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减速器
低速
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减速器低速轴的设计及加工工艺设计,减速器,低速,设计,加工,工艺
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目录1 机械制造的发展12 轴的结构设计32.1最小轴径的设计32.2 轴的结构设计33 零件的工艺过程13.1 轴的材料13.2轴的热处理23.3确定轴表面的加工方法33.4 确定轴的定位基准33.5 划分加工阶段43.6切削用量的选择53.7轴的安装方式63.8拟定工艺过程64 轴的加工工艺卡125 轴的检验136 刀具的选择16参考文献191 机械制造的发展1.1 机械制造的发展改革开放30多年来，我国机械制造工业取得了很大的成绩。高新技术的迅猛发展起到了推动提升和改造的作用。随着信息装备技术、工业自动化技术、数控加工技术、机器人技术、电力电子技术、新材料技术和新型生物环保装备技术等当代高新技术成果的广泛应用，机械制造业发生了质的飞跃。各种特种加工、计算机数控技术（)、加工中心（）、柔性加工系统（）、计算机辅助设计（）和计算机辅助制造（、）计算机集成制造系统（）等各种自动控制加工技术应运而生，传统机械制造业已经成为集机械电子、光学信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。例如大秦线10000t的重载列车装备，三峡工程的700MW转轮直径10m混流式水电机组，秦山二期工程的60万千瓦压水堆核电机组，500KV交流输变电成套设备，宝钢三期工程250t氧气转炉、1450mm板坯连铸机、1420mm冷连轧机和1550mm冷连轧机，神州六号七号载人飞船的发射成功与准确回收核动力潜艇的研制与生产等都与机械制造业的发展密切相关。在经济全球化进程中，在推动整个社会技术进步和产业升级中，机械制造业具有不可替代的基础作用，其发展水平直接决定了一个国家的国际竞争力和在国际竞争中的地位，即决定了这个国家的经济地位。2 轴的结构分析2.1最小轴径的设计二级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别以轴肩和套筒定位，则采用过渡配合固定。2.2.2 确定轴各段直径和长度为了使计算方便、易懂，（阶梯轴从左到右依次是I段、II段、III段、段、段、段）I段：d1=50mm 长度取L1=47mmh=2c c=1.5mmII段:取轴肩高3.5mm，作定位用，d2=57mm初选用一对6213型角滚动轴承，其内径为65mm,宽度为23mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为50mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小2mm,故II段长：L2=85mmIII段直径d3=65mm， L3=55mm根据轴承安装要求，轴肩高h=2.5 mm段直径d4=70mm， L4=80mm段直径d5=82mm. 长度L5=9mm段直径d6=65 mm，长度L6=23 mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=299mm2.2.3 按弯矩复合强度计算1.求分度圆直径：已知d=3Z1=27mm2.求转矩：已知T1=544350Nmm3.求圆周力：Ft根据参考文献P267得 Ft=2T1/d1=2544350/324=3360N4.求径向力Fr根据参考文献P267得 Fr=Fttan=3360tan200=1220N2.2 轴的受力图1)绘制轴的受力图如图a2）水平面内的弯矩图(图b)，支点反力为：FHA=FHB=Fr/2=1680N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为 MH=FHA64=10752(Nmm)3) 垂直面内的弯矩图（图c）FVA= FHB=64Fr/2=534.79(Nmm)截面处的弯矩为: MVI= 646.9564=34226.56(Nmm)4)绘制合弯矩图（如图d）MI=(MH2+MV2)1/2=(1075202+34226.562)1/2=112836.199Nmm5)绘制扭矩图（如图e）转矩：aT=0.6544.35=326610Nmm6)绘制当量弯矩图（如图f）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取=0.6，截面C处的当量弯矩：Mec=MC2+(T)21/2=112836.1992+32661021/2=345550Nmm7)校核危险截面C的强度由式（6-3）d(Mec/0.1-1)1/3=238594/0.1551/3=39.5mm因截面C处开有键槽，故将轴直径加大5%，即为39.51.05=41.475mm， 结构设计草图该处直径为70mm，强度足够。轴的结构简图如下：图2.1减速器低速3零件的工艺过程3.1 轴的材料轴的失效多为疲劳破坏，所以轴对材料的要求是：具有足够的疲劳强度，对应力集中的敏感性小，具有足够的耐性，易于加工和热处理，价格合理。本轴是属于中、小轴，在减数器重工作时要承受各种负荷和冲击载荷并且要具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，因此该轴材料选用45钢即可满足其要求。根据图样可看出外圆直径尺寸相差不大，故选择85mm的热轧圆钢作毛坯。3.2轴的热处理 锻造是利用锻压机械对金属坯料施加的压力，使其产生塑性变形以获得一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。锻造能消除金属的铸态疏松,焊合孔洞,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件.常用的锻造有轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压。因为轧制比较方便，所以我选择轧制。在机器制造过程中，为使工件获得良好力学性能，或改善材料的工艺性能，常采用热处理方法。热处理就是将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，获得所需组织结构与性能的一种工艺方法。3.3确定轴表面的加工方法轴大都是回转表面，主要采取车削与外圆磨削成形。由于该轴的主要表面的公差等级较高，所以外圆表面的加工方案可为：粗车半精车磨削。先用夹具夹住毛坯的一端。先把85的毛坯粗车加工成83的外圆。粗车：粗车外圆65mm67mm 粗车外圆70mm72mm 粗车外圆65mm67mm， 调头粗车外圆50mm52mm 粗车外圆57mm59mm 半精车：半精车外圆65mm65.5mm 半精车外圆82mm82.5mm 半精车外圆70mm70.5mm 调头半精车外圆65mm65.5mm 调头半精车外圆50mm50.5mm 半精外圆57mm57 mm。磨削：磨各外圆到各设计的尺寸,磨各轴肩到各设计的尺寸。3.4 确定轴的定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该轴的几个主要配合表面及轴肩面对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。3.5 划分加工阶段轴类零件的加工，一般可分为三个阶段：粗加工（包括铣端面打顶尖孔，粗车外圆），半精车和精加工。具体的加工工艺路线取决于轴的主要表面的加工精度和表面粗糙度要求。加工工艺路线通常是：粗车半精车精车研磨精磨。为了改善机械加工性能和提高硬度，在加工过程中，还要插入必要的热处理工序，例如：粗加工（包括切小头端面，打顶尖孔，粗车外圆，大端端面，钻通孔等）热处理（调质）半精加工（包括各外圆，小端。内孔，锥孔的半精车与半精镗等）热处理（各主轴颈及锥孔高频淬火）精加工（包括精车小端锥孔，洗键槽，钻大端面各孔，精车各档外圆及螺纹，精磨外圆及大端锥孔等）。插入热处理工序后，主轴的加工过程自然地被分为几个加工阶段。可以说，轴类零件的加工阶段的划分大至以热处理工序为界。由此可见，整个主轴加工的工艺过程，就是以主要表面的粗加工，半精加工和精加工为主，适当插入其它表面的加工工序而组成的。这就说明，加工阶段的划分起主导作用的是工件的精度要求。对于一般精度的机床主轴，精度是最终工序，对精密机床的主轴，还要增加光整加工阶段，以求获得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。该轴加工划分为三个阶段：粗车加工阶段、半精车加工阶段、磨削加工阶段。如表3.1。表3.1 轴的加工划分阶段表加工阶段工序目的粗车加工阶段将毛坯加工至接近工件要求，为半精加工作准备半精车加工阶段加工至为零件留有少量加工余量磨削加工阶段做最后加工至符合图纸上的要求3.6切削用量的选择数控车削加工中的切削用量包括被吃刀量、主轴转数、进给量和切削速度，这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。车削用量的选择是否合理，对于能否充分充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削用量的选择是粗车时，首先考虑选择尽可能大的被吃刀量其次选择较大的进给量,最后确定一个合适的切削速度.增大被吃刀量可使走刀次数减少,增大进给量有利于断屑 。 精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。因此，精车时要选用较小的被吃刀量和进给量并选用性能高的刀具材料和合理的参数，以尽可能提高切削速度。表3.2 加工各段的切削用量加工阶段加工前后轴的尺寸的变化加工速度加工余量加工长度粗车83mm67800r/min2mm23mm粗车83mm72800r/min2mm80mm粗车83mm67800r/min2mm55mm粗车83mm52800r/min2mm47mm粗车83mm59800r/min2mm85mm半精车67mm65.5500r/min0.5mm23mm半精车83mm82.5500 r/min0.5mm9m半精车72mm70.5500 r/min0.5mm80mm半精车67mm65.5500 r/min0.5mm55mm半精车52mm50.5500 r/min0.5mm47mm半精车59mm57.5500 r/min0.5mm85mm磨削精磨各轴到指定尺寸符合尺寸符合尺寸3.7轴的安装方式轴类零件的安装方式有以下几种:1 采用两中心孔定位装夹。2 以重要外圆表面为粗基准定位加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位精基准。3 尽可能基准重合、基准统一、互为基准。4 采用外圆表面定位装夹。5 采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘。6 采用各种堵头或拉杆心轴定位装夹。本设计采用最常见的装夹方式:两中心孔定位装夹。3.8拟定工艺过程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工65mm、82mm、70mm、65mm及50mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角；二个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 综合上述分析，轴的工艺路线如下：下料锻造正火车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角划键槽加工线铣键槽修研中心孔淬火磨削检验。4轴的加工工艺卡表4.1轴加工工艺卡序号工序名称工序内容定为基准加工阶段示意图或工序目的1下料锯割85,长度为305的45号热轧圆钢毛坯2锻造拉拔毛坯至843粗车1. 夹住84，车一头端面，并打中心孔2. 调头夹住84，车另一头端面，并打中心孔3. 粗车各部外圆，均留2mm余量4. 检验84外圆中心孔4热处理1. 调质处理220240HB2. 校正外圆对两基准的径向圆跳动小于0.02中心孔目的是为以后的表面淬火作预先热处理,调制后的硬度不高,便于为以后的切削加工做好准备5钳修研两端中心孔中心孔目的是消除中心孔的热处理变形和氧化皮6半精车1. 夹住67，车一头端面2. 调头夹住50.53. 半精车各部外圆，均留0.5mm量4. 检验中心孔7钳划一个键槽，宽20mm长50mm中心孔 键槽刀（立铣刀）8钳修研两端中心孔中心孔提高定位精基准面的精度9热处理淬火处理在保持心部韧性的同时，使轴的工作表面磨削后能达到要求的表面粗糙度中心孔为使轴承处得到高硬度、耐磨性和疲劳强度 10磨削1. 磨各外圆及轴肩到指定尺寸中心孔5轴类零件的检验5.1 精度的检验精度的检验应按一定的顺序进行，先检验形状精度，然后检验尺寸精度，最后验证位置精度，这样可以判明和排除不同的性质误差之间对测量精度的干扰。轴类零件在加工过程中和加工完了以后都要按工艺规程的要求进行检验。检验的项目主要包括表面粗糙度、表面硬度、尺寸精度、表面形状精度和相互位置精度等。6刀具的选择机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大，余量不均，表面有硬化层)，刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时，
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