传动轴的工艺设计毕业设计.doc

目 录中文摘要英文摘要1绪论11.1课题背景1 1.2课题设计的目的和意义12零件的分析2 2.1零件的作用2 2.2零件的工艺分析22.3零件表面加工方法的选择23加工方案的选择44确定毛坯54.1确定毛坯种类54.2确定锻件加工余量及形状55工艺规程设计75.1定位基准的选择75.2制定工艺路线75.3铣床夹具126结论147致谢158参考文献169 附录1717- -摘 要通过在校期间对传动轴的学习和认识对传动轴进行一下系统的分析和设计，支承传动件的零件称为轴。轴类零件毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义传动轴是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速，在强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现行规范增添了些表面处理的方式比如表面发兰。 关键词：传动轴，零件，刚度，强度，表面发兰ABSTRACT Through the study of shaft during school and transmission of the system are analyzed and design. Supporting transmission parts called shaft. Axial parts of graduation design is mechanical engineering specialty students complete the teaching plan last a very important practical teaching link is to make the students comprehensive use of basic theory, we learned the basic knowledge and skills to solve major problems within the scope of the engineering technology and a basic training. The student is engaged in technical work related to the development and future career has certain Shaft is composed of the main parts of the machine parts, all of the transmission parts motion (for example: gear, gear, etc.) must be installed in the transmission of power to exercise and shaft transmission, often used in the connection between the transmission and drive. The shaft generally is long, and the high speed, can withstand torque not inherit the moment. Should make the shaft has enough rigidity and high speed, strength calculation, because of the large safety factor, thus make shaft dimension, this paper discusses the transmission technology design methods, and according to the current standard added some way of surface treatmentKeywords：Shaft, parts, stiffness, strength, surface flange 绪论1.1课题背景传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。1.2 课题设计的目的及意义 本文研究的目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。通过计算设计出加工传动轴的加工时间，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。2 零件的分析2.1生产纲领因为传动轴的年产量为360，由表查得为小批量生产 生产类型零件生产纲领重型机械中型机械轻型机械单件生产5205-10020-200100-500中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-500002.2 零件的作用 轴是组成机器零件的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。工作中，既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只能承受扭矩而不承受弯矩的轴叫传动轴。2.3零件的工艺分析零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般传动轴，其工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨外圆检验。 （2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。 （3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。（4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。 （5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。2.4零件表面加工方法的选择 传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽、切螺纹、小孔。因此主要采用车削和外圆磨削。因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的方法为：粗车-半精车-磨削外圆表面加工方案加工方案 经济加工精度等级（IT） 表面粗糙度Ra/m粗车11125012.5半精车8106.33.2精车671.60.8磨削670.80.4键槽加工方案 加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra铣111212.5 螺纹加工方法 粗车 1112 5012.5 半精车 108 6.33.2 精车 67 1.60.8孔加工方案 加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra钻111212.53 加工方案的选择方案一工序 1 铣轴的两端面，打中心孔工序 2 粗车外圆大小端各外径工序 3 半精车，倒角工序 4 铣键槽工序 5 精车，切退刀槽工序 6 切螺纹工序 7 调质工序 8 去毛刺工序 9 磨削方案二工序1 车轴一端打中心孔工序2 车轴另一端打中心孔工序3 半精车倒角工序4 精车，切退刀槽工序5 切螺纹工序6 调质工序7 铣键槽工序8 去毛刺工序9 磨削比较上面两方案，方案二在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。综上所述方案一合理本设计的加工方法如下：两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需进行铣削加工。由于M20要车削外螺纹，故轴要先粗车至20 公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5m，需要进行粗加工。 20外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行半精车，精车或磨削加工。 25外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5m，需进行半精车，精车或磨削加工。25外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6m，需要进行精加工或磨削加工。4 确定毛坯4.1 确定毛坯种类： 45钢。切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需采取特殊工艺措施。刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任4.2确定锻件加工余量及形状： 加工表面工序名称加工余量工序尺寸尺寸公差表面粗糙度（m）M20粗车520Ra12.5m粗车524Ra12.5m毛坯3025精车0.525H7Ra1.6m半精车0.525.5H9Ra6.3m粗车426H12Ra12.5m毛坯30M20粗车420Ra12.5m粗车624Ra12.5m毛坯305 工艺规程设计5.1定位基准的选择 （1）粗基准的选择：由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。 （2）精基准的选择：本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中心线以及粗加工后的端面为主要的定位精基准。5.2制定工艺路线根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。加工条件：加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件工序I 铣轴的两端面，打中心孔机床：采用组合车床加专用夹具 刀具：YG6硬质合金端铣刀粗铣M20的两端面，以M20端面作为粗基准工序II 粗车外圆大小端各外径机床：CA6140卧式车床，转速n=400r/min 刀具：查机械制造工艺简明手册选用YT6硬质合金外圆车刀，主偏角为90，后刀面最大磨损限度1.01.4,刀具寿命60min. 切削速度 vc=dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 进给量： f=0.05mm/r 进给速度：vf=fn=0.05x400=20mm/min 加工工时：tm=L/ vf 端面加工 （以小端端面为基准） 毛坯30 段加工25 从30切削至26，背吃刀量ap=2.00mm;切削长度L= 40mm; 加工工时tm=L/ vf=2min加工20 从26切削至21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削长度L=36mm 加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从26切削至21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削长度L=70mm 加工工时 tm=L/ vf=3.5min 大端加工（以大端端面为基准）毛坯30段加工25 从30切削至25，背吃刀量ap=2.5mm 切削长度L=135mm 加工工时 tm=L/ vf=6.75min第二道工序所需工时Tm2=26.05min工序III 钻孔机床：Z4006台式钻床 主轴转速14505800r/min 钻头：根据切削用量简明手3版表2.1,2.5选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时钻头采用双锥后磨横刀，后角12，钻头直径4mm 切削用量确定进给量：f=0.080.1mm/r 修正系数为0.75 修正后的进给量 f=(0.080.1)x0.75=0.060.075 mm/r按照强度小于800Mpa 从切削用量简明手3版查得f=0.080.1mm/r 选f=0.07 mm/r 取n=2000r/min 计算加工工时得tm=L/ nf=0.8928min 确定钻头磨损标准及寿命 刀具后刀面最大磨损限度，查机械制造工艺简明手册为0.6mm,寿命为45min,工序IV 半精车，倒角加工25 从26切削至25.8，背吃刀量ap=0.10mm切削长度L=240mm 加工工时 tm=L/ vf=0.52min加工20 从21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=70mm加工工时 tm=L/ vf=3.5min车倒角 车刀 选用kr=45的直头通切车刀车45倒角第四道工序所需工时Tm4=5.82min工序V 精车，切退刀槽加工25 从25.8切削至25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=135mm加工工时 tm=L/ vf=6.75min加工20 从20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=70mm 加工工时 tm=L/ vf=3.5min切退刀槽 取a=1.5和a=2的切槽刀 进给量f为手动,查得v=0.17m/s n=0.5第五道工序所需工时Tm5=12.05min工序VI 调质淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。工序VII 车螺纹 机床：CA6140 螺距P=1 mm f=P=1 mm L1=23p L2=25p =25mm 计算工时 车M20 得tm1=(L+L1+L2)/ nf=0.125min 车M20 得tm2=(L+L1+L2)/ nf=0.235min第七道工序所需工时Tm7=0.36min工序VIII 铣键槽机床:立式铣床X53T 转速n=18r/min纵向进给量为f1=10 mm/min 横向进给量为f2=10 mm/minh=4mm, L=6mm计算工时得tm纵= h/f1n=0.022min tm横= L/f2n=0.033min tm1=0.055min h=4mm, L=42mm计算工时得tm纵= h/f1n=0.022 min tm横= L/f2n=0.233 min tm2=0.255min第九道工序所需工时Tm9=0.31min工序IX 去毛刺毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。经过去毛刺处理后会使零件表面的精度大大提高。所以去毛刺是不可或缺的一道重要工序.工序X 磨削 机床:万能外圆磨床M131W 工作台移动速度v=100mm/min 加工25 从25.3切削至25，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=135mm加工工时 tm=L/ v f=1.35min加工20 从20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=0.36min加工20 从20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=70mm加工工时 tm=L/ vf=0.7min第十一道工序所需工时Tm11=2.41min综上所述,本设计所需总基本工时Tm总=47.8928min5.3夹具的作用零件在加工的过程中夹具的定位固定是非常重要的，当定位不准确或加工中出现振动，都会影响零件在加工中各段的精度。并且会随着最终的完工使工件偏离原来尺寸要求达不到设计的要求，这就要有合理的装夹保证在加工中的稳定，保证加工质量。使用夹具要简单装夹或拆卸方便，本节以在铣床上铣键槽为例来说明。 5.4铣床夹具的设计特点铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于：它是通过定位键在机床上定位，用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。A、床夹具的安装 铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。 作为定位键的安装是夹具过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T 形槽中，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。B、铣床夹具的对刀装置 铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B11.25为宜。5.5定位原理的几种情况 (1)完全定位工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。 （2）部分定位工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。 （3）过定位（重复定位）几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。A、一般情况下，应该避免使用过定位。通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。B、过定位亦可合理应用虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。 结 论通过毕业设计，我发现了自身所存在的很多问题，同时也获得了许多知识。整个毕业设计联系了以前所学的所有，及本期所学得课程，可以说是一项巨大的工程。在设计中我发现，机械手册是我们机械专业的人员经常用到的专业书籍，同时我也发现我们上课所学的种种就只是本专业中的一点皮毛而已。在设计中，我要到了许多苦难，通过查阅相关的书籍，发现，有些东西是自己闻所未闻的，见所未见的，我感觉到自己还未涉入机械这个行业，这个行业太高深太广阔啦。通过设计，我学到了团体合作的力量是巨大的，使我真正体会到了一个人的思维是有限的，在这个设计中，我们分头查阅相关书籍资料，上网查询相关专业知识，分工明确，所以我们才能在有限的时间内完成我们的毕业设计。我以前总以为自己学到了很多的专业知识，但是通过设计使我看清楚了自己，原来懂得的并不像自己想象的那么广。这次毕业设计也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。致 谢 转眼间，大学三年的时光将要流逝，我也将告别我的大学校园，告别这个充满欢乐与回忆的地方，在此我要感谢我的爸爸妈妈、老师、同学、朋友以及帮助过我的人。 我要感谢我的爸爸妈妈，没有