培養一批能真正懂得設計精髓，理論結合設計的機械工程師——非標機械設計與製造
齒輪是現代機械中應用最廣泛的一種機械傳動零件。 齒輪傳動通過輪齒互相齧合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，並可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用範圍廣，傳動比恆定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產品的設計與製造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應零件的工作條件，使零件經久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經濟性，以便提高零件的生產率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當，則會出現零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作。
齒輪材料的選擇和齒輪的工作可靠性、使用壽命、工作效率、潤滑要求等密切相關。在齒輪傳遞動力和改變速度的運動過程中，齧合齒面之間同時存在滾動和滑動摩擦，齒面還受到脈動或交變彎曲應力的作用，還有齒面可能發生磨損、膠合及疲勞破壞，因此要求齒輪具有優良的耐磨性能、抗接觸疲勞性能和抗彎曲疲勞性能，即要求齒輪材料表面硬度高、強度高、芯部韌性好且硬化層分佈合理。在實際選用中還應根據需要和使用條件如負荷、速度、溫度、可靠性、質量、精度、價格等因素來確定齒輪選材。
目前，工業製造領域的齒輪選材主要以鋼為主，包括各種低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼和合金鋼。而鋁、鎂、鈦、銅合金、鑄鐵，甚至塑料和木材等都可用於製作齒輪。通常，為了改善和提高齒輪材料的性能或降低成本，可以採用化學處理、表面強化處理以及複合處理等表面改性技術。
選取齒輪材料要充分考慮材料的經濟性、強度和齒輪精度等，不同設備的需求自然也大為不同。就儀器設備、家用器具、玩具等小負荷齒輪而言，可以選擇造價低、生產率高的複合塑料齒輪。 而坦克、冷軋機等重負荷執行機械，則需要材料及加工要求更高的各種金屬和合金材料。如果在航空航天工業中應用，則要求更高的可靠性、精度和輕重量，製造成本放在次要位置。
下面就主要幾類齒輪材料一一進行分析：
1、鋼材
齒輪用鋼多為合金鋼，少數為碳鋼。通常為降低成本，可以對中碳鋼和低合金鋼
進行各種熱處理以提高其強度和硬度。 表面硬化處理亦可提高合金鋼齒輪材料的強度，
使其適用於高負載和中等溫度使用的工況。而當齒輪的使用條件進一步提高時，往往
需要對齒輪進行淬火以提高其強度和硬度。或通過表面滲碳及表面氧化處理事齒輪表
面硬化，以提高其抗疲勞性能，改善其抗膠合和抗磨性能。就發展趨勢而言，應大力
推廣使用強度和硬度較高的硬齒面齒輪，並通過優化齒輪選材及潤滑方式來延長齒輪
的使用壽命。
2、鑄鐵
常用的鑄鐵主要包括：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可煅鑄鐵和合金鑄鐵等 4 種。與鋼相
比較，鑄鐵的合金成分較低，加工性能更好。鑄鐵中存在的遊離石墨和多孔性結構使
齒輪的耐磨性良好、噪音小、成本低，可以廣泛應用於各類齒輪傳動。由於鑄鐵具有
的良好滑動特性，在許多負荷不大、工作條件不苛刻的渦輪傳動中可用鑄鐵渦輪替換
銅合金渦輪。總而言之，鑄鐵是經濟適用的齒輪材料。
3、有色金屬
齒輪工業中應用最多的是有色金屬為銅和銅合金。 其中常用的是錫青銅和鋁鐵青
銅，大多數用於製造渦輪。但含硫添加劑對銅具有腐蝕作用，應儘量慎用。另外，強
度較高和機械加工性能較好的鑄造鋁合金適合製作齒輪或渦輪，但滑動性和抗磨性能
稍差，因此僅可用於輕、中負荷和中低轉速齒輪。
4、非金屬材料
目前，隨著材料科學的飛速發展，不少非金屬材料也越來越多的應用在齒輪產品
的製作上，並且某些性能接近或超過了金屬材料。比如，過去在較低負荷下使用的木
材齒輪，已逐漸被部分聚合物複合材料成功替代，用於製作輕負荷、中負荷條件下運
行的中小型齒輪。高聚合物材料在製作中引入了金屬、金屬氧化物、納米微粒、增強
纖維等，可以大幅度提高在各種潤滑條件下的抗摩擦磨損性能。特別是某些要求無油
潤滑、可靠性高、汙染小等條件的領域，如家用電器、醫療器械、食品機械和紡織機
械等則更適合以聚合物複合材料製作的齒輪。此外，大批量的生產塑料或塑料金屬齒
輪可以有效降低生產成本，並且更適用於存在汙染及多粉塵的不利環境。
5、粉末燒結金屬
粉末燒結金屬是指通過在燒結粉末中引入添加劑（如在鐵粉中添加銅粉），以提
高其強度的一種製備工藝較先進的材料形式。另外，將金屬粉末燒結預成型件加熱到
鍛造溫度後還可以對零件進行鍛造加工，從而使得相應齒輪的強度和力學性能接近由
鍛造材料製作的齒輪，而成本明顯低於機加工或常規鍛造工藝，是用於製作高強度齒
輪
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