傳動(dòng)齒輪軸的加工工藝

1、摘 要齒輪軸零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件、實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力。齒輪軸具備傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，是通用機(jī)械特別是工程機(jī)械傳動(dòng)中的重要零件之一。齒輪軸加工材料、熱處理方式、機(jī)械加工工藝過(guò)程的優(yōu)化，將對(duì)提高齒輪軸的加工質(zhì)量及壽命有著重要借鑒意義。本設(shè)計(jì)首先分析了齒輪軸零件的作用和加工工藝性，然后進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)。齒輪軸零件的機(jī)械綜合性能要求較高，一般選擇鍛件作為毛坯。合理安排工藝路線(xiàn)，劃分加工階段對(duì)保證零件加工質(zhì)量至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：齒輪軸；工藝分析；工藝規(guī)程設(shè)計(jì)；目 錄摘 要I緒 論11.1本文研究的目的和意義11.2課題背景知識(shí)21.2.1齒輪軸的應(yīng)用21.2.2

2、傳統(tǒng)齒輪軸的加工方法21.2.3數(shù)控加工工藝3齒輪軸加工工藝設(shè)計(jì)42.1 材料分析生產(chǎn)類(lèi)型確定42.1.1確定零件材料42.1.2 確定零件的生產(chǎn)類(lèi)型42.2 選擇毛坯，繪制零件圖52.3 選擇加工方法，制定工藝路線(xiàn)72.3.1毛坯預(yù)備熱處理72.3.2粗加工（型材）82.3.4熱處理82.3.5精加工8參考文獻(xiàn)9緒論1.1本文研究的目的和意義本設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課程、技術(shù)課程以及全部專(zhuān)業(yè)課之后進(jìn)行的。此次的設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)各課程及相關(guān)繪圖軟件的一次深入的綜合性復(fù)習(xí)，也是使我們綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本知識(shí)與基本技能去解決專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。因此，它在我們

3、四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。我們?cè)谕瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也培養(yǎng)了我們正確使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)手冊(cè)、圖冊(cè)等工具書(shū)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力，也為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)的目的在于：（1）培養(yǎng)綜合分析和解決本專(zhuān)業(yè)的一般工程問(wèn)題的獨(dú)立能力，拓寬和深化所學(xué)知識(shí)。（2）培養(yǎng)樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法的能力。（3）培養(yǎng)正確地使用技術(shù)知識(shí)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)手冊(cè)、圖冊(cè)等工具書(shū)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫(xiě)技術(shù)文件等方面的工作能力。（4）培養(yǎng)自己進(jìn)行調(diào)查研究、面向?qū)嶋H、面向生產(chǎn)，向工人和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度、工作

4、作風(fēng)和工作方法。（5）熟悉齒輪軸零件加工工藝過(guò)程的方法步驟，為以后從事相關(guān)的技術(shù)性工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（6）通過(guò)對(duì)齒輪軸零件的機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)，使我們?cè)跈C(jī)械制造工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，工藝方案論證，機(jī)械加工余量計(jì)算，工藝尺寸的確定，編寫(xiě)技術(shù)文件及查閱技術(shù)文獻(xiàn)等各個(gè)方面得到一次綜合性訓(xùn)練。初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。1.2課題背景知識(shí)1.2.1齒輪軸的應(yīng)用齒輪軸是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)零件，廣泛適用于機(jī)械、汽車(chē)、航空、印刷、儀器儀表及礦山行業(yè)。我國(guó)是一個(gè)機(jī)械大國(guó)，但不是機(jī)械強(qiáng)國(guó)。尤其是我國(guó)很多中小企業(yè)用的設(shè)備是十年以前、甚至是二十年以前的設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備相對(duì)落后。齒輪軸的種類(lèi)多

5、種多樣，但是每一種齒輪都有一定的特點(diǎn)，如何在現(xiàn)有設(shè)備的條件下，從夾具，刀具，加工工藝等方面綜合考慮，針對(duì)每一種齒輪軸制造過(guò)程編制工藝，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的齒輪，就顯得尤為重要。齒輪軸一般是小齒輪（齒數(shù)少的齒輪），運(yùn)用在高速級(jí)（也就是底扭矩級(jí)）傳動(dòng)中。齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運(yùn)行的齒輪，因?yàn)樘幵诟咚偌?jí)，其高速度是不適進(jìn)行滑移變速的。齒輪軸是軸和齒輪合成一個(gè)整體的，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)，還是要盡量縮短軸的長(zhǎng)度，太長(zhǎng)了一是不利于上滾齒機(jī)加工，二是軸的支撐太長(zhǎng)導(dǎo)致軸要加粗而增加機(jī)械強(qiáng)度（如剛性、撓度、抗彎等）。一般齒輪軸有兩個(gè)支撐軸徑，工作時(shí)通過(guò)軸徑支撐在軸承上，這兩個(gè)支撐軸徑便是其裝配

6、基準(zhǔn)，通常也是其他表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，所以它的精度和表面質(zhì)量要求較高。對(duì)于一些重要的軸，支撐軸除規(guī)定較高的尺寸精度外，通常還規(guī)定圓度、圓柱度以及兩軸徑之間的同軸度等形狀精度要求等。對(duì)于其他工作軸徑，如安裝齒輪、帶輪、螺母、軸套等零件的軸徑，除了有本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常還要求其軸線(xiàn)與兩支承軸徑的公共線(xiàn)同軸，以保證軸上各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度。齒輪軸零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件、實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力。齒輪軸零件是將齒輪部分和軸做成一體無(wú)需鍵配合的一種常見(jiàn)機(jī)械零件。齒輪軸具備傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，是通用機(jī)械特別是工程機(jī)械傳動(dòng)中的重要零件之一。齒輪軸的工作能力一般取

7、決于軸的強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時(shí)還取決于軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。軸的中間部位為斜齒輪部分，主要傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。1.2.2傳統(tǒng)齒輪軸的加工方法傳統(tǒng)齒輪軸加工利用普通車(chē)床、銑床等，依靠技師進(jìn)行手工操作，生產(chǎn)率低，耗時(shí)長(zhǎng)，精度低。普通車(chē)床是能對(duì)軸、盤(pán)、環(huán)等多種類(lèi)型工件進(jìn)行多種工序加工的臥式車(chē)床，常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面、端面和各種內(nèi)外螺紋，采用相應(yīng)的刀具和附件，還可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲和滾花等。普通車(chē)床是車(chē)床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車(chē)床類(lèi)總數(shù)的65%，因其主軸以水平方式放置故稱(chēng)為臥式車(chē)床。銑床指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件和銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它可以加工平面、溝槽，

8、也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。1.2.3數(shù)控加工工藝隨著加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)有了很大的進(jìn)步，依靠數(shù)控技術(shù)加工齒輪軸，不但減少了加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，并且零件的精度也有了很大的提高。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對(duì)于制造行業(yè)而言，具有劃時(shí)代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機(jī)床已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。 針對(duì)車(chē)削、

9、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開(kāi)發(fā)了各種門(mén)類(lèi)的數(shù)控加工機(jī)床。如今的數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面：1、高速、高精度、高效、高可靠性。要提高加工效率，首先必須提高切削速度和進(jìn)給速度，同時(shí)，還要縮短加工時(shí)間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。 2、柔性化、集成化。為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)上下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換主軸頭（有時(shí)帶坐標(biāo)變換）、自動(dòng)誤差補(bǔ)償，自動(dòng)診斷、

10、進(jìn)線(xiàn)和聯(lián)網(wǎng)功能，特別是依據(jù)用戶(hù)的不同要求，可方便地靈活配置及集成。 3、智能化，網(wǎng)絡(luò)化。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制，電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算，自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型，自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 4、市場(chǎng)適應(yīng)性上的發(fā)展趨勢(shì)：普及型、個(gè)性化。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)又要盡可能擴(kuò)大批量，為此，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家不僅應(yīng)能生產(chǎn)通用的普及型數(shù)

11、控系統(tǒng)，而且更應(yīng)能生產(chǎn)帶有個(gè)性化的數(shù)控系統(tǒng)，特別是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能夠由用戶(hù)自己增加專(zhuān)有功能的普及型數(shù)控系統(tǒng)：這是市場(chǎng)份額最大的數(shù)控系統(tǒng)，也是最有競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控系統(tǒng)，這也是適應(yīng)性的體現(xiàn)。 5、體系結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢(shì)：開(kāi)放性。為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線(xiàn)、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)。齒輪軸加工工藝設(shè)計(jì)2.1 材料分析生產(chǎn)類(lèi)型確定2.1.1確定零件材料45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來(lái)源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。45鋼淬火溫度在A3+(305

12、0) ，在實(shí)際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時(shí)間。45鋼可制造強(qiáng)度要求較高的零件，如曲軸、軸、活塞銷(xiāo)、工夾具等零件。這些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高強(qiáng)度和高韌性，調(diào)質(zhì)后進(jìn)行高頻或火焰表面淬火等。45鋼經(jīng)低溫球化退火后，它可冷擠壓為成形零件，如球頭銷(xiāo)、推力桿等。45鋼是軸類(lèi)零件的常用材料，淬火后表面硬度可達(dá)4552HRC 它價(jià)格便宜，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能。45鋼還廣泛用于機(jī)械制造等，這種鋼的機(jī)械性能很

13、好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45鋼可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。所以本設(shè)計(jì)中齒輪軸采用45鋼。2.1.2 確定零件的生產(chǎn)類(lèi)型已知：備品率a=3% 廢品率b=1% 年產(chǎn)量Q=1000個(gè)/年根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表可知45鋼密度=7.85g/cm3根據(jù)圖紙?bào)w積V=V1+V2+V3+V4=82*10+16.52*25.5+82*46+72*30.5=37745.5474 mm3=37.75 cm3 齒輪軸質(zhì)量m=V=296.34g 計(jì)算N=Q*m（1+a%）（1+b%）=1000*（1+3%

14、）（1+1%）=1040.3生產(chǎn)類(lèi)型零件生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年）重型零件(30kg以上)中型零件(430kg)小型零件(4kg以下)單件生產(chǎn)<5<10<100批量生產(chǎn)5300105001005000大批量生產(chǎn)>300>500>5000根據(jù)表可知生產(chǎn)類(lèi)型為批量生產(chǎn)2.2 選擇毛坯，繪制零件圖2.2.1 選擇毛坯種類(lèi)及制造形式毛坯的選用主要包括毛坯的材料、類(lèi)型和生產(chǎn)方法的選用。選用正確與否直接關(guān)系到毛坯的制造質(zhì)量、工藝和成本，并影響到機(jī)械加工質(zhì)量、工藝和成本等。毛坯質(zhì)量主要是指合格毛坯本身能滿(mǎn)足用戶(hù)要求的程度。它主要包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量。其中，外觀質(zhì)量包括

15、毛坯表面粗糙度、尺寸精度、質(zhì)量偏差、形狀偏差和表面缺陷等；內(nèi)在質(zhì)量包括毛坯的物理性能、力學(xué)性能、金相組織、化學(xué)成分、偏析、內(nèi)應(yīng)力、致密度、內(nèi)部缺陷等；使用質(zhì)量包括毛坯的抗疲勞性能、高溫及低溫力學(xué)性能、耐磨性、耐蝕性和精度保持性等。毛坯材料的選用是保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的一個(gè)主要因素。 毛坯選用的原則有：滿(mǎn)足材料的工藝性能要求。如碳鋼主要使用鍛造生產(chǎn)，但其中某些牌號(hào)也有較好的鑄造性能；滿(mǎn)足零件的使用性能要求；降低制造成本；符合生產(chǎn)條件。尺寸大的齒輪軸通常選擇自由鍛造，中小型齒輪軸可選擇模鍛件，一些小齒輪軸也可制作成整體毛坯。若鍛件毛坯為錘上鋼質(zhì)自由鍛件，其機(jī)械加工余量與公差應(yīng)遵循GB/T15826系列

16、標(biāo)準(zhǔn)；若毛坯為鋼質(zhì)模鍛件，其機(jī)械加工余量與公差應(yīng)遵循GB/T12362系列標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)中，齒輪軸材料采用45鋼，制造形式采用鍛件。2.2.2 確定毛坯尺寸及機(jī)械加工余量國(guó)標(biāo)中規(guī)定鋼質(zhì)模鍛件的公差分為兩級(jí)，即普通級(jí)和精密級(jí)。精密級(jí)公差適用于有較高技術(shù)要求，但需要采取附加制造工藝才能達(dá)到的鍛件，一般不宜采用。精密級(jí)公差可用于某一鍛件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平鍛件只采用普通級(jí)。由齒輪軸零件的功用和技術(shù)要求，可確定該零件的公差等級(jí)為普通級(jí)。鍛件精度等級(jí)為F級(jí)。根據(jù)零件圖要求，采用粗車(chē)余量2mm。根據(jù)零件圖尺寸和加工余量可基本上確定毛坯的尺寸直徑40mm，長(zhǎng)120mm。2.2.3零件圖、三維圖2.

17、3 選擇加工方法，制定工藝路線(xiàn)2.3.1毛坯預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。本設(shè)計(jì)熱處理工藝有退火、正火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)。 （1）退火和正火：退火和正火用于經(jīng)過(guò)熱加工的毛坯。含碳量大于0.5% 的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過(guò)低切削時(shí)粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準(zhǔn)備。 （2）時(shí)效處理：時(shí)效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。為避免過(guò)多運(yùn)輸工作量，對(duì)于一般精度的零件，在精加工前安排一次時(shí)效處理即可。但精度要求較高的零件，

18、應(yīng)安排兩次或數(shù)次時(shí)效處理工序。簡(jiǎn)單零件一般可不進(jìn)行時(shí)效處理。除鑄件外，對(duì)于一些剛性較差的精密零件，為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時(shí)效處理。 （3）調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時(shí)減少變形作準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。2.3.2粗加工（型材）利用數(shù)控車(chē)床，編制數(shù)控程序，將毛坯加工成型材。2.3.4熱處理（1）調(diào)質(zhì)熱處理 45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低，來(lái)源廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸和要求比較高的工件不宜采用。 因?yàn)?5鋼淬透性低，故

19、應(yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)當(dāng)淬透，但不是冷透。如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件裂開(kāi)，這是因?yàn)楫?dāng)工件冷卻到180°左右時(shí)，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過(guò)大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方式，由于出水溫度難以掌控，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，即可出水空冷，油冷更好。另外，工件入水宜動(dòng)不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，做規(guī)則運(yùn)動(dòng)。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至裂開(kāi)。（2）表面淬火，低溫回火 表面淬火是僅對(duì)工件表層進(jìn)行淬火以改變表層組織和性能的熱處理工藝，它是通過(guò)快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用快速加熱使工件表面快速的加熱到淬火溫度，在不等熱量充分傳到心部時(shí)，即迅速冷卻，使表層得到馬氏體而被淬硬，而心部仍保持為未淬火狀態(tài)的