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钢齿轮承载能力最强，但并非万能。以下场合常常非钢材料更合适：
非钢齿轮的共同短板是承载能力和精度不如钢，选型时先看工况是否允许。
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 常用牌号 | HT250、HT300（不低于 HT200） |
| 抗拉强度 σ_b | HT250 ≥ 250 MPa，HT300 ≥ 300 MPa |
| 硬度 | 170～240 HBW |
| 许用接触应力 σ_Hlim | 约 350～450 MPa |
| 许用弯曲应力 σ_Flim | 约 60～100 MPa（弯曲强度低是主要短板） |
| 适用圆周速度 | 一般 < 6 m/s，开式低速传动 |
特点：铸造性能好、减振吸振、便宜；强度低、脆，只适合低速轻载，如农机、手动机构、开式大齿轮。
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 常用牌号 | QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2 |
| 抗拉强度 σ_b | 500～800 MPa（牌号数字即最低值） |
| 延伸率 | 2%～7%（牌号第二位数字） |
| 硬度 | 170～300 HBW（随牌号升高） |
| 正火处理 | 880～920 ℃ 保温后空冷，细化珠光体、提高强度 |
| 许用接触应力 σ_Hlim | 约 500～650 MPa |
| 许用弯曲应力 σ_Flim | 约 180～280 MPa |
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 工艺 | 840～900 ℃ 奥氏体化 + 250～400 ℃ 盐浴等温淬火 |
| 抗拉强度 σ_b | 800～1600 MPa（分 ADI800～ADI1600 等级） |
| 硬度 | 260～480 HBW |
| 特点 | 强度接近钢、密度低约 10%、减振降噪好 |
应用：球铁齿轮可替代部分铸钢/调质钢齿轮（减速器、农机、工程机械），ADI 齿轮在汽车正时齿轮、载重车齿轮上已有成熟应用，成本比锻钢低 20%～40%。
蜗杆传动滑动速度大、易胶合，蜗轮齿圈必须用减摩性好的铜合金，与淬硬磨削钢蜗杆（45～62 HRC）配对。
| 材料 | 铸造方式 | σ_b (MPa) | 硬度 (HBW) | 许用接触应力 σ_HP (MPa) | 适用滑动速度 v_s |
|---|---|---|---|---|---|
| 锡青铜 ZCuSn10P1 | 砂型 | ≥220 | ≥80 | 180～220 | ≤ 10 m/s |
| 锡青铜 ZCuSn10P1 | 离心/金属型 | ≥310 | ≥90 | 200～260 | ≤ 12 m/s |
| 锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 | 砂型/金属型 | ≥200 | ≥60 | 150～180 | ≤ 6 m/s |
| 铝青铜 ZCuAl10Fe3 | 砂型 | ≥490 | ≥100 | 与 v_s 强相关，v_s=4 m/s 时约 160，随速度升高明显下降 | ≤ 4 m/s |
| 铝青铜 ZCuAl10Fe3Mn2 | 离心 | ≥540 | ≥110 | 同上 | ≤ 6 m/s |
要点：
| 材料 | 特点 | 拉伸强度 (MPa) | 长期使用温度 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 尼龙 PA66（含玻纤增强） | 韧性最好、耐磨、吸振 | 60～80（增强后 120～180） | -40～+100 ℃ | 最常用；吸水 1%～2% 会胀尺寸，精密场合要调湿处理 |
| 聚甲醛 POM | 刚性高、尺寸稳定、吸水率低（<0.3%） | 60～70 | -40～+100 ℃ | 精密小齿轮首选 |
| PEEK | 耐高温、高强度 | 90～100（增强后 150+） | 长期使用 +250 ℃ | 高端场合，价贵 |
| 酚醛层压布板（胶木） | 老牌减摩材料 | 50～80 | ≤120 ℃ | 低速大齿轮降噪，现多被尼龙替代 |
设计参数要点：
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 材料 | Fe-Cu-C 系、Fe-Ni-Mo 系烧结钢 |
| 密度 | 6.4～7.2 g/cm³（致密化程度决定强度） |
| 抗拉强度 | 300～700 MPa（高密度+热处理可达 900+ MPa） |
| 硬度 | 烧结态 60～100 HRB，热处理后 30～45 HRC |
| 精度 | IT8～IT10，成形即成品，基本不切削 |
特点：含油自润滑（孔隙含油 12%～25%）、适合大批量小齿轮（汽车油泵、电动工具、家电），单件成本极低；冲击韧性差，不耐冲击载荷。
| 需求 | 推荐材料 |
|---|---|
| 低速轻载、开式、成本敏感 | HT250 / HT300 |
| 中载、想省钢、要减振 | QT600-3 / QT700-2 |
| 高强度又想轻量降噪 | ADI 等温淬火球铁 |
| 蜗轮（中高速） | ZCuSn10P1 离心铸造齿圈 |
| 蜗轮（低速重载） | ZCuAl10Fe3 |
| 轻载免润滑低噪声 | PA66 / POM |
| 高温轻载 | PEEK |
| 大批量小模数 | 粉末冶金 |
| 错误做法 | 后果 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 灰铸铁齿轮用于中速有冲击场合 | 断齿 | 换球铁或铸钢 |
| 铝青铜蜗轮用在高滑动速度 | 胶合抱死 | v_s > 6 m/s 用锡青铜 |
| 尼龙齿轮按钢齿轮侧隙设计 | 热膨胀卡死 | 侧隙放大 1.5～2 倍 |
| 塑料齿轮忽略温度降额 | 高温下轮齿变形失效 | 按工作温度折算许用应力 |
| 粉末冶金齿轮受冲击载荷 | 崩齿 | 限用于平稳轻载 |
| 大蜗轮整体铸青铜 | 成本浪费 | 青铜齿圈+铁芯组合结构 |
非钢齿轮选型记三句话：要便宜选铸铁（轻载用灰铁、中载用球铁、高强用 ADI），蜗轮必用铜（快用锡青铜、慢用铝青铜），轻载降噪用塑料（尼龙韧、POM 稳、PEEK 耐热），批量小齿轮找粉末冶金。每种材料的强度和速度上限务必按参数核对，非钢材料对温度和冲击普遍比钢敏感。
本文参数为常用工程参考值，具体设计请查《机械设计手册》、GB/T 10089（蜗杆蜗轮）及各材料标准；塑料和铜合金许用应力对温度、速度敏感，应按实际工况折算。