傳動軸的工藝設計畢業(yè)設計.doc

目 錄中文摘要英文摘要1緒論11.1課題背景1 1.2課題設計的目的和意義12零件的分析2 2.1零件的作用2 2.2零件的工藝分析22.3零件表面加工方法的選擇23加工方案的選擇44確定毛坯54.1確定毛坯種類54.2確定鍛件加工余量及形狀55工藝規(guī)程設計75.1定位基準的選擇75.2制定工藝路線75.3銑床夾具126結(jié)論147致謝158參考文獻169 附錄1717- -摘 要通過在校期間對傳動軸的學習和認識對傳動軸進行一下系統(tǒng)的分析和設計，支承傳動件的零件稱為軸。軸類零件畢業(yè)設計是機械工程類專業(yè)學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義傳動軸是組成機器零件的主要零件之，一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在傳動軸上才能進行運動及動力的傳動，傳動軸常用于變速箱與驅(qū)動橋之間的連接。這種軸一般較長，且轉(zhuǎn)速高，只能承受扭矩而不承受彎矩。應該使傳動軸具有足夠的剛度和高臨界轉(zhuǎn)速，在強度計算中，由于所取的安全系數(shù)較大，從而使軸的尺寸過大，本文討論的傳動軸工藝設計方法，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范增添了些表面處理的方式比如表面發(fā)蘭。 關鍵詞：傳動軸，零件，剛度，強度，表面發(fā)蘭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 緒論1.1課題背景傳動軸是機械零件中重要零件之一，它起到連接支撐和傳遞轉(zhuǎn)矩。就目前來看傳動軸存在的問題還是很多的，重要表面質(zhì)量達不到要求，裝配中密封不到位等，尤其是汽車方面。很多汽車生產(chǎn)商不得不把自己所產(chǎn)汽車召回，浪費了大量的人力物力，也給消費者帶來了諸多麻煩，給自己企業(yè)造成了負面影響。1.2 課題設計的目的及意義 本文研究的目的是研究傳動軸的設計工藝，從而培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。綜合運用機械設計課程及其他有關已修課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行機械設計訓練，主要內(nèi)容是傳動軸的如何選擇材料，傳動軸的分析和加工方法的選擇，傳動軸的加工方案的選擇以及如何選擇毛坯。通過計算設計出加工傳動軸的加工時間，做到有計劃的利用時間去生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率。增添了些表面處理防止傳動軸生銹和腐蝕。2 零件的分析2.1生產(chǎn)綱領因為傳動軸的年產(chǎn)量為360，由表查得為小批量生產(chǎn) 生產(chǎn)類型零件生產(chǎn)綱領重型機械中型機械輕型機械單件生產(chǎn)5205-10020-200100-500中批生產(chǎn)100-300200-500500-5000大批生產(chǎn)300-1000500-50005000-500002.2 零件的作用 軸是組成機器零件的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件和傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸，心軸，和傳動軸三類。工作中，既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸兩種。只能承受扭矩而不承受彎矩的軸叫傳動軸。2.3零件的工藝分析零件的材料為45鋼，45鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。（1）對于7級精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般傳動軸，其工藝路線是：正火車端面鉆中心孔粗車各表面精車各表面銑花鍵、鍵槽熱處理修研中心孔粗磨外圓精磨外圓檢驗。 （2）軸類零件一般采用中心孔作為定位基準，以實現(xiàn)基準統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機床上進行。 （3）中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準，其質(zhì)量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進行。（4）軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進行。因為如果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應安排在外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 （5）在軸類零件的加工過程中，應當安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。零件的材料為45鋼，45鋼廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。2.4零件表面加工方法的選擇 傳動軸的加工面有鍵槽、端面、退刀槽、越程槽、切螺紋、小孔。因此主要采用車削和外圓磨削。因為軸兩邊的精度較高所以要進行磨削，所以外圓加工的方法為：粗車-半精車-磨削外圓表面加工方案加工方案 經(jīng)濟加工精度等級（IT） 表面粗糙度Ra/m粗車11125012.5半精車8106.33.2精車671.60.8磨削670.80.4鍵槽加工方案 加工方案經(jīng)濟加工精度等級（IT）表面粗糙度Ra銑111212.5 螺紋加工方法 粗車 1112 5012.5 半精車 108 6.33.2 精車 67 1.60.8孔加工方案 加工方案經(jīng)濟加工精度等級（IT）表面粗糙度Ra鉆111212.53 加工方案的選擇方案一工序 1 銑軸的兩端面，打中心孔工序 2 粗車外圓大小端各外徑工序 3 半精車，倒角工序 4 銑鍵槽工序 5 精車，切退刀槽工序 6 切螺紋工序 7 調(diào)質(zhì)工序 8 去毛刺工序 9 磨削方案二工序1 車軸一端打中心孔工序2 車軸另一端打中心孔工序3 半精車倒角工序4 精車，切退刀槽工序5 切螺紋工序6 調(diào)質(zhì)工序7 銑鍵槽工序8 去毛刺工序9 磨削比較上面兩方案，方案二在加工兩中心孔時存在同軸度誤差，若把銑鍵槽放在精車之前，在精車時斷續(xù)車削容易引起振動，影響加工質(zhì)量。綜上所述方案一合理本設計的加工方法如下：兩端面：公差等級IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需進行銑削加工。由于M20要車削外螺紋，故軸要先粗車至20 公差等級IT12，表面粗糙度為Ra12.5m，需要進行粗加工。 20外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra1.6m，需進行半精車，精車或磨削加工。 25外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra12.5m，需進行半精車，精車或磨削加工。25外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6m，需要進行精加工或磨削加工。4 確定毛坯4.1 確定毛坯種類： 45鋼。切削加工性良好，無特殊加工問題，故加工中不需采取特殊工藝措施。刀具材料選擇范圍較大，高速鋼或YT類硬質(zhì)合金均能勝任4.2確定鍛件加工余量及形狀： 加工表面工序名稱加工余量工序尺寸尺寸公差表面粗糙度（m）M20粗車520Ra12.5m粗車524Ra12.5m毛坯3025精車0.525H7Ra1.6m半精車0.525.5H9Ra6.3m粗車426H12Ra12.5m毛坯30M20粗車420Ra12.5m粗車624Ra12.5m毛坯305 工藝規(guī)程設計5.1定位基準的選擇 （1）粗基準的選擇：由于本傳動軸全部表面均需加工，而軸的中心線作為精基準，應該選擇該傳動軸的一端面作為主要的定位粗基準。 （2）精基準的選擇：本零件是傳動軸，孔是其設計基準亦是其裝配基準和測量基準，為避免由于基準不重合而造成的誤差且考慮到要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，應該選擇傳動軸的中心線以及粗加工后的端面為主要的定位精基準。5.2制定工藝路線根據(jù)零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下?？梢钥紤]采用萬能性機床配以專用工卡具，并且盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應該考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。加工條件：加工材料采用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鍛件工序I 銑軸的兩端面，打中心孔機床：采用組合車床加專用夾具 刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀粗銑M20的兩端面，以M20端面作為粗基準工序II 粗車外圓大小端各外徑機床：CA6140臥式車床，轉(zhuǎn)速n=400r/min 刀具：查機械制造工藝簡明手冊選用YT6硬質(zhì)合金外圓車刀，主偏角為90，后刀面最大磨損限度1.01.4,刀具壽命60min. 切削速度 vc=dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 進給量： f=0.05mm/r 進給速度：vf=fn=0.05x400=20mm/min 加工工時：tm=L/ vf 端面加工 （以小端端面為基準） 毛坯30 段加工25 從30切削至26，背吃刀量ap=2.00mm;切削長度L= 40mm; 加工工時tm=L/ vf=2min加工20 從26切削至21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削長度L=36mm 加工工時 tm=L/ vf=1.8min加工20 從26切削至21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削長度L=70mm 加工工時 tm=L/ vf=3.5min 大端加工（以大端端面為基準）毛坯30段加工25 從30切削至25，背吃刀量ap=2.5mm 切削長度L=135mm 加工工時 tm=L/ vf=6.75min第二道工序所需工時Tm2=26.05min工序III 鉆孔機床：Z4006臺式鉆床 主軸轉(zhuǎn)速14505800r/min 鉆頭：根據(jù)切削用量簡明手3版表2.1,2.5選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角12，鉆頭直徑4mm 切削用量確定進給量：f=0.080.1mm/r 修正系數(shù)為0.75 修正后的進給量 f=(0.080.1)x0.75=0.060.075 mm/r按照強度小于800Mpa 從切削用量簡明手3版查得f=0.080.1mm/r 選f=0.07 mm/r 取n=2000r/min 計算加工工時得tm=L/ nf=0.8928min 確定鉆頭磨損標準及壽命 刀具后刀面最大磨損限度，查機械制造工藝簡明手冊為0.6mm,壽命為45min,工序IV 半精車，倒角加工25 從26切削至25.8，背吃刀量ap=0.10mm切削長度L=240mm 加工工時 tm=L/ vf=0.52min加工20 從21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=36mm加工工時 tm=L/ vf=1.8min加工20 從21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=70mm加工工時 tm=L/ vf=3.5min車倒角 車刀 選用kr=45的直頭通切車刀車45倒角第四道工序所需工時Tm4=5.82min工序V 精車，切退刀槽加工25 從25.8切削至25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削長度L=135mm加工工時 tm=L/ vf=6.75min加工20 從20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削長度L=36mm加工工時 tm=L/ vf=1.8min加工20 從20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削長度L=70mm 加工工時 tm=L/ vf=3.5min切退刀槽 取a=1.5和a=2的切槽刀 進給量f為手動,查得v=0.17m/s n=0.5第五道工序所需工時Tm5=12.05min工序VI 調(diào)質(zhì)淬火加回火叫調(diào)質(zhì)處理，淬火時將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過介質(zhì)迅速冷卻，回火時根據(jù)工件要求的硬度不同將工件加熱到臨界溫度以下某個溫度進行回火。調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結(jié)構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)表面淬火提高零件表面硬度。滲碳處理一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調(diào)質(zhì)表面淬火高。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度，芯部硬度低，耐沖擊。所以調(diào)質(zhì)處理是不可或缺的一道重要工序。工序VII 車螺紋 機床：CA6140 螺距P=1 mm f=P=1 mm L1=23p L2=25p =25mm 計算工時 車M20 得tm1=(L+L1+L2)/ nf=0.125min 車M20 得tm2=(L+L1+L2)/ nf=0.235min第七道工序所需工時Tm7=0.36min工序VIII 銑鍵槽機床:立式銑床X53T 轉(zhuǎn)速n=18r/min縱向進給量為f1=10 mm/min 橫向進給量為f2=10 mm/minh=4mm, L=6mm計算工時得tm縱= h/f1n=0.022min tm橫= L/f2n=0.033min tm1=0.055min h=4mm, L=42mm計算工時得tm縱= h/f1n=0.022 min tm橫= L/f2n=0.233 min tm2=0.255min第九道工序所需工時Tm9=0.31min工序IX 去毛刺毛刺是沖裁后沖件斷面邊緣鋒利的凸起。經(jīng)過去毛刺處理后會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 機床:萬能外圓磨床M131W 工作臺移動速度v=100mm/min 加工25 從25.3切削至25，背吃刀量ap=0.15mm切削長度L=135mm加工工時 tm=L/ v f=1.35min加工20 從20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削長度L=36mm加工工時 tm=L/ vf=0.36min加工20 從20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削長度L=70mm加工工時 tm=L/ vf=0.7min第十一道工序所需工時Tm11=2.41min綜上所述,本設計所需總基本工時Tm總=47.8928min5.3夾具的作用零件在加工的過程中夾具的定位固定是非常重要的，當定位不準確或加工中出現(xiàn)振動，都會影響零件在加工中各段的精度。并且會隨著最終的完工使工件偏離原來尺寸要求達不到設計的要求，這就要有合理的裝夾保證在加工中的穩(wěn)定，保證加工質(zhì)量。使用夾具要簡單裝夾或拆卸方便，本節(jié)以在銑床上銑鍵槽為例來說明。 5.4銑床夾具的設計特點銑床夾具與其它機床夾具的不同之處在于：它是通過定位鍵在機床上定位，用對刀裝置決定銑刀相對于夾具的位置。A、床夾具的安裝 銑床夾具在銑床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設計時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。定位鍵的結(jié)構尺寸已標準化，應按銑床工作臺的T形槽尺寸選定，它和夾具底座以及工作臺T形槽的配合為H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應力求最大，以利提高安裝精度。 作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到銑床工作臺的同一條T 形槽中，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具體上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側(cè)設置兩個耳座，兩耳座的距離要和銑床工作臺兩個T形槽間的距離一致。B、銑床夾具的對刀裝置 銑床夾具在工作臺上安裝好了以后，還要調(diào)整銑刀對夾具的相對位置，以便于進行定距加工。為了使刀具與工件被加工表面的相對位置能迅速而正確地對準，在夾具上可以采用對刀裝置。對刀裝置是由對刀塊和塞尺等組成，其結(jié)構尺寸已標準化。各種對刀塊的結(jié)構，可以根據(jù)工件的具體加工要求進行選擇。由于銑削時切削力較大，振動也大，夾具體應有足夠的強度和剛度，還應盡可能降低夾具的重心，工件待加工表面應盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定性，通常夾具體的高寬比H/B11.25為宜。5.5定位原理的幾種情況 (1)完全定位工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。 （2）部分定位工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。 （3）過定位（重復定位）幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。A、一般情況下，應該避免使用過定位。通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。B、過定位亦可合理應用雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。 結(jié) 論通過畢業(yè)設計，我發(fā)現(xiàn)了自身所存在的很多問題，同時也獲得了許多知識。整個畢業(yè)設計聯(lián)系了以前所學的所有，及本期所學得課程，可以說是一項巨大的工程。在設計中我發(fā)現(xiàn)，機械手冊是我們機械專業(yè)的人員經(jīng)常用到的專業(yè)書籍，同時我也發(fā)現(xiàn)我們上課所學的種種就只是本專業(yè)中的一點皮毛而已。在設計中，我要到了許多苦難，通過查閱相關的書籍，發(fā)現(xiàn)，有些東西是自己聞所未聞的，見所未見的，我感覺到自己還未涉入機械這個行業(yè)，這個行業(yè)太高深太廣闊啦。通過設計，我學到了團體合作的力量是巨大的，使我真正體會到了一個人的思維是有限的，在這個設計中，我們分頭查閱相關書籍資料，上網(wǎng)查詢相關專業(yè)知識，分工明確，所以我們才能在有限的時間內(nèi)完成我們的畢業(yè)設計。我以前總以為自己學到了很多的專業(yè)知識，但是通過設計使我看清楚了自己，原來懂得的并不像自己想象的那么廣。這次畢業(yè)設計也許是我大學生涯交上的最后一個作業(yè)了。想籍次機會感謝三年以來給我?guī)椭乃欣蠋煛⑼瑢W，你們的友誼是我人生的財富，是我生命中不可或缺的一部分。整個設計我基本上還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。希望答辯時，老師多提些問題，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補。致 謝 轉(zhuǎn)眼間，大學三年的時光將要流逝，我也將告別我的大學校園，告別這個充滿歡樂與回憶的地方，在此我要感謝我的爸爸媽媽、老師、同學、朋友以及幫助過我的人。 我要感謝我的爸爸媽媽，沒有