螺旋傘齒輪設(shè)計說明

1、目錄1、概述12、螺旋傘齒輪的作用23、螺旋傘齒輪的工藝性分析和技術(shù)要求分析34、螺旋傘齒輪加工工藝規(guī)程分析和設(shè)計64.1、 毛坯的選擇與尺寸的確定和精度確定64.2、 基準的選擇和精度的確定64.3、 工藝路線的擬定74.4、 確定各工序切削用量和加工余量95、夾具的設(shè)計13夾具的工序尺寸分析13定位基準的選擇和定位裝置確定13夾具的裝配圖156、心得體會167、參考文獻171、概述通過在校期間對機械設(shè)計的學(xué)習(xí)，對軸類零件有了一定的認識。軸類零件設(shè)計是機械工程類專業(yè)學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計劃的一個極為重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)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

2、技術(shù)問題而進行的一次基本訓(xùn)練。這對我們即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義而螺旋傘錐齒輪是組成機器零件的主要零件之，來進行運動及動力的傳動，螺旋傘錐齒輪的發(fā)展歷程大致可分為兩類，一類是齒輪行業(yè)確定了以圓弧齒制為主的發(fā)展方向，這期間圓弧齒制的加工機床主要來自進口，同時大量引進延伸外擺線齒制的機床。另一類是隨著螺旋錐齒輪的生產(chǎn)效率的提高，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大改善。齒輪傳動作為一種傳統(tǒng)、高效的傳動形式很早以前就出現(xiàn)了，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，出現(xiàn)了一系列的齒輪傳動形式，并形成了相應(yīng)的齒輪嚙合理論、設(shè)計、加工方法，這些工作都豐富和發(fā)展了齒輪傳動理論體系。螺旋傘齒輪作為齒輪的一種，在各種機械中都

3、有廣泛的使用。在汽車驅(qū)動橋中，螺旋傘齒輪是縱向配置發(fā)動機的汽車所不可缺少的，螺旋傘齒輪用于相交軸間的傳動。單級傳動比可到6,最大到8或者以上，傳動效率一般為0.940.98因為直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計、制造及安裝均較簡單，但噪聲較大用于低速傳動(<5m/s),螺旋傘齒輪傳動傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒輪承載能力較高。因此，根據(jù)螺旋傘齒輪這些特點，一般都用于高速重載的場合。分為直齒傘齒輪，和螺旋傘齒輪。螺旋傘齒輪的制造工藝在汽車制造業(yè)占有重要地位。2、螺旋傘齒輪的作用螺旋傘齒輪在汽車上的主要功用為：1、將發(fā)動機輸出的動力經(jīng)變速箱、主傳動器傳給驅(qū)動車輪；2

4、、將縱向配置的發(fā)動機所輸出的旋轉(zhuǎn)運動改變方向，使驅(qū)動車輪獲得與汽車行駛方向一致的旋轉(zhuǎn)運動；3、降低發(fā)動機輸出的旋轉(zhuǎn)速度，提高發(fā)動機輸出的扭矩，使驅(qū)動車輪獲得足夠的牽引力。汽車行業(yè)通常將螺旋傘齒輪稱為減速齒輪，由其組成的總成稱為減速器總成。CA1092氣車采用雙極主傳動器，由一對螺旋傘齒輪實現(xiàn)一級減速，一對螺旋圓柱齒輪實現(xiàn)二級減速。螺旋傘齒輪共有四種速比：11:25,12:25,13:25,9:25.螺旋圓柱齒輪有兩種速比：14:47,15:46.驅(qū)動橋組成四種速比：25/11*47/14=7.63,25/12*46/15=6.39,25/13*46/15=5.897,25/9*47/14=9.

5、33。汽車的行駛狀況是隨外界條件瞬息變化的，所以螺旋傘齒輪的工況極其復(fù)雜。中型載重汽車螺旋傘齒輪的線速度可高達17m/s,要求齒面具有耐磨性能、抗沖擊性能及抗彎曲性能等。通常要求齒面具有高硬度，心部具有良好的任性。通過對CA1092氣車驅(qū)動橋中螺旋傘齒輪主動輪的分析，進行了汽車螺旋傘齒輪的機械加工工藝規(guī)程及專用機床夾具設(shè)計。本文多采用常規(guī)設(shè)計方法，使用通用機床以及通用夾具，只對銃齒的夾具進行了設(shè)計。本文并無創(chuàng)新之處，只是通過此次設(shè)計整理所學(xué)知識，將理論與實際相結(jié)合。3螺旋傘齒輪的工藝性分析和技術(shù)要求分析螺旋傘齒輪齒輪的工作條件及性能要求；螺旋傘齒輪齒輪在工作過程中起著傳遞動力和改變速度的作用，

6、嚙合齒面間既有滾動、又有滑動，輪齒根部還受到脈動或交變彎曲的作用。在由此而引起的各種應(yīng)力的作用下，齒輪將發(fā)生輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞及齒面磨損等失效情況。引起齒輪失效的主要應(yīng)力有：摩擦力、接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。根據(jù)齒輪失效的形式和原因，在選擇齒輪材料及熱處理方法是應(yīng)從以下幾個方面考慮：齒輪表面有足夠的硬度。齒面存在實際上的凹凸不平，因而局部會產(chǎn)生很大的壓強，引起金屬塑性變形或嵌入相對表面，導(dǎo)致金屬直接接觸和粘著，當嚙合齒面相對滑動是，產(chǎn)生了摩擦力。齒面磨損就是由于相互摩擦的結(jié)果。減少這類磨損的關(guān)鍵是提高輪齒表面的塑變抗力，即提高齒面硬度。提高齒面硬度還可以改善齒面接觸狀態(tài)，從而提高齒面的抗疲

7、勞能力。輪齒芯部要有足夠的強度和韌性，以保證在變載或沖擊載荷作用下，輪齒有足夠的抗沖擊能力。大小齒輪應(yīng)有一定的硬度差，以提高其抗膠合能力?？紤]材料加工性和經(jīng)濟性。螺旋傘齒輪齒輪的性能要求，螺旋錐齒輪是汽車的主要傳動零件，主動螺旋錐齒輪是將汽車變速器傳過來的動力傳遞給從動錐齒輪，從動錐齒輪再將動力傳遞給差速器。因此，零件結(jié)構(gòu)上主動螺旋錐齒輪是齒輪軸，一端是花鍵，與變速器動力輸出軸相連，另一端是螺旋錐齒輪；從動錐齒輪是盤狀齒輪，直徑大于主動螺旋錐齒輪，起到減速作用，同時沿圓周均布一些螺栓孔，使從動錐齒輪通過螺栓固定在差速器殼上，將減速后的動力傳遞給差速器。從動錐齒輪既有高的傳動速度，同時又傳遞較大

8、的扭矩，而且在裝載和剎車時承受沖擊載荷。這類齒輪的主要失效方式有磨損、點蝕和斷裂。故從動螺旋錐齒輪應(yīng)滿足如下性能要求：良好的力學(xué)性能；良好的滲碳淬火性能；良好的抗沖擊性能；良好的心部硬度；良好的熱變形性能。材料的選擇及技術(shù)要求目前螺旋傘齒輪齒輪用材大致有20CrMnTi、22CrMoM?。它們的工藝性能優(yōu)良，廣泛用于承受高速、中等或重載及受沖擊載荷和摩擦的重要零件，且材料成本相對低廉，螺旋傘齒輪的設(shè)計精度一般是依據(jù)齒輪線速度確定工作平穩(wěn)性精度等級的，然后在按標準規(guī)定選定運動精度等級、接觸精度等級及齒側(cè)間隙精度等級。中型載重汽車螺旋傘齒輪的精度等級一般為8-7-7。CA1092載重汽車驅(qū)動橋中，

9、主、從動螺旋傘齒輪輪的精度為8-7-7D0圖1為主動螺旋傘齒輪軸的零件圖。圖1主動螺旋傘齒輪軸零件圖技術(shù)要求分析：螺旋傘齒輪經(jīng)過滲碳淬火后會產(chǎn)生變形，其中輪齒變形可通過磨齒或研齒方法進行修正，同時會顯著降低螺旋傘齒輪的傳動噪音，這種方法已在轎車生產(chǎn)中被采用。中型載重汽車通常以提高齒形精度來彌補熱處理造成的精度損失。表1所示為主動螺旋傘齒輪軸的漸開線花參數(shù)和齒輪參數(shù)。表1主動螺旋傘齒輪軸的漸開線花鍵參數(shù)和齒輪參數(shù)漸開線花鍵參數(shù)齒輪參數(shù)花鏈齒形漸開線齒輪13模數(shù)（mm3分齒圓上端面模數(shù)（mm9齒數(shù)14法面計算嚙合角20o原始齒形壓力角20o齒頂局（mm10.26原始齒形移位距（mm+1.5齒全高（

10、mm16.992分齒圓直徑（mm42輪齒中點螺旋角35o分齒圓上弧齒厚：旋轉(zhuǎn)方向左理論值（mm用通過量規(guī)檢驗（mm用量棒檢驗（mm5.805.825.76刀盤直徑（mm?228.6(9")分齒圓上端面理論弧齒厚（mm16.652配對齒輪研磨后在檢驗臺上的齒隙（mm0.20-0.35漸開線的轉(zhuǎn)變直徑（mm?41齒的工作表面粗糙度（um）Ra1.6齒側(cè)表面粗糙度（uni）Ra3.2按需要量研磨牙齒，配對后在齒輪上打上標記4、螺旋傘齒輪加工工藝規(guī)程分析和設(shè)計毛坯的選擇與尺寸的確定和精度確定毛坯類型確定：汽車驅(qū)動橋齒輪一般都選用20GrMnTi合金鋼，采用滲碳淬火處理。CA1092汽車驅(qū)動橋

11、齒輪材料及熱處理如表2。大批生產(chǎn)中齒輪毛胚采用模鍛工藝制造。經(jīng)正火處理，硬度為157207HV表2汽車驅(qū)動橋齒輪材料及熱處理零件名稱材料滲碳深度(mrh表面硬度HRC心部硬度HRC螺旋傘齒20CrMnTi1.21.658-6333-48螺旋圓柱齒輪20CrMnTi1.01.658-6333-48差速器齒輪20CrMnTi1.01.458-6333-48毛坯結(jié)構(gòu)、尺寸和精度確定：簡化零件結(jié)構(gòu)細節(jié)，由于零件為大批生產(chǎn)，故毛坯精度取普通級，CT9級根據(jù)這些數(shù)據(jù)，繪出毛坯圖。如圖2所示:圖2主動螺旋傘齒輪軸的毛胚圖基準的選擇和精度的確定1)粗基準的選擇根據(jù)選擇的原則是：(1)非加工表面原則。(2)加工

12、余量最小原則。(3)重要表面原則。(4)不重復(fù)使用原則。(5)便于裝夾原則。2)精基準的選擇設(shè)計基準是圖樣上所采用的基準。如零件圖上的軸心線是各外圓和孔的設(shè)計基準。由零件的工藝分析可以知道，此零件的設(shè)計基準是？50k6m滸口？35mmi勺軸線，根據(jù)精基準選擇的原則是：(1)基準重合原則。(2)基準統(tǒng)一原則。(3)自為基準原則。(4)互為基準原則。(5)便于裝夾原則。根據(jù)以上選擇的原則，在加工時：也從產(chǎn)品使用方面分析，主動螺旋傘齒輪的軸頸？65mnffl軸頸？50mm配合表面，本!據(jù)安裝距(118mm可知？65mmi勺軸頸端面是裝配基準；從產(chǎn)品設(shè)計方面分析，？65mm由頸端面又是設(shè)計基準，其軸線

13、是形位公差的基準。因此，可確定齒形加工的定位基準應(yīng)該是？65m滸口？50mm兩個軸頸和？65mm頸的端面。、工藝路線的確定工藝分析：螺旋傘齒輪的加工主要分成以下幾個階段：1)齒坯加工：齒坯成形，保證銃齒基準的加工精度。2)中間檢查：重點檢查銃齒定位夾緊尺寸精度。3)齒形加工：保證接觸區(qū)的形狀、位置、大小、齒面間隙及齒側(cè)間隙變動量。4)中間檢查：重點檢查接觸區(qū)、齒側(cè)間隙和輪齒表面的粗糙度。5)熱處理：滲碳淬火，校正。6)熱處理后加工：精加工裝配(使用)基準。7)最后檢查：全面檢查裝配基準尺寸精度。制訂機械加工工藝路線制訂機械加工工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要

14、求得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為中批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。工藝路線方案一工序1鍛造造；工序3熱處理；工序5銃兩端面及鉆中心孔；工序7車軸頸及背錐；工序9車槽錐端面；工序11銃漸開線花鍵；工序13磨軸頸及端面；工序15加工小孔；工序17加工螺紋；工序19中間檢查軸頸；工序21粗銃螺紋；工序23精磨齒輪。工序25中間檢查；工序27熱處理校正；工序29磨軸頸及端面；工序31最后檢查；工序33入庫工藝路線方案二工序1鑄造；工序3熱處理；工序5銃兩端面及鉆中心孔；工序7車軸頸及背錐；工序9

15、車槽錐端面；工序11銃漸開線花鍵及鉆小孔；工序13磨軸頸及端面；工序15加工螺紋；工序17中間檢查；工序19粗銃輪齒；工序21精銃輪齒凸面;工序23精銃輪齒凹面;工序25中間檢查；工序27熱處理校正；工序29磨軸頸及端面;工序31最后檢查；工序33入庫。4.4確定各工序切削用量和加工余量.車軸頸及背錐由于零件整體加工為外圓端面，故所有軸頸可以一次車削加工，所有軸頸加工余0.021量相同?，F(xiàn)已軸頸中65書002為例，說明所有軸頸的加工余量。（參考機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.3-9）,確定工序尺寸及余量：粗車：？65.5mm精車:.650.0212具體工序尺寸見表3表3工序尺寸表工序名稱工序問余

16、量/mm工序問工序問尺寸/mm工序問經(jīng)濟精度/m表面粗糙度/um尺寸公差/mm表面粗糙度/um精車0.5H9Ra6.366*66±0.05Ra6.3粗車1H12Ra12.56818土0.1Ra12.52.力口工?5mnfL毛坯為實心，而孔沒有精度要求，因此可以只鉆孔。（參照機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.3-9及表2.3-12）,確定工序尺寸及余量：鉆孔5mm具體工序尺寸見表4表4工序尺寸表工序丁序間工序問丁序間工序問名稱余量/mm經(jīng)濟精度/m表聞粗糙度/mIf尺寸/mm尺寸公差/mm表聞粗糙度/m鉆孔5H12Ra12.55無Ra12.53.加工螺紋螺紋參數(shù)為M27x1.5-6h,（參

17、照機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.3-9及表2.3-12）,確定工序尺寸及余量：具體工序尺寸見表5。表5工序尺寸表工序名稱工序問余量/mm工序問工序問尺寸/mm工序問經(jīng)濟精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精車螺紋0.166hRa6.326.6826.68408Ra6.3粗車螺紋0.808hRa12.525.0826.68108Ra12.5工藝流程圖廳p工序名稱使用機床1鍛造2熱處理正火3銃兩端面及鉆中心孔471專用鉆床2300<_/-_r4車軸頸及背錐5車槽錐端面6銃漸開線花鍵及鉆小孔7磨*由頸及端面8加工螺紋5U5oCA6140臥式車床八003ABCA6140臥式車床ZB

18、T8216銃鉆組合機床3T16端面外圓磨床CA6140臥式車床13中間檢查接觸區(qū)、齒側(cè)間隙、齒面粗糙度14熱處理校正滲碳層深1.21.6淬火：表面硬度5863HRC心部硬度3348HRC16檢驗5、夾具的設(shè)計夾具的工序尺寸分析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(shè)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，夾具的設(shè)計主要包括夾具的定位方案，夾緊方案及加工精度等方面來分析。這個夾具具有其自身的優(yōu)點，夾具體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。具有精

19、準的定位。螺旋傘齒輪的主要技術(shù)要求1軸665和軸力50的圓度公差在0.06以內(nèi)。2相鄰兩軸的垂直度在4)0.05以內(nèi)。由于零件材料為20GrMnTi合金鋼，形狀規(guī)則。精度等級為IT11。定位基準的選擇和定位裝置確定工件的定位是通過工件上的定位表面與夾具上的定位元件V型塊接觸來實現(xiàn)的。定位基準是確定工件位置時所依據(jù)的基準，它通過定位基面所體現(xiàn)。定位元件的作用是要使工件在夾具中具有準確和確定不變的位置，在保證加工要求的情況下，限制足夠的自由度。.對定位元件的基本要求(1)足夠的精度定位元件應(yīng)具有足夠的精度，以保證工件的定位精度。(2)較好的耐磨性由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和磨擦，容易磨損

20、，為此，要求定位元件工作表面的耐磨性要好，以保持使用壽命和定位精度。(3)足夠的強度和剛度定位元件在受工件重力、夾緊力和切削力的作用時，不應(yīng)變形和損壞，因此，要求定位元件有足夠的剛度和強度，否則會影響工件定位精度。(4)較好的工藝性定位元件應(yīng)便于制造、裝配和維修。(5)便于清除切屑定位元件的工作表面形狀應(yīng)有利于清除切屑，以防切屑嵌入影響精度。螺旋傘齒輪加工的定位元件為V形塊和壓板。工件定位之后，在鉆孔加工之前，必須用夾緊裝置將其夾緊，加緊裝置采用氣壓帶動雙面斜楔運動加緊壓板，以保證工件在加工過程中，在切削力、重力、慣性力等的作用下不產(chǎn)生位移或振動，影響加工質(zhì)量，甚至使加工無法順利進行。由零件圖

21、可知，本齒輪軸是回轉(zhuǎn)體面，由于在進行齒輪加工時，各外圓圓已經(jīng)加工完成，所以各外圓面均可以作為定位基準，因為螺旋傘齒輪的小端軸頸？50mm和軸頸M27m雇配合表面，從零件設(shè)計方面分析，？50mmtt頸端面又是設(shè)計基準，其軸線是形位公差的基準。因此，可確定齒形加工的定位基準應(yīng)該是？50mnftM27m軸頸的端面。以此面為基準定位即可限制X移動、z移動y移動、y轉(zhuǎn)動、Z轉(zhuǎn)動五個自由度，然后再固定兩端面即可限制六個自由度。由零件圖可知，本齒輪軸是回轉(zhuǎn)體面，由于在進行齒輪加工時，各外圓圓已經(jīng)加工完成，所以各外圓面均可以作為定位基準，因為螺旋傘齒輪的小端軸頸?50mnffl軸頸M27mmi配合表面，從零件設(shè)計方面分析，？50mmi頸端面又是設(shè)計基準，其軸線是形位公差的基準。因此，可確定齒形加工的定位基準應(yīng)該是?50mnffiM27m軸頸的端面。以此面為基準定位即可限制X移動、z移動y移動、y轉(zhuǎn)動、Z轉(zhuǎn)動五個自由度，然后再固定兩端面即可限制六個自由度。5.3夾具裝配圖6、心得體會作為一