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齿轮机构直齿圆柱齿轮的机械加工工艺设计,直齿圆柱齿轮的设计,直齿圆柱齿轮工艺,直齿圆柱齿轮工艺加工工艺,直齿圆柱齿轮的,加工工艺设计,直齿圆柱齿轮设计,直齿圆柱齿轮,机械加工工艺,加工工艺直齿圆柱齿轮的设计
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附件1：毕业设计封面与规范毕业设计成果选题名称齿轮机构直齿圆柱齿轮的机械加工工艺设计设计类型产品设计工艺设计方案设计其它系（院）部智能装备技术学院专业机电一体化技术班级机电3163学生姓名杨兴学号162402030020校内指导老师谢圣英企业指导老师张胜平 二 一九 年 五 月毕业设计真实性承诺及指导教师声明学生毕业设计真实性承诺本人郑重声明：所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除设计方案中已经注明引用的内容外，本设计不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在设计文档以明确方式标明。如被发现设计中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担相应的法律责任和一切后果。学生(签名)： 日 期： 指导教师关于学生毕业设计真实性审核的声明 本人郑重声明：已经对学生毕业设计所涉及的内容进行严格审核，确定其成果均由学生在本人指导下取得，对他人设计方案及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师（签名）： 日 期： 目录1 设计任务11.1 设计任务11.1.1具体要求11.1.2总体设计方案11.1.3设计内容和要求12 设计思路与采用的技术方案12.1 设计思路12.2 采用的技术方案23.1 直齿圆柱齿轮的设计33.1.1齿轮基础知识33.1.1.1 齿轮机构传动的优点33.1.1.2 齿轮机构传动的缺点33.1.2 直齿圆柱齿轮的结构设计33.1.2.1 直齿圆柱齿轮的材料选择33.1.2.2确定直齿圆柱齿轮的精度33.1.2.3 初选齿轮的齿数33.1.2.4直齿圆柱齿轮的其它参数33.2 直齿圆柱齿轮的加工工艺过程设计73.2.1 加工直齿圆柱齿轮的机床选择73.2.2 加工直齿圆柱齿轮的毛坯选择73.2.3 加工直齿圆柱齿轮零件表面方法的选择83.2.3.1 成形法83.2.3.2展成法83.2.3.3齿轮加工方案的选取83.2.3.4齿轮传动的使用要求83.2.4 加工直齿圆柱齿轮零件定位基准的选择93.2.4.1直齿圆柱齿轮零件粗基准的选择93.2.4.2直齿圆柱齿轮零件精基准的选择93.2.5 直齿圆柱齿轮零件加工顺序的选择93.2.5.1 锻造制坯93.2.5.2 调质处理93.2.5.3 车削加工103.2.5.4插齿103.2.5.5 剃齿103.3 直齿圆柱齿轮具体加工工艺路线的设计103.3.1备料103.3.2下料103.3.3 粗车103.3.4 半精车103.3.5精车103.3.6倒角103.3.7去毛刺113.3.8 数控铣113.3.9调质处理113.3.10 磨113.3.11精加工113.3.12检查11设计总结13参考文献141 设计任务1.1 设计任务1.1.1具体要求 单级齿轮减速器用直齿圆柱齿轮传动,由电动机驱动，两班制工作，单向运转，工作载荷平稳,使用期限8年（按300天/年算）。已知传递功率P=9KW，小齿轮的转速n1=480r/min,传动比i12=3试设计该齿轮传动及小齿轮的生产加工工艺。生产纲领100件。1.1.2总体设计方案（1）根据给定条件进行齿轮结构的设计。（2）加工工艺过程设计：定位基准的选择；零件表面加工方法的选择；加工顺序的安排；工序的组合。（3）工序设计：机床设备的选择；工序间加工余量的确定；工序及公差的确定；切削余量的选择；时间定额的确定。1.1.3设计内容和要求（1）齿轮结构的设计；（2）编写毕业设计成果一份；（3）绘制零件图一张； （4）编制加工工艺过程卡。2 设计思路与采用的技术方案2.1 设计思路1.对学院要求认真研读，查阅资料完成开题报告；2.对齿轮结构进行设计，完成零件图。3.根据零件图初步完成加工工艺过程的设计；4.工序设计：正确去选择机床设备；确定好加工余量；工序及公差的确定；切削余量的选择；编制加工工艺卡；6.先做好方案给老师检查，对老师提出的问题进行修改，最后完成毕业设计；7.进行零件图的绘制；8.提交相关毕业设计材料给指导老师审核，完成修改定稿。2.2 采用的技术方案2.2.1 需要的工具设备AutoCAD 2007软件进行齿轮绘制；笔记本电脑，计算器2.2.2依据的技术规范或标准1徐灏. 机械设计手册M. : 机械工业出版社, 19912银金光，刘扬主编. 机械设计课程设计-2版.-北京：北京交通大学出版社.2013.9.3机械原理/朱理主编.-2版.-北京：高等教育出版社，2010.44曹惟庆.机构设计M.北京：机械工业出版社，第2版，2005.3 设计内容（过程）与说明3.1 直齿圆柱齿轮的设计3.1.1齿轮基础知识3.1.1.1 齿轮机构传动的优点（1）齿轮机构具有的显著特点是：传动比较稳定、工作过程中传动可靠、使用寿命比其他机构更长。（2）齿轮机构的传动功率是很大的。在实际工作当中，它能传输的功率最多可达100000KW，而且传输的圆周速度可达300m/s。（3）齿轮机构能实现平行轴和非平行之间传动。3.1.1.2 齿轮机构传动的缺点（1）制造费用偏高，经济较高；（2）不适合传动比和传动距离很大的场合；（3）齿轮制造的精度偏低，对传动有一定的不良影响；（4）传动过程中会产生噪音、振动等危害。3.1.2 直齿圆柱齿轮的结构设计3.1.2.1 直齿圆柱齿轮的材料选择根据题目给出的工作条件，查阅 1，确定该减速机为一般用途，生产纲领为小批量生产，查 1表7-1，小齿轮材料取40Cr，热处理方式是调质处理，硬度HBS1=260；大齿轮的材料可以选取45号钢，经过调质处理，硬度HBS2=230。3.1.2.2确定直齿圆柱齿轮的精度根据题目给出的工作条件，该减速机为普通工作机，旋转速度不是很高，参考 1书中表7-7得，本次设计初定齿轮的精度为8级精度。3.1.2.3 初选齿轮的齿数初选小齿轮齿数：Z1=24，通过计算大齿轮齿数为：Z2=Z1i12=243=72。3.1.2.4直齿圆柱齿轮的其它参数（1）确定材料的许用接触极限Hlim参考1中图7-18（a）MQ线得：Hlim1=720MPa，Hlim2=580MPa；（2）确定寿命系数ZN小齿轮的循环次数：N1=60n1jLh=604801（284808）=1.8109；大齿轮的循环次数：N2=1.8109/3=0.6109；查 1图7-19得，ZN1=1，ZN2=1;（3）确定尺寸系数ZX参考 1中图7-20得：ZX1=ZX2=1；（4）确定安全系数SH参考1书中图7-8得：取SH=1.05；（5）确定许用接触应力H参考1中式7-22得：H1=ZNZXHlim1SH=117201.05=686MPaH2=ZNZXHlim2SH=115801.05=552MPa（6）小齿轮直径的设计计算：计算式为：d1上式中各参数取值如下：载荷系数K=1.3；小齿轮传递的转矩公式：=9.551068480=1.59105N.mm齿宽系数d由机械设计表7-6取0.8； 查 1表7-5计算材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa；查 1书中图7-14确定节点区域系数ZH=2.5；查 1书中式（7-9）确定重合度：=1.88-3.2（1Z1+1Z2）=1.88-3.2(124+172)=1.7;由式（7-8）计算重合度系数Z=4-3=4-1.73=0.876；将各数代入小计算式：D1=321.31.59105.0.8.43（0.876189.82.5552）2=106mm（7）确定实际载荷系数K与修正系数所计算得分度圆直径查机械设计表7-2确定使用系数KA=1；确定动载系数KV计算圆周速度：v=d1tn1601000=3.14106480601000=2.66ms故前面取8级精度合理。由齿轮的速度与精度查1图7-8得，KV =1.12确定齿间载荷分配系数K齿宽初定b=dd1t=0.8106=85mm单位载荷 211.5910585106=35.3100N/mm，查1表7-3得，K=1.2； 查1表7-4确定齿向载荷分布系数K=1.34查1载荷系数K=KAKVKK=11.121.21.34=1.8根据实际载荷系数按照公式（7-12）修正所算的分度圆直径为:d1=3KK1=10631.651.3=114.8mm齿轮的模数 m=d1z1=114.824=4.8mm 取标准值m=5（8）校核齿根弯曲疲劳强度 齿根弯曲疲劳许用应力的计算： 取YST=2 由图8-22，得YN1=0.88 由表8-8，失效概率低于1/1000，取SFmin=1.5。 由图8-21（d），Flim1=290MPa，Flim2=210MPa 许用应力：F1=Flim1YSTYN1SFmin=29020.881.5=340.27MPaF2=Flim2YSTYN2SFmin=21020.891.5=249.2MPa 齿根弯曲疲劳应力 由图8-16，YFa1=2.72，YFa2=1.35 由图8-17，YSa1=1.57，YSa2=2.55 由图8-18，Y=0.679F1=1.18KAKVKKFtmbmnYFa1YSa1YF1F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1F2 故弯曲强度足够。 故弯曲强度足够。齿轮其它主要尺寸的计算 分度圆直径：d1 =mZ1=524=120mm；d2 =mZ2=572=360mm。齿顶圆直径：da1=d1+2ha=120+2（51）=130mm；da2=d2+2ha=360+2（51）=370mm。齿根圆直径：df1=d1-2hf=120-2（1+0.25）5=107.5mm；df2=d2-2hf=360-2（1+0.25）5=347.5mm。中心距：a=（d1+d2）/2=（120+360）/2=240mm。齿宽：b2=dd1=0.8120=96mm取b1=96+5=101mm b2=96mm表3-1 齿轮参数表小齿轮大齿轮分度圆直径120360齿顶圆直径130370齿根圆直径107.5347.5中心距240齿轮宽10196依据以上尺寸，结合直齿圆柱齿轮实际工作情况，绘出直齿圆柱齿轮零件图3-1。图3-1 直齿圆柱齿轮 3.2 直齿圆柱齿轮的加工工艺过程设计3.2.1 加工直齿圆柱齿轮的机床选择齿轮按齿形毛坯分为轴和盘，加工轴一般采用车床双中心孔定位，盘齿轮定位基准与设计基准及与轴连接的装配基准（圆孔或花键孔等）相一致，由于直齿圆柱齿轮为回转类零件，故本次直齿圆柱齿轮的加工选择小齿轮来进行设计，加工机床选择车床CR6150。3.2.2 加工直齿圆柱齿轮的毛坯选择在选择齿轮毛坯时，需要考虑齿轮的材料、齿轮的结构形式及其尺寸、齿轮的工作条件及生产批量等综合因素，而常见的齿轮制造毛坯主要有：（1）下料件毛坯：下料件毛坯主要用于一些不重要、受力不大且尺寸较小的工作条件下传动、结构比较简单的齿轮。 （2）锻件毛坯：对于锻件齿轮毛坯来说，他一般是用在受力很大的齿轮上面；（3）铸钢件毛坯：铸钢件毛坯主要用于齿轮的直径为大直径或结构比较复杂的场合，且齿轮不宜锻造的时候。（4）铸铁件毛坯：对于铸铁件毛坯来说，它主要是用在开式齿轮传动中，而且要求受力小，无冲击。由于本次直齿圆柱齿轮材料选择40Cr，齿轮传动转速较慢，工作条件不算很差，更由于生产批量为小批量，选用毛坯材料为锻造毛坯。具体尺寸见图3-2图3-2 毛坯图3.2.3 加工直齿圆柱齿轮零件表面方法的选择在齿轮的加工过程中，齿轮加工最关键的是齿面加工，目前，齿面加工的主要方法是车刀切削和在磨床上用砂轮磨削加工相结合的方式，按照齿轮的加工原理，可分为成形法和展成法，下面简单介绍下两种加工方法及适用加工齿轮的类型。3.2.3.1 成形法成形法是机床上采用和齿轮齿面相符合的成型刀具用来切割齿轮齿槽的方法，这种方法主要用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮。3.2.3.2展成法展成法就是利用齿轮齿轮刀具与被切齿坯做啮合运动而切出齿形的方法。3.2.3.3齿轮加工方案的选取由于齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级，生产批量和热量处理方法等，因此在选择齿轮加工方案时可参考以下原则：（1）对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工要求；（2）对于8级或8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采取用：滚齿-齿端加工-齿面淬硬-修正内孔。（3）对于6-7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案，滚齿-剃齿；（4）对于6-7级精度的淬硬齿轮，其齿加工一般有两种方案：剃-衍磨方案滚（插）齿-齿端加工-剃齿-齿面淬硬-修正内孔-衍齿磨齿方案滚（插）齿-齿端加工-齿面淬硬-修正内孔-磨齿；对于剃-衍这个方案，它的生产率是非常高的，而且大多数用在7级精度齿轮的成批生产过程当中，而磨齿方案生产率是非常低的，它一般用在6级精度以上的齿轮。（5）对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。（6）对于大批量生产，我们可以选择滚齿-冷挤齿这个方案。3.2.3.4齿轮传动的使用要求由于齿轮的制造精度对机床的工作性能、承载能力和使用寿命有很大的影响，所以在制造齿轮时必须满足齿轮传动的要求。（1）传动精度是当驱动轮旋转成一定角度时，根据给定的传动比，驱动轮应以相应的角度旋转。要求一个旋转角度的最大误差不能超过一定的限制，即一个旋转角度的精度。（2）工作稳定性要求齿轮传动平稳无冲击;振动和噪声小，这就需要限制齿轮的传动，瞬时传动比的变化，即齿的转动精度。（3）负荷均匀性齿轮的负荷是由齿面承受的，两个齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命有很大的影响。因此，用接触精度来测量齿轮的载荷均匀性。（4）齿轮侧间隙是一对啮合齿轮，其非工作面必须有一定的间隙，即齿侧间隙，其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，减少磨损;同时可补偿因热变形、弹性变形、加工误差、安装误差引起的侧隙减小，防止卡死。合理的齿侧间隙应根据齿轮副的工作情况确定。以上四项要求根据齿轮传动的用途和工作条件的不同而有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副、齿轮副用在读数仪表上，对传动精度要求较高，工作稳定性也有一定的要求，且对负载均匀性要求一般不严格。本次主要选择展成法中的插齿加工方法来加工该直齿圆柱齿轮。3.2.4 加工直齿圆柱齿轮零件定位基准的选择直齿圆柱齿轮零件定位基准分为粗基准和精基准的选择。3.2.4.1直齿圆柱齿轮零件粗基准的选择加工第一刀一般用粗基准，可以用来加工毛坯表面的定位基准，选择原则有：(1)选择重要的表面为粗基准，目的是保证重要面的加工余量均匀:(2)选择不加工的面为粗基准，目的是保证加工面和不加工面的相互位置;(3)选择加工面余量最小的面为粗基准，目的是避免加工过程中余量不足;(4)选择面积比较平整的面、比较大的面为粗基准，目的是定位可靠。方便定位;由于齿轮为盘类零件，故选择齿坯外圆为粗基准。 3.2.4.2直齿圆柱齿轮零件精基准的选择精基准的选择主要是保证齿轮尺寸精度，精基准的选择原则主要有：（1）基准重合原则，即设计基准和加工基准重合；（2）基准统一原则，即尽可能选用统一的基准面；（3）互为基准原则，即为了保证加工的精度；我选择齿轮的轴孔和齿轮的一个端面作为精基准。3.2.5 直齿圆柱齿轮零件加工顺序的选择3.2.5.1 锻造制坯热模锻仍然是齿轮零件的一种广泛应用的毛坯锻造工艺。3.2.5.2 调质处理本工艺的目的是获得适合后续齿轮切削的硬度，从而为最终的热处理做好结构准备，有效降低热处理变形。齿轮钢材料通常用于40#钢,一般规定设备和环境影响更大,冷却速度和冷却均匀性的组件是难以控制,导致很多不同的硬度,显微组织不均匀,直接影响金属切削加工和最终热处理,该调质处理有效地改变了常规正火处理的缺点，产品质量稳定可靠。3.2.5.3 车削加工为了满足齿轮精密加工定位的要求,齿轮毛坯加工全部采用数控车床,使用机械夹紧不重磨工具,实现锁模孔直径、截面和外径加工同步完成,保证截面的内孔和垂直度要求,并确保大小的大量离散小齿轮坯生产,从而提高了齿轮毛坯的精度，保证了后续齿轮加工的质量。此外，数控车床加工效率高，也大大减少了设备数量，经济效益好。3.2.5.4插齿用于加工齿的设备仍然是普通的插齿机。调整维护方便，但生产效率低。如果需要完成较大的生产能力，需要同时生产多台机器。随着涂层技术的发展,电镀的滚刀刀刃磨后很方便,在涂层和镀层的工具可以大大提高使用寿命,一般可以提高90%以上,有效地减少工具的数量变化和研磨时间,显著的好处。3.2.5.5 剃齿径向剃齿技术以其效率高、易于实现对齿形设计和齿向修正的要求等优点，在生产大量齿轮中得到了广泛的应用。3.3 直齿圆柱齿轮具体加工工艺路线的设计3.3.1备料准备的材料为40Cr的锻件。3.3.2下料锯床切割下料至尺寸L=110，去毛刺。3.3.3 粗车以外圆为定位基准，粗车齿坯两端面，先切除较多的余量7mm，用游标卡尺进行测量观察剩余长度达到103mm；在两端面中心打顶尖孔，两端装夹齿坯，粗车外圆面，用卡尺测量，直至切削到外圆132mm，去毛刺。 3.3.4 半精车以外圆为定位基准，在零件为103mm的基础上，继续切削1mm，然后测量，确保为102mm；3.3.5精车以外圆为定位基准，精车两端面，单边车削0.5mm，停车，用游标卡尺测量，加工后齿轮宽度达到102（+0.05，0）mm，保证两端面的平行度0.05mm/m内。3.3.6倒角根据要求孔口倒角C1、齿轮两侧倒角C2。3.3.7去毛刺用Y5714剃齿；3.3.8 数控铣插齿加工，齿面留余量0.
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