HGCU2变速器输入轴结构及加工工艺设计【7张图/18000字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份。50页。18000字左右。
任务书一份。
开题报告一份。

图纸共7张，如下所示
A0-工序图.dwg
A0-车床夹具装配图.dwg
A0-铣床夹具装配图.dwg
A1-车床夹具零件图.dwg
A1-铣床夹具零件图.dwg
A2-毛坯图.dwg
A2-输入轴.dwg

摘 要

变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。本设计以车型HGCU2变速器为基础设计输入轴，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，着重对变速器输入轴的结构参数进行设计计算以及对其进行工艺分析等。
我国的制造工艺与技术装备相对落后于工业发达的国家，我国大多数企业目前还采用较落后的制造工艺及技术装备生产，优质高效率低耗工艺的普及率不足10%数控机床及高效设备不足5%。在产品开发设计的技术手段方面，我国CAD的覆盖率仅为5%。不能及时开发设计具有创新和独占性的市场的新产品。总之，我国的制造技术与水平还存在阶段性的差距，而我国的机械制造装备产业也是大致如此。
当前，制造技术的发展趋势是：必须强化具有自己创新技术的产品开发能力，缩短产品的上市时间，提高产品质量和生产效率，从而提高企业的市场应变能力和综合竞争能力。重视先进的基本制造工艺与特种工艺的研究，重视使能技术的研究和先进机床、刀具的研究，研究高性能的自动化加工机床，开发基于新工艺的装备等，乃是当误之急。

关键词：变速器输入轴；结构；工艺；夹具；设计。

ABSTRACT

Transmission is an important task to complete driveline components, Decision is one of the main components of vehicle performance. Transmission of the design level of the car power, fuel economy, shifting control of the reliability and portability, stability and efficiency of transmission has a direct impact. With the auto industry, car design trend is to increase the transmission power and the weight of its transmission ratio, and request a smaller size and good performance. The design with the model-based design HGCU2 transmission input shaft, at a given engine output torque, speed and maximum speed, maximum degree climbing conditions, focusing on the transmission input shaft of the structural parameters of the process design calculations and analysis of its And so on.
Manufacturing process in China is relatively backward equipment and technologies in the industrial developed countries, the majority of our business is still a more backward technology and equipment manufacturing technology and production process of high-quality high-efficiency low penetration rate of less than 10% of CNC machine tools and lack of efficient equipment 5%. In product development and design of technical tools, CAD coverage of only 5%.Not timely development of innovative and exclusive design of the market of new products. In short, the level of manufacturing technology and there are still gaps in stages while machinery and equipment industry in China is much the same.
Currently, the manufacturing technology trend is: to strengthen the innovative technology with its own product development capabilities, shorten time to market, improve product quality and production efficiency, thereby enhancing response capabilities and overall market competitiveness. The basic importance of advanced manufacturing technology and special technology research, attention to energy technology research and advanced machine tools, the research tool to study the performance of automated machine tools, the development of new technology-based equipment, etc, but when the errors of the emergency.

Key words：Transmission input shaft；Structure；Process；Fixture；Design.

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1汽车变速器的概述 1
1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果 1
1.3汽车变速器输入轴设计的目的和意义 4
1.4研究内容 5
第2章 载货汽车主要参数的确定 7
2.1 轴的结构设计 7
2.1.1最小轴径的确定 7
2.1.2各段轴的确定 7
2.2轴的校核 8
2.2.1轴的刚度校核 8
2.2.2轴的强度校核 15
2.3 本章小结 18
第3章 变速器输入轴的工艺方案的确定 19
3.1零件的作用 19
3.2零件的工艺分析 19
3.3确定毛坯的制造形式 19
3.4定位基准的选择 19
3.5制订工艺路线 20
3.6本章小结 22
第4章 铣床、车床切削用量及工时的计算 23
4.1 机床夹具参数计算 23
4.2输入轴加工工艺步骤 25
4.3本章小结 42
第5章 夹具设计 43
5.1夹具设计的目的 43
5.2夹具设计的步骤 43
5.3车床夹具设计 43
5.4铣床夹具设计 45
5.5夹具设计及操作的简要说明 47
5.6本章小结 47
结论 48
参考文献 49
致谢 50
附录A 51
附录B 53

题目名称 HGCU2变速器输入轴结构及加工工艺设计
一、设计（论文）目的、意义
汽车制造是车辆工程专业的主要培养方向，进行汽车零件结构设计及加工工艺规程与专用机床夹具设计，能使学生综合运用所学专业知识，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学、机械制造基础、机械设计、汽车设计、汽车制造工艺等，通过理论联系实际，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展，熟悉机械加工工艺规程编制、机床夹具设计的方法，培养学生设计能力和解决实际问题的能力，对CAD绘图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等技能得到综合训练，力求设计合理，理论联系实际，设计手段具有一定的先进性。
本课题是要求学生对汽车重要部件变速器进行总体分析的基础上进行输入轴的结构设计，并进一步对其加工过程和方法进行设计。培养学生综合运用所学专业知识的能力。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
设计内容：
1.选择设计参数，确定设计方案；
2.设计变速器输入轴，绘制零件图和毛坯图；
3.制定零件加工工艺路线；
4.进行工序设计；
5.制定二套夹具设计方案；
6.绘制夹具图纸；
7.编写设计说明书。
技术要求：
1.明确设计内容和要求；
2.熟悉教材和相关设计指导书，准备设计资料和手册等；
3.熟悉绘图软件，提高识图和绘图能力；
4.合理制定变速器输入轴成批生产的工艺路线；
5.合理设计工序，具有工艺尺寸链计算能力；
7.设计二套典型专用机床夹具，具有定位误差分析计算的能力；
8.绘制夹具装图和非标准零件图；
9.设计应理论联系实际，不断发现问题解决问题，方案正确、计算准确、设计合理、图纸及撰写规范。
三、设计（论文）完成后应提交的成果
变速器输入轴零件图一张，毛坯图一张，设计零件加工工艺规程一套，设计零件加工专用机床夹具二套；CAD绘制专用机床夹具装配图、零件图折合0号图纸3张以上，设计说明书15000字以上。
题目名称 HGCU2变速器输入轴结构及加工工艺设计
一、课题研究现状、选题目的和意义
（一）选题的目的、依据和意义
1、选题的目的：汽车制造是车辆工程专业的主要培养方向，进行汽车零件结构设计及加工工艺规程与专用机床夹具设计，能使学生综合运用所学专业知识，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学、机械制造基础、机械设计、汽车设计、汽车制造工艺等，通过理论联系实际，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展，熟悉机械加工工艺规程编制、机床夹具设计的方法，培养我们设计能力和解决实际问题的能力，对CAD绘图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等技能得到综合训练，力求设计合理，理论联系实际，设计手段具有一定的先进性。
本课题是要求学生对汽车重要部件变速器进行总体分析的基础上进行输入轴的结构设计，并进一步对其加工过程和方法进行设计。培养综合运用所学专业知识的能力。
2、选题的依据：变速器轴在工作中承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力、径向力和斜齿轮的轴向力引起的弯矩。刚度不足会产生弯曲变形，破坏齿轮的正确啮合，产生过大的噪声，降低齿轮的强度、耐磨性及寿命。 
变速器轴在工作时承受扭矩、弯矩，因此应具备足够的强度和刚度。轴的刚度不足，在负荷作用下，轴会产生过大的变形，影响齿轮的不常啮合，产生过大的躁声，并会降低齿轮的使用寿命。这一点很重要，与其它零件的设计不同。 
设计变速器轴时主要考虑以下几个问题：轴的结构形状，轴直径、长度、轴的强度和刚度，轴上花键型式和尺寸等。轴的结构主要依据变速器结构布置的要求，并考虑加工工艺，装配工艺而最后确定。
3、选题的意义：变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。 
变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。根据需要，还可以加装动力输出器。按传动比变化方式，变速器可以分为有级式、无级式和综合式三种。 
有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有3～5个前进档和一个倒档。 
变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进档数或轴的形式不同分类。具体分类如下： 
根据前进挡数：三挡变速器、四挡变速器、五挡变速器、多挡变速器。 
根据轴的形式；固定轴式、旋转轴式。 
固定轴式可分：两轴式变速器、中间轴式变速器、双中间轴式变速器、多中间轴式变速器 
固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。然后对小型车来说，采用两轴式变速器为多见，为此我以两轴式变速器的输入轴及齿轮作为设计对象。
（二）变速器的研究现状 
现在市场上的变速器细分为5类手动变速器(MT)，手动自动一体变速器(AMT)，无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)和自动变速器(AT)，各自都有不同的优势。国内外的汽车制造与销售数据显示人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。如在英国，现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前，这个数字是13.5%。日前，世界著名的变速器制造商——德国ZF公司预测说到2012年，北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡2013年欧洲变速器市场上，配备手动自动一体的变速器将占20%，可以预见带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。而优先开发手动自动一体变速器具有技术上的延续性，对我国来说具有更大的优势。
AMT是在M下基础上增加ASCS自动换挡控制系统组成的。ASCS由微控制器控制的执行机构(液压气压或电机)组成以电控液压(气压)或电机机构代替人力控制离合器和选换挡机构实现自动变速功能。AMT具有自动换挡的功能能大幅提高离合器、同步器寿命(先进的AM下技术还可实现无离合器和无同步器下的自动换挡)和行车安全性且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠，易于制造、成本低燃油消耗少和维护与使用费用低等优点特别适合我国国情。目前公司AMT项目正在按计划实施。

图1 输入轴
（三）加工工艺过程：
1.锻造制坯 热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大量推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小而且生产效率高。 
2.正火 这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效地减少热处理变形。一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响机加工和最终热处理；使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用这种等温正火有效地改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。 
3.车加工 为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹固不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。 
4.滚/插齿 加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀可方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高耐用度，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显著。 
5.剃齿 径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现的优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中，加工质量稳定可靠。 
6.热处理 汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其设计要求的良好机械性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可缺的。 
7.磨削加工 主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满意的产品质量。
8.修整 这是变速器一轴齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起的噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。
（四）零件的机械加工工艺性
1.零件的标准化
标准化是在经济、技术、科学和管理等社会实践中，对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益的一项技术措施。零件结构要素标准化包括：螺纹、花键、齿轮、中心孔、各种空刀槽（如切削螺纹的退刀槽、插齿空刀槽、砂轮越程槽等）等结构的形状及其尺寸，都应该符合国家标准和行业标准的规定。
2.尽量采用标准件和通用件
汽车产品是由大量零件构成的。设计产品时，应尽量采用标准件和通用件。所谓标准件是指一个企业按照国家标准、行业标准和企业标准制造的零件。所谓通用件是指在同一类型不同规格的或者不同类型的产品中，部分零件相同，他们彼此可以互换通用的零件。上述两类零件在产品中所占的比重，是评定一个产品标准化程度的一项重要指标。一个产品中，标准零件的和通用件所占比例大，不仅可以简化设计，避免重复设计工作，而且也减少了产品中的零件种类，扩大了零件制造批量，这就可以采用高效设备和工艺装备，同时也减少了工艺装备数量，有利于降低制造成本。
3.提高产品的继承性
提高产品继承性能够充分利用原有产品中合理的结构和先进、成熟的技术也可以充分利用原有的制造工艺，工艺装备和生产设备。
4.采用切削加工性好的材料
材料的切削加工性事指在一定条件下，材料切削加工的难易程度和经济性。由于金属材料的化学成分、金相组织及物理力学性能不同，期切削加工性也不同。一般而言，材料的硬度越高，其切削加工性越差，硬度过高还会引起刀具崩刃和刀尖烧损，材料的强度越高，切削力越大，切削温度也增高，刀具磨损增加；同类材料强度相同时，塑性大的材料切削力较大，切削温度也较高，切削易于刀具发生粘结，因而刀具磨损大，加工表面粗糙度值大，所以切削加工性差。
5.具有可靠定位用的定位基准和夹紧表面
在零件设计时，必须认真考虑在零件的适当位置处设置一个定位基准（或基面）——辅助基准，或在零件上的适当位置处增加一个结构表面加工出定位基准（或基面）——附加基准。
6.易于保证零件的加工精度
保证汽车零件的加工要求，由于产品设计者所设计的汽车零件没有充分考虑到零件制造中可能出现的问题，不能可靠地保证零件的加工要求。
7.保证能以高生产率加工
（1）零件加工表面的形状应尽量简单
（2）尽量减少表面的加工面积
（3）减少零件加工时的安装次数
（4）减少加工时的工作行程次数
（5）将复杂的零件分解成若干个简单的零件
8.保证刀具能正常工作和改善刀具的工作条件
（1）零件结构应该保证刀具能正常工作
（2）尽量避免箱壳体内壁平面加工 
（3）零件结构应该使刀具具有良好的工作条件
9.零件加工时应该具有足够的刚性
零件结构具有足够的刚性不仅是产品零件结构设计的要求，也是零件制造过程中的要求。零件切削加工时，由于受到切削力和夹紧力的作用，可能会产生较大的变形，对加工质量和生产率都会产生影响。
二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题
（一）设计的基本内容
1.根据HGCU2车型变速器输入轴基本参数确定设计方案；
2.设计变速器输入轴，绘制零件图和毛坯图；
3.制定零件加工工艺路线；
4.进行工序设计；
5.设计两道工序的夹具；
6.绘制夹具图纸；
7.编写设计说明书。
（二）设计拟解决的主要问题
1.明确设计内容和要求；
2.熟悉教材和相关设计指导书，准备设计资料和手册等；
3.合理制定变速器输入轴成批生产的工艺路线；
4.合理设计工序，具有工艺尺寸链计算能力；
5.设计二套典型专用机床夹具，具有定位误差分析计算的能力；6.绘制夹具装图和非标准零件图；
7.设计应理论联系实际，不断发现问题解决问题，方案正确、计算准确、设计合理、图纸及撰写规范。