直径和齿根直径这差不能少于3.0mm，单面不得小于1.5mm(如下图所示）。此外，齿轮设计中也要保证孔内径和齿根径之间有足够大的间隔，其变化范围可从小齿轮的0.9mm到较大齿轮的7.5mm，视具体情况而定。4）厚度变化多联齿轮易于直接成形，但其结构上应尽量避免在截面厚度上的急剧变化（如下图所示）。因为截面急剧变化的零件将引起密度的变化，在烧结和热处理过程中易于产生变形和尺寸不稳定现象。对于多台面的零件，往往通过限制台面数来获得较佳的密度分布和强度。一个零件可有的台面数量是由压机类型和压制模具的设计来决定的。５）过渡圆角复合多台面结构的齿轮应尽量避免直角相交，如带法兰的压坯和双联齿轮，在截面变化的分界处一般需要做成半径不小于0.25mm的圆角，这些过渡圆角明显增强压坯的整体性。压制时尖角部位不利于粉末充填，并且易产生应力集中和开裂。６）倒角齿轮外形设计常常对一些边角进行处理，如齿顶和齿根端面倒角以及内外径的倒角。倒角一般采用３０～４５°并在倒角末端做出不小于0.25mm的平台（如下图所示）。倒角有两个主要目的：①提高齿的密度。齿的密度越高其力学性能，特别是强度就越高。②减少毛刺的不利影响，在绝大部分情况下能防止毛剌的产生。毛剌通常是由模具各部分的配全间隙产生，它也能通过光饰或滚筒处理去除。７）键槽齿轮的键槽可采用凸键、凹键或平键，但当齿根圆直径与带键的中心孔直径相近，即出现局部狭窄时，建议采用凹键或平键（如下图所示），以利于粉末充填均匀和增强压坯和模冲的强度。８）减重孔当齿轮外径较大，需要减重时，减重孔推荐采用圆形（如下图所示），因为圆形孔易于加工制造和安装，可降低成本。９）齿形齿轮的完整渐开线齿形可用粉末冶金法成形，如果在齿轮齿形的齿顶和齿根的尖角处修改成圆滑的圆弧过渡圆结构时，齿根的强度可增高35%左右，并可降低运转噪音。未修正齿形已修正齿形10粉末冶金产品面取设计实例齿形面取一般产品面取内孔导角面取11粉末冶金产品毛刺的形成机理为了保证模具的各部分能顺畅的相对移动，各模具配合之间应该有间隙，在间隙中会产生毛刺。毛刺模具间隙Theend