车辆工程毕业设计13汽车半轴加工工艺分析与设计

目 录 中文摘要 英文摘要 1.前言 1.1 国外汽车半轴的加工工艺 1.2国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术 2.材料的选择 3.汽车半轴加工工艺流程及主要加工工序 3.1剪料 3.2摔杆 3.3摆帽 3.4喷丸 3.5杆部校直 3.6钻小端中心孔 A3/7.5 3.7粗车大外圆 3.8 粗车小端 3.9 车大孔 3.10 钻中心孔 B4/12.5 3.11 粗车大端、精车大端 3.12 精车小端 3.13 冷滚轧花键 3.13.1冷滚轧花键的优点 3.13.2冷滚轧花键的加工方法 3.13.3冷滚轧花键的工艺要求 3.13.4典型的冷滚轧机技术参数 3.13.5冷滚轧花键加工实例 3.14半轴的热处理 3.14.1热处理的具体工序 3.15磁力探伤检验 4.夹具设计 4.1 原夹具存在的问题 4.2 可微调新型夹具 摘 要 汽车自 19世纪末诞生至今 100余年期间 ,汽车工业从无到有 ,以惊人的速度发展 ,写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。没有哪种机械产品像汽车这样对社会产生如此广泛而深远的影响。 半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分，半轴是用来将差速器 半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器，对于采用非独立式悬架的驱动桥，根据其半轴内端与外端的受力状况，一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与半浮式半轴三种。 半轴内端以花键连接着半轴齿轮，半轴齿轮在工作时只将扭矩传给半轴，几个行星齿轮对半轴齿轮施加的径向力是互相平衡的，因而并不传给半轴内端。主减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器壳。因而，半轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。半轴是汽车的轴类零件中承受扭矩最大的零件，为了满足半轴的强度要求多年来，世界备国除了用各种各样的计算方法外，还 在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着不懈的努力。 本文主要是对半轴在锻造车间、机加车间、热处理车间的各步工艺进行分析和改进以及半轴的热处理和半轴齿轮的夹具改进。 半轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广。需求量大。半轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是：下料 加热 粗锻 切飞边 精锻 切飞边 表面清理 钻孔、车大端面 车孔、齐端面 拉花键 热处理 磨大端面和内孔。 感应加热表面淬火亦称感应淬火，由于它的加热速度和冷却速度都很快，使零件的表面至心 部有着巨大的温度梯度，而且淬火后零件由表及里存在着激烈的组织变化，这些特点决定它有着特殊的残余应力形态。一般说，轴类零件感应淬火后，表面层存在残余压应力，次表层和淬火区域边缘存在残余拉应力。残余应力的合理分布，能够大大提高零件强度，特别是疲劳强度。载货车半轴的合理用料，合理选择淬火层的深度及其分布，将大大提高半轴的使用寿命。 在车孔、齐端面工序中，由于夹具调整不便，更换供状时工件找正极其困难，耗工费时，齿轮装夹定位精度低，生产效率低。为此，我根据所学知识 ,再通过一些先进资料研究了半轴齿轮车孔齐端面的可微调夹 具，解决了原夹具存在的问题。 关键词 :半轴；热处理；夹具设计；花键设计 Abstract The car bears the until now from the end of 19 centuries 100 period in remaining years of life， Car industry from have no to have Developing with the astonishing speed, Wrote down the civilized and important literary piece in human modern age. The car is a quantity at most, universal, the movable scope is the most extensive and transport biggest and modern pileup in deal. Have no which kind of machines product resemble the car is like this to the social creation like this extensive but profound influence. The half stalk is an importance that car spread to move the system to constitute the part， to be used to will differ soon the machine half stalk wheel gear outputs motive pass to drive round or a sides decelerate the machine, Carry according to the half stalk inside with carry outside of suffer the dint condition, generally divided into Whole float type half stalk、 three quarter float type half stalk、 Half float type half stalk. 1. 前 言 1.1国外汽车半轴的加工工艺 1.1.1 美国克莱斯勒公司万伦脱小客车半轴制造工艺 SAE1039(相当于 40Mn) 棒料切断 法兰热轧成型 正火 喷砂 清洗 表面磷化 水平挤压成型 (三段，用 175t压力机 ) 法兰和轴承部分切削加工 轴端花键滚轧加工 感应加热淬火、回火 磨削安装轴承颈 法兰部分加 工。 1.1.2 日本五十铃公司中型载重汽车半轴锻造工艺 SCM4(相当于 42CrMo) 棒料切断 法兰、花键部分热轧成型 (感应加热、镦锻机 ) 正火 淬火、回火 喷砂 打中心孔 校直 法兰和花键部分切削加工 感应加热淬火、回火 校直 磁力探伤 法兰部分加工。 1.2 国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术 校直 (单柱校直液压机 Y41 10Bl0t) 铣端面打中心孔 (铣端面打中心孔机床 z82lO) 车削杆部 (液压半自动仿型车床 CE7112 125 71O) 磁力探伤 (磁力探伤机 CEW一 2000) 校直 (单柱校直液压机 Y41 10B 10t) 车削法兰端 (普通车床 C616 320 750) 铣削花键 (半自动花键轴铣床 YB6212 125 900) 校直 (单柱校直液压机 Y41 10B 1Ot) 磨削安装轴承颈 (高精度半自动万能外圆磨床 MGB1420A 200 1000) 法兰端部孔加工 (立式钻床 Z5125A 25) 铣削螺纹 (半自动螺纹铣床 SB6110A100 80) 磁力探伤 (磁力探伤机 CEW一 2O00) 清洗 (通用通过式三箱清洗机 SQX一 400II)。 2.材料 的选择 2.1材料牌号 : 40cr-gb3077-88 这种材料主要用于汽车半轴锻造件的加工与制造，汽车半轴载荷较大 ,有时会受到较大的冲击 ,这种材料比较适合作为半轴的材料。 3.主要加工工序 3.1 在 G72-3锯床上剪料； 3.2 用 560KG空气锤摔杆； 3.3 用 DW99-160摆碾机摆帽； 3.4 用 QBD30强化喷丸机进行喷丸处理； 3.5 用 YH240-25校直机进行毛坯杆部校 直， 保证垂直度。 一般情况下，在整个半轴生产过程中需校直两次一次是毛坯校直，另一次是热处理后校直。这两次校直的作用、原 理是一样的，都是保证汽车半轴的垂直度，热处理后的校直要保证 跳动不大于 0.08， 0.2和 0.4。 美国通用汽车公司旁蒂克部毛坯校直的方法是：用两个固定校直滚子装置支承半轴，由一个传动连接装置与半轴法兰端上的两个突出部位相吻合，并带动半轴旋转，尾座顶尖顶住半轴的杆部，校直机上的压头下落，半轴在滚子和压头的作用下校直。压头是固定工作的，生产率为 195件 h，是以前手工校直生产率的 4倍。 英国福特汽车公司热处理后校直是在 8t密尔斯 (Mills)液压机上进行的。半轴支承在夹具两端，夹具能够很容易地从一端移到另一端，这样 压头就能在花键端与法兰端之间的任何高出部位加载。在校直过程中，用两个千分表进行测量，其中一个表垂直安装，测轴的摆动；另一个表水平安装，测法兰摆动。近年来，已研制生产出带有自动装置的半轴校直装置。但是，值得一提的是，迄今为止，尚无人认为自动校直比人工控制的校直效果更好。 3.6在 Z525J钻床钻小端中心孔 A3/7.5； 3.7在 CA6140车床粗车大外圆； 3.8在 CK7150车床粗车小端； 有的生产厂家采用六角转塔车床进行粗车和精车加工，但大多数生产厂家则采用仿型车床进行粗车和精车加工。美国雪佛莱汽车部，采 用六角转塔车床铣端面打中心孔并完成全部粗精车工序。转塔可自动分度 (转位 )，当转塔上 6把刀全部用过后，指标灯亮，机床停车，操作者换上预先调整好刀具的整个转塔后，车床又开始加工。前苏联在陶里亚蒂城生产意大利菲亚特 124型轿车半轴自动线，由 2台锯床 (杆部端头切断 )、 2台平端面打中心孔机床 (杆部两端外圆、法兰肩面定位夹紧 )、 3台 KDM9 80型仿型车床 (中心孔定位，法兰内部撑紧，车削法兰端 )和 4台 KDM9 80型仿型车床 (中心孔定位，法兰外圆夹紧，车削杆部 )共 l1台机床组成。在仿型车床上用两个靠模滑座分别对大小头进 行仿型车削。精车后对花键端和法兰端外圆进行自动测量。负荷在 70时生产率为 180件 h。 3.9 在 CA6140车床车大孔； 对于不同长度和直径的半轴，平端面是提高半轴生产线生产率的一个关键工序。采用切入法铣端面的优点是：可适应半轴长度的变化，其缺点是：生产率低，且刀具一旦磨钝后，端面会产生硬化现象，不利于下一道打中心孔工序。若采用贯通法铣削，同时采用特殊形式的机夹铣刀 (该铣刀每个刀片有 8个刀刃 )，比用每个刀片仅有 4个刀刃 (且用楔式夹紧 )的机夹铣刀不仅提高寿命 15倍，而且也提高了效率。为了保证打中心孔后 孔面光洁且无毛刺，已发展了对钻后的两端中心孔进行挤压的机床。 3.10 在 Z8210B车床铣两端面钻孔中心孔 B4/12.5，如下图 3 1；序号工序内容以大端中心孔定位，专用钻孔胎钻孔，铰6140.04工序名称钻孔夹具钻孔模具倒角宽度140.043.11 粗车大端、精车大端 所需设备为 CK7150车床； 3.12 精车小端 31.82 0.015， 48.5， 40.5， 39.5， 37 入下图 3 2； 三爪卡盘夹具精车小端工序名称以两端中心孔为基准，车削各部，保证尺寸。工序内容序号3.13 冷滚轧花键 滚扎花键以两端中心孔定位 ,滚扎渐开线花键。齿数为 30,模 数为 1.0583，渐开线起始圆直径为 31.008，大径 32.809,小径 30.691，压力角 =45分度圆直径 31.75,基圆直径 22.451,弧齿厚 s=1.791。滚扎花键所需仪器是花键滚扎机。所需的量具是千分尺和综合花键量规。 为了提高半轴花键的生产效率和疲劳强度，目前已广泛采用花键冷滚轧成型工艺。该工艺是一种动力传动件及齿类工件的无屑冷成型加工工艺。这种工艺极大地提高了冷成型齿类工件的精度，在北美和欧洲的许多条生产线上得到广泛应用。滚轧花键和滚花工艺不同，在滚轧过程中，对所有相关参数均定位 控制，故可以保证得到确定的齿数和准确的齿形。实际上，整个加工过程非常简单。以滚搓为例，将一根钢质轴定位在两根成型齿条之间的起始位置，该端的齿牙是浅层的，仅仅在工件上压出花键的最初形状，两齿条朝相反方向快速移动，带动工件旋转，一步步将工件表面的金属挤压进去，这时可明显看到一个个凹痕。完成上述整个过程只需不到 4s时间 (机动时间 )，此时，齿形零件只要再自转几周，就可保证得到质量控制所要求的齿形几何尺寸和精度。大多数齿形工件是可以滚搓的，包括： a薄壁金属件； b.油槽； c.螺纹； d.大螺矩花键； e.正齿花键；f.冠齿； g.滚花、螺旋齿； h.安全自锁花键； i.锥齿； j.齿形； k.螺杆。 3.13.1 冷滚轧花键的优点 a设计灵活。例如，一套 Marand齿条可以滚轧 20种不同齿数的零件而且可以使齿牙和轴肩之间不留间隙。 b.生产效率高。与传统滚齿相比，滚轧机动时间约为 4s，滚齿机动时间约为 130s。 c.节省材料 .而且省去了收集处理切屑的麻烦。 d.加工精度高 .滚轧具有极小的啮合间隙 (强迫塑性变形 )，使工件在使用过程中，可保持极优的啮合性能。 e.提高轴的强度。由于是冷成型 ,可提高零件的物理性能，如增加扭矩力 ,减 少疲劳应力灵敏度和无裂缝扩展。 f.提高负载能力 .滚轧后，其晶格结构和滚齿、铣切不同，金属流线未被破坏，疲劳强度相当于滚切、铣切花键的三倍多。国外某个生产载重汽车后桥半轴的公司，曾进行过铣削花键和冷滚轧花键后的半轴淬火前后对比测试分析。结论是：两种花键加工方法加工的半轴在其直径方向的变形量大体相同 .均在 10 m左右，但在外形变形量方面，滚轧花键要比铣削花键小，而且，在疲劳强度方面，滚轧花键是铣削花键的三倍多。 详见表 1、表 2和表 3。 表 3 1 铣削半轴花键的直径测量值 (单位 :mm) 轴号 淬火前 淬火后 最大值 最小值 最大值 最小值 1 30.036 30.034 30.045 30.040 2 30.032 30.013 30.043 30.024 3 30.045 30.040 30.057 30.048 4 30.027 30.004 30.038 30.017 5 30.035 30.015 30.043 30.031 平均值 30.035 30.021 30.045 30.032 表 3 2 滚扎半轴花键的直径测量值 (单位 :mm) 轴 号 淬火前 淬火后 最大值 最小值 最大值 最小值 1 30.027 30.027 30.043 30.039 2 30.028 30.027 30.039 30.036 3 30.023 30.023 30.018 30.018 4 30.013 30.012 30.031 30.027 5 30.016 30.016 30.028 30.024 6 30.014 30.014 30.028 30.024 7 30.014 30.013 30.028 30.010 8 30.022 30.019 30.034 30.030 9 30.030 30.026 30.030 30.022 10 30.023 30.014 30.038 30.033 平均值 30.021 30.019 30.032 30.027 表 3 3 两种半轴交变载荷试验值 轴 号 热处理方法 加工方法 断裂前的交变载荷次数 1 表面感应淬火 ,回火温度约为 230 铣削花键 54900 2 78900 3 115100 平均值 82967 4 表面感应淬火 ,回火温度约为 230 冷滚扎花键 306000 5 258000 6 214000 7 表面感应淬火 ,回火温度约为 180 342000 8 273000 平均值 278600 3.13.2 冷滚轧花键的加工方法 a.用滚轮冷滚轧花键。在滚压头上安装的滚轮个数和花键轴的齿数相同，沿径向分布，全部齿形均在压力机一次工作过程中全部轧 出。滚轧过程是压力机推动工件，通过滚压成形，滚轮在工件表面上自由滚动。这种滚轧加工方法适用于齿数 Z20的花键。 b.用齿条形工具冷滚轧花键。齿条形工具上下对称分布，分别由油缸驱动，作相互平行的交错运动，毛坯 (工件 )为自由驱动 ，在齿条工具间滚动过程中产生塑性变形。滚动的圈数大约为 8圈。采用这种滚轧加工方法滚轧直径较小的花键时，生产率高。表面质量好。这种滚轧加工方法一般用于滚轧工件的最大直径为 D= 50mm，最大模数为 m=4mm。 c.用小齿轮形工具冷滚轧花键。毛坯 (工件 )轴线和工具轴线平行分布，工具向工件中心移动进给。这种滚轧加工方法适用于渐开线花键。 3.13.3 冷滚轧花键的工艺要求 a.工件材料。硬度在 200 230HBS以下的碳素钢以及表面渗碳钢适用于冷滚轧，对于合金钢或碳素钢的深齿工件，冷滚轧前需进行一次退火处理。 b.工件的尺寸和形状。可按照滚轧前后体积不变的原则计算毛坯尺寸。 c.润滑。为了延长工具寿命和防止因工件的热膨胀而降低尺寸精度，需采用能起减摩作用的耐高压润滑剂，如采用二硫化钼和机油的混合剂。 3.13.4 典型的冷滚轧机技术参数 a.前苏联某公司生产的 DG一 7型冷滚轧机。工件直径 D= 20 160mm，最大工件长度 L=800mm，最长滚轧长度 l=180mm，最大当量模数 m=3mm，齿数 z=12 60，滚轧头电机功率 2 41kW，液压电机功率 5.5kW，润滑冷却电机功率 3kw 。 b.瑞士 GROB公司生产的 ZLMeg型冷滚轧机。最大工件长度 L=1650mm，最大滚轧长度 l=ll00mm，连续分度齿数 Z=l2 96，间歇分度齿数 Z=10 30，总功率 18.5kW，机床外形尺寸：长 x高 =3500mm 1440mm，机床净质量 8.5t。 c.日本津上制作所生产的 T GR8型冷滚轧机。软钢工件最大模数 m=5.5mm，合金钢工件最大模数 m=4.5mm滚轧驱动电机功率 2 2.24kW，快速进给电机功率0.37kW，无级变速电机功率 0.37kW，机床净质量 9.5t。 d.青岛生建机械厂冷滚轧技术研究开发中心生产的 DY170型小模数渐开线花键和三角花健冷滚轧机。最大滚压力 F=315kN，转速 n=16 96r min(6级 )，中心距160 300mm。主轴直径 D= 85nan，最大滚轧长度 l=22mm，滚压时间 1 60s，停歇时间 1 30s，主电机功率 16kW，液压电机功率 4kW，机床外形尺寸：长宽高： 2110mm 2170mm 1740mm，机床净质量 6t。 3.13.5 冷滚轧花键加工实例 a.美国某公司使用 Lees Brander THD长立柱式六轴回转冷滚轧机滚轧半轴花键(矩形花键 )。齿高 H=2.78 3.04mm， 齿厚 B=3.83 3.9mm，外径 D= 5.8295.840mm。当负荷为 100时，生产率为 180件 h。 b.英国福特汽车厂使用美国罗托一弗洛 (RDto Flo)Ex Cell O冷滚轧机滚轧半轴花键 (渐开线花键 )。齿数 z=24，半轴由输送带自动输送至冷轧机，用顶尖水平顶住，两个齿条式工具在高压作用下作相对运动，进行滚轧。生产率为 330件 h。 c某公司冷滚轧汽车传动轴 (矩形花键轴 )。 工件技术要求：材料为 40cr，齿数 z=l6，外径 D=( 49.915 49.950mm。内径 d= 4075 40.85mm，齿厚 B=4.935 4.975mm，键长 l=90mm，齿向误差0.05mm，齿侧及外圆粗糙度 Ra0.8 m。加工规范：滚轧方法为顺轧拉轧，间歇分度，毛坯直径 D= 46.30mm。滚轧转速 n=800r min，工件进给速度 v=80r min，工件进给速度 V=1850mm min。加工结果：机动时间 1.5min件，工件外径 D= 50.26mm(滚轧后留磨削余量 )，内径 d= 40.80mm，齿厚 B =4 95mm，齿向误差 0.04mm。 d某公司使用立式油压机 (160t)并采用滚轮滚轧方法冷滚轧矩形 花键轴。工件技术要求：材料为 45号钢，正火后硬度为 163 197HBS，齿数 Z=10，外径 D = 37.0 37.2m，内径 d= 27mm，齿厚 B=5.76 5.86mm，键长 l=35mm。工件长度 L=200mm，底廓半径 R=15.3mm,定心方式为齿侧。加工结果：机动时间 5s/件，齿侧表面粗糙度 Ra0.4 m，齿向误差 0.02mm，周向累积误差 0.14mm，相邻周节误差 0.10mm。 半轴花键滚轧工艺如下图 3 1: 压力角度保证与分度圆同轴允差综合花键量规千分尺编号名称量具编号滚轧刀具名称刀具以两端中心孔定位滚轧渐开线花键齿数模数工序内容序号每台数量规格 牌号材料花键滚轧机设备顶尖编号 名称夹具滚轧花键工序名称弧齿厚跨棒距量棒直径 基圆直径 分度圆直径压力角小径 大径渐开线起始圆直径齿数 模数渐开线花键参数3.14 半轴的热处理 半轴的热处理过去采用调质方法 ,调质后要求杆部硬度为 388 444HB.近些年来采用高频、中频等感应淬火的日益增多 ,这种处理方法能保证半轴表面有适当的硬化层 ,由于硬化层本身的强度较高 ,加之在半轴表面形成大的残余压应力 ,因此使半轴的静强度合疲劳强度大为提高 .尤其是疲劳强度提高得更为显著。 当半轴采用高应淬火时 ,杆部表面硬度推荐在 48 56HRC范围内 ,心部硬度可控制在 20 28HRC,花键部分的表面硬度可控制在 48 56HRC,不淬火区硬度可定在 248 277HB范围内 ,采用感应淬火时 ,通常推荐半轴杆部表面硬化 层的深度为其半径的 1/4 1/3左右 . 3.14.1 热处理工艺步骤如下 : 开启加热致电炉设定温度 (840 860 ) 通氯气扫炉 (约 30分钟 ) 通保护气氛 到达保温时间 (60分 ) 半淬 (油温 30 80 )清洗 回火 (550 650 ) 到达回火保温时间 (120分 ) 冷却 卸料 低温回火工艺要求如图 3 2所示 图 3 2 低温回火 中频淬火 ,自回火 如下图 3 3； 偏摆仪 高度尺径向1.5/1000轴向1/1000允许变形量金相显微镜回火马氏体少量铁素体心部回火马氏体硬化层金相组织洛氏硬度计 洛氏硬度计 洛氏硬度计28心部56杆部表面56花键表面硬度（）检验器具技术要求频率立式淬火机床生产设备加热温度120加热时间连续加热方式冷却介质温度0.4冷却介质聚乙烯醇水溶液冷却介质生产节拍锻件毛坯类型材料中频淬火，自回火后桥半轴工序名称零件号零件名称5中频淬火区5调质处理 ,如图 3 4； 偏摆仪 高度尺.5/1000/1000径向 轴向允许变形量良好的塑性和韧性机械性能金相显微镜回火索氏体少量铁素体金相组织洛氏硬度计28硬度（）检验器具技术要求开启加热致电炉设定温度（）通氯气扫炉（约）通保护气氛到达保温时间（）半淬（油温）清洗回火（）到达回火保温时间（）冷却卸料工艺内容连续式保护气氛调质生产线生产设备18盘；12件/盘生产节拍悬挂式炉装方式锻件毛坯类型40材料后桥半轴调质工序名称零件号零件名称黑点为硬度检测点时间高温回火淬火温度法兰盘硬度为调质淬火区3.15 磁力探伤检验 完成热处理工艺步骤之后还要进行探伤 ,要 100磁粉探伤检验 ,要确保无裂痕 ,无折痕，以免汽车半轴在恶劣的环境下工作会断裂或扭断。最后要 100退磁。这些步骤要在CEW4000探伤机上完成。 4. 夹具设计 半轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广。需求量大。半轴齿轮已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是：下料 加热 粗锻 切飞边 精锻 切飞边 表面清理 钻孔、车大端面 车孔、齐端面 拉花键 热处理 磨大端面和内孔。在车孔、齐端面工序中，由于夹具调整不便，更换工装时工件找正极其困难，耗工费时，齿轮装夹定位精度低，生产效率低。为此，我们研制了半轴齿轮车孔齐端面的可微调夹具，解决了原夹具存在的问题。 4.1 半轴齿轮弹簧参数的设计计算 加工半轴齿轮端面时所需的磨削力 : Fc=Kc ap f=1118 3 0.5=1677(N) ap 背吃刀量 f 进给量 对半轴齿轮进行受力分析 ,计算出夹具对半轴齿轮的夹紧力 P。 计算如下 : P L=M M=Fc l 由和联立解出 P=(Fc l)/L=(1167 42)/21=2334 (N) 再对连杆进行受力分析 ,计算出弹簧的最大工作负荷 F2 由 F2 l1=P 48 得： 弹簧最大工作负荷 F2=3112(N) 弹簧的旋绕比 C取 5 弹簧直径 d 1.6 sqrt(K F2 C)/ =1.6 sqrt(1.34125 3112 5)/950 =7.5(mm) 弹簧的曲度系数 K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C =(4 5-1)/(4 5-4)+0.615/5 =1.34125 弹簧的强度条件 =(8 K F2 D2)/( d3) =(8 K F2 C)/( d3) =(8 1.34125 3112 5)/( 7.53) =945(MPa) =950(MPa) 弹簧中径 D2=C d=5 7.5=37.5(mm) 弹簧外径 D=D2+d=37.5+7.5=43(mm) 弹簧内径 D1=D2-d=37.5-7.5=30(mm) 弹簧的螺旋升角取 6 节距 p= D2 tg = 37.5 tg6 =12.4(mm) 两圈的间 隙 =p-d=12.4-7.5=4.9(mm) 由图可知 :弹簧的最大的轴向变形量 2 =40mm n=(G d )/( F2 C3) =(80000 7.5 10-3 40 103)/( 8 3112 53) =7.7 n 取 8 弹簧总圈数 n1=n+2=8+2=10 弹簧刚度 k=(G D2)/(8 C4 n) =(80000 37.5)/(8 54 8) =75(n/m) 4.2 原夹具存在的问题 齿模通过齿模座与车床主轴 (图中的双点划线空心轴 )相固连，机床主轴与套过盈配合。 3个压爪沿齿轮周向均匀分布。拉杆右接于液压缸的活塞杆，在活塞杆和弹簧的作用下往复运动，并通过连杆座和连杆，实现压爪对齿轮的压紧和张开。这种夹具的最大缺陷是更换工装 (夹具或齿模 )时调整困难，费工费时，难以保证工件定位精度。从模具结构原理上看，齿模座确定了齿模与车床主轴的相对位置，齿模的模齿节锥与机床主轴同轴，但事实上由于制造及安装误差，导致模齿节锥与机床主轴的同轴度误差较大。齿轮工件是由工件齿面与齿模齿面吻合定位的，齿模相对于机床主轴的位置误差导致车削后的齿轮内孔与齿轮节锥的同轴度、以及齿轮大端面与齿轮节锥轴 线的垂直度误差较大，不能满足精度要求。因此实际设计和使用的夹具，是在齿模与齿模座之间应留有径向调整的间隙。 为保证模齿节锥与机床主轴的同轴度，在每一种齿轮工件加工前，即更换工装 (夹具或齿模 )时，要用样板齿轮和千分表调整齿模位置，使固定在齿模上的专门用于调整齿模的样板齿轮的内孔和大端面分别与机床主轴同轴和垂直。由于夹具结构存在的缺陷，以往调整夹具的做法是，通过在齿模与齿模座之间加垫片，调整样板齿轮大端面与机床主轴的垂直度 (以下简称齿模端面调整 )，并旋紧螺钉，使之满足精度要求。然后旋松螺钉，使之松紧程度便于径向 调整齿模。通过径向敲打齿模，调整样板齿轮内孔轴线 (即模齿节锥轴线 )与机床主轴的同轴度(简称齿模径向调整 )，符合精度要求后旋紧螺钉，齿模调整完毕。实际操作中，受垫片厚度的限制，齿模端面调整极其困难，垫片不是过厚就是过薄，往往需要十几次甚至几十次试验才能选择 3个互相搭配的合适垫片。特别是径向调整时敲击齿模的力度很难掌握，往往不是过大 (齿模径向位移过大 )就是过小 (齿模不移动 )，很难使敲击力恰好克服齿模位移的阻力 (齿模与齿模座之间的摩擦力和齿模惯性力 )产生需要的微小位移。因此，一个中等技术水平的工人更换一次工装，至 少需用 4至 5个小时。此外，该夹具不能实现 3个压爪的压紧力自动均衡。 3个压爪、 3个连杆和连杆座组成的压紧机构的尺寸误差，使得夹具夹紧齿轮工件时， 3个压爪不是同时与被压齿轮接触，或 3个压爪的压力不相等，从而引起连杆座 2偏转，使弹簧一侧加大受压，另一侧相对放松。弹簧的不均衡张力产生的阻力矩使连杆座不能自由转动，而必须克服该阻力矩才可转动，因此 3个压爪的最终压力不均衡。 3爪压力不均衡量必然影响工件的定位精度，即降低加工精度。 4.3 可微调新型夹具 针对原夹具存在的问题，根据所学的理论知识和导师的帮助把原夹具进行 了一下改进。齿模座 12与车床主轴 (图中的双点划线空心轴 )相固连。齿模 6由连接螺钉 16和紧定螺钉 14和 13固连于齿模座 12，从而实现齿模座上的齿轮样板，相对于机床主轴进行径向和端面微调。与原夹具相比其结构原理有以下特点： 齿模座 12上有 4只周向均布的紧定螺钉 13，其作用相当于普通车床四爪夹盘的4个爪，用以调节样板齿轮内孔