螺旋伞齿轮加工工艺说明书.docx

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1、新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书班级：机电087班姓名：何吉学号：学082001056指导教师：早 热木完成日期：2012年4月1日机械自动化教研室新疆大学专业课课程设计任务书机械自动化教研室班级： 机电087班专业：机电一体化姓名： 何 吉学号：20082001004课程设计题目：汽车螺旋伞齿轮的机械加工工艺规程及专用机床夹具设计课程设计完成内容：主动螺旋伞齿轮零件图专用机床夹具装配图机械加工工艺过程综合卡片一张课程设计设计说明书一份说明书页数：/3页图纸数： 4张发题日期：2011年2月20日完成日期：2011年4月1日指导老师：早 热 木教研室主任： 早 热 木目录序言 1第1章

2、零件的分析 21.1 结构工艺性分析 21.2 技术要求分析 2第2章毛坯确定 32.1 毛坯类型确定 32.2 毛坯结构、尺寸和精度确定 3第3章工艺路线拟订 43.1 工艺分析 43.2 制订机械加工工艺路线 43.3 确定各工序加工余量 6第4章 设备、工艺装备确定 114.1 工序7:车轴颈及背锥 114.2 工序15:加工小孔 124.3 工序17:加工螺纹 13第5章第5工序夹具设计 145.1 工序尺寸精度分析 145.2 定位方案确定 145.2.1 理论限制自由度分析 145.2.2 定位基准选择 145.3 定位元件确定 145.4 定位误差分析计算 145.5 夹具总装草

3、图 15心得体会 16参考文献 171 序百齿轮传动作为一种传统、高效的传动形式很早以前就出现了，随着科学技术的进步，出现了一系列的齿轮传动形式，并形成了相应的齿轮啮合理论、设计、 加工方法，这些工作都丰富和发展了齿轮传动理论体系。螺旋伞齿轮作为齿轮的一种，在各种机械中都有广泛的使用。在汽车驱动桥 中，螺旋伞齿轮是纵向配置发动机的汽车所不可缺少的，因此，螺旋伞齿轮的制造工艺在汽车制造业占有重要地位。螺旋伞齿轮在汽车上的主要功用为：1 .将发动机输出的动力经变速箱、主传动器传给驱动车轮；2 .将纵向配置的发动机所输出的旋转运动改变方向，使驱动车轮获得与汽车行驶方向一致的旋转运动；3 .降低发动机

4、输出的旋转速度，提高发动机输出的扭矩，使驱动车轮获得足够 的牵引力。汽车行业通常将螺旋伞齿轮称为减速齿轮，由其组成的总成称为减速器总 成。CA1092汽车采用双极主传动器，由一对螺旋伞齿轮实现一级减速，一对螺 旋圆柱齿轮实现二级减速。螺旋伞齿轮共有四种速比：11:25,12:25,13:25,9:25.螺旋圆柱齿轮有两种速比：14:47,15:46.驱动桥组成四种速比：25/11*47/14=7.63, 25/12*46/15=6.39, 25/13*46/15=5.897, 25/9*47/14=9.33。汽车的行驶状况是随外界条件瞬息变化的，所以螺旋伞齿轮的工况极其复杂。中型载重汽车螺旋伞

5、齿轮的线速度可高达17m/s,要求齿面具有耐磨性能、抗冲击性能及抗弯曲性能等。通常要求齿面具有高硬度，心部具有良好的任性。本文通过对CA1092汽车驱动桥中螺旋伞齿轮主动轮的分析，进行了汽车螺旋伞齿轮的机械加工工艺规程及专用机床夹具设计。本文多采用常规设计方法， 使用通用机床以及通用夹具，只对铳齿的夹具进行了设计。本文并无创新之处， 只是通过此次设计整理所学知识，将理论与实际相结合。第1章零件的分析1.1 结构工艺性分析螺旋伞齿轮的设计精度一般是依据齿轮线速度确定工作平稳性精度等级的， 然后在按标准规定选定运动精度等级、接触精度等级及齿侧间隙精度等级。中型载重汽车螺旋伞齿轮的精度等级一般为 8

6、-7-7。CA1092载重汽车驱动桥中，主、 从动螺旋伞齿轮轮的精度为8-7-7D。图1为主动螺旋伞齿轮轴的零件图。图1主动螺旋伞齿轮轴零件图1.2 技术要求分析螺旋伞齿轮经过渗碳淬火后会产生变形，其中轮齿变形可通过磨齿或研齿方 法进行修正，同时会显著降低螺旋伞齿轮的传动噪音， 这种方法已在轿车生产中 被采用。中型载重汽车通常以提高齿形精度来弥补热处理造成的精度损失。表 1 所示为主动螺旋伞齿轮轴的渐开线花参数和齿轮参数。表1主动螺旋伞齿轮轴的渐开线花键参数和齿轮参数渐开线花键参数齿轮参数花健齿形渐开线齿轮13模数（mm3分齿圆上端面模数（mrm9齿数14法面计算啮合角20o原始齿形压力角20

7、o齿顶局（mm10.26原始齿形移位距（mm+1.5齿全高（mm16.992分齿圆直径（mm42轮齿中点螺旋角35o分齿圆上弧齿厚：:旋转方向左理论值（mrm5.80刀盘直径（mm?228.6 (9")用通过量规检验（mrm5.82分齿圆上端面理论弧齿厚（mm16.652用里棒检验（mmi5.76配对齿轮研磨后在检验台上的齿隙（ mm0.200.35渐开线的转义直径（mm?41齿的工作表面粗糙度（um>R1.6齿侧表面粗糙度（um>R3.2按需要量研磨牙齿，配对后在齿轮上打上标记第2章毛坯确定2.1 毛坯类型确定汽车驱动桥齿轮一般都选用 20GrMnTi合金钢，采用渗碳淬

8、火处理。CA1092 汽车驱动桥齿轮材料及热处理如表 2。大批生产中齿轮毛胚采用模锻工艺制造。 经正火处理，硬度为157207HV。表2汽车驱动桥齿轮材料及热处理零件名称材料渗碳深度 (mm)表面硬度HRC心部硬度HRC螺旋伞齿20CrMnTi1.21.658633348螺旋圆柱齿轮20CrMnTi1.01.65863 13348 1差速器齿轮20CrMnTi1.01.4586333482.2 毛坯结构、尺寸和精度确定简化零件结构细节，由于零件为大批生产，故毛坯精度取普通级，CT9级根据这些数据，绘出毛坯图。如图 2所示：图2主动螺旋伞齿轮轴的毛胚图第3章工艺路线拟订3.1 工艺分析螺旋伞齿轮

9、的加工主要分成以下几个阶段：1）齿坯加工：齿坯成形，保证铳齿基准的加工精度。2）中间检查：重点检查铳齿定位夹紧尺寸精度。3）齿形加工：保证接触区的形状、位置、大小、齿面间隙及齿侧间隙变动量。4）中间检查：重点检查接触区、齿侧间隙和轮齿表面的粗糙度。5）热处理：渗碳淬火，校正。6）热处理后加工：精加工装配（使用）基准。7）最后检查：全面检查装配基准尺寸精度。3.2 制订机械加工工艺路线制订机械加工工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位 置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下， 可以考虑采用通用机床配以专用夹具， 并尽量使工序集中来提高生产率。 除此以

10、 外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。工艺路线方案一工序1 锻造造；工序3 热处理；工序5铳两端面及钻中心孔；工序7车轴颈及背锥；工序9车槽锥端面；工序11铳渐开线花键；工序13 磨轴颈及端面；工序15 加工小孔；工序17 加工螺纹；工序19 中间检查轴颈；工序21 粗铳螺纹；工序23 精磨齿轮。工序25 中间检查；工序27 热处理校正；工序29 磨轴颈及端面；工序31 最后检查；工序33 入库工艺路线方案二工序1 铸造；工序3热处理；工序5铳两端面及钻中心孔；工序7车轴颈及背锥；工序9车槽锥端面；工序11 铳渐开线花键及钻小孔;工序13磨轴颈及端面；工序15加工螺纹；工序17中间

11、检查；工序19粗铳轮齿；工序21精铳轮齿凸面；工序23精铳轮齿凹面；工序25中间检查；工序27热处理校正；工序29磨轴颈及端面；工序31最后检查；工序33 入库。 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是按工序集中原则及保证各加工面之 间的尺寸精度为基础而制订的工艺路线。而方案二只是按工序集中原则制订，没 有考虑到各个加工面的加工要求及设计基准。 这样虽然提高了生产率，但可能因 设计基准与工序基准不重合而造成很大的尺寸误差，使工件报废。因此， 最后的 加工路线确定如下：工序1 铸造；工序3热处理；工序5铳两端面及钻中心孔；工序7车轴颈及背锥；工序9车槽锥端面；工序11 铳渐开线

12、花键及钻小孔;工序13磨轴颈及端面；工序15加工螺纹；工序17中间检查；工序19粗铳轮齿；工序21精铳轮齿凸面；工序23精铳轮齿凹面；工序25中间检查；工序27热处理校正；工序29磨轴颈及端面；工序31最后检查；工序33 入库。3.3确定各工序加工余量1.车轴颈及背锥由于零件整体加工为外圆端面，故所有轴颈可以一次车削加工，所有轴颈加 工余量相同。现已轴颈 轮5竟002为例，说明所有轴颈的加工余量。（参考机械 制造工艺设计简明手册表2.3-9 ）,确定工序尺寸及余量：粗车：？ 65.5mm精车：帕5煞2具体工序尺寸见表3。表3工序尺寸表工序名称工序问余量/mm工序问工序问尺寸/mm工序问经济精度

13、/ pm表面粗糙 度/ u m尺寸公差/mm表面粗糙 度/ um精车0.5H9Ra6.366小 66 ±0.05Ra6.3粗车1H12Ra12.568帕8±0.1Ra12.52.加工？5mmi毛坯为实心，而孔没有精度要求，因此可以只钻孔。（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12 ）,确定工序尺寸及余量：钻孔5mm具体工序尺寸见表4。表4工序尺寸表工序名称工序问 余量 /mm工序问工序问尺寸/mm工序问经济精度 /pm表闻粗糙 度/pm尺寸公差/mm表面粗糙 度/ pm钻孔5H12Ra12.55无Ra12.53.加工螺纹螺纹参数为M27x1.5-6h,（参照

14、机械制造工艺设计简明手册表 2.3-9及 表2.3-12 ）,确定工序尺寸及余量：具体工序尺寸见表5。表5工序尺寸表工序名称工序问 余量 /mm工序问工序问尺寸/mm工序问经济精度 /pm表面粗糙 度/ U m尺寸公差/mm表面粗糙 度/精车螺纹0.166hRa6.326.6826.68%08Ra6.3粗车 螺纹0.808hRa12.525.0826.68%08Ra12.53.4工艺流程图予号工序名称1 锻造3 热处理 正火铳两端面 及钻中心 孔300使用机床ZBT82162铳钻组合机床车轴颈及 背锥CA6140卧式车床11铳渐开线 花键及钻 小孔ZBT8216 铳钻组合 机床13磨*由颈及

15、端面15加工螺纹17中间检查19粗铳齿轮21精铳齿轮 凸面八003AB3T16 端面外圆磨 床CA6140卧式车床?65.4 ?50.40 ?47.25格里索铳 齿机 N016格里索铳 齿机 N01623精铳齿轮 凹面格里索铳 齿机 N01625中间检查接触区、齿侧间隙、齿面粗糙度27热处理校 正渗碳层深1.21.6淬火：表面硬度5863HRC,心 部硬度3348HRC29磨轴颈及 端面卜 |005A-B002 ABO OTM1420A外圆磨床31检验图3主动螺旋伞齿轮工序简图第4章设备、工艺装备确定4.1工序7:车轴颈及背锥1 .加工条件工件材料：20CrMnTi正火，模锻。加工要求：粗车？

16、27mm ?47.5mm ?50.75mm ?64mm ?65.75mW卜圆及 27o 锥面。机床：CA6140卧式车床。刀具：刀片材料 YT15,刀杆尺寸16x25mm!2 .计算切削用量1）切削深度 单边余量Z=1.5,可一次切除。2）进给量 根据切削手册表1.4 ,选用f=0.5mm/r。3）计算切削速度 见切削手册表1.27Cw一 Tmapxv-kvf yv242600.2 1.50.15 0.50.351.44 0.8 0.81 0.97= 116(m/min)4）确定主轴转速ns1000vc c-dw1000 116二 65= 568(r/min)按机床选取n=600r/min。所

17、以实际切削速度5）检验机床功率二dn二65 600v = = = 122（m / min）10001000主切削力Fc按切削手册表1.29所示公式计算Fc= CFCapxFcf Fcvckpc其中：Cfc=2794xf= 1.0, yF =0.75,nF - -0.15,cckM；b=1)650nFi600)075 = 0.94650kk= 0.89所以Fc =2795 1.5 0.50.75 122。15 0.94 0.89 = 1012.5(N)切削时消耗功率R为1012.5 1226 104= 2.06(KW)由切削手册表1.30中CA614M床说明书可知，CA6140i电动机功率为7.

18、8KW 当主轴转速为600r/min时，主轴传递的最大功率为5.5KW所以机床功率足够。可以正常加工。6)校验机床进给系统强度已知主切削力Fc=1012.5N,径向切削力Fp按切削手册表1.29所示公式计算。Fc 二 CFcapxFcLcvJckpc其中 Cf =1940,Xf =0.9, yF =0.6,保=-0.3 cccckMF =(口)nF =(郎)1.35 = 0.897650650kk =0.5T所以Fc =1940 1.50.9 0.50B 122927 八 ，.、 tm =- =27=0.55(min) 1 nwf 195 0.25以上为钻一个孔时的基本时间。故本工序的基本时间

19、为 0.897 0.5 = 195(N)而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530N,故机床进给系统可正常工作。7)切削工时l l1 l2nf其中 l =90,l1 =4,l2 =090 4 所以t = 90 tm =端 2 =0.55 2 =1.1(min) =0.31(min)600 0.53 .2工序15:加工小孔1)确定进给量f :根据切削手册表2.7 ,当钢的0b <800MPa,do =®25mm时, f=0.390.47mm/r。由于本零件在加工？25mmi时属于低刚度零件，故进给量应 乘以系数 0.75, WJ f= (0.390.47 ) x0.75=0

20、.290.35 (mm/r)根据Z4006A机床说明书，现取f=0.25mm/r。2)切削速度：根据切削手册表2.13及表2.14 ,查得切削速度v=18m/min<所以1000V 1000 18% =-：dw二 25= 229(r/min)根据机床设计说明书，取dw nw v =:1000nw=195r/min ,故实际切削速度为二 25 195=15.3(m /min)1000切削工时l = 27mm4.3工序17:加工螺纹1)切削速度的计算 见切削用量手册表21,刀具寿命T=60min,采用高速 钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时 ap=0.17,走刀次数i=4 ；精车螺纹时ap=0.08

21、,走 刀次数i=2 。C.v。= m x y kv(m/min) Tmv_£ yvap t1其中：Cv =11.8,m=0.11,xv =0.70, yv =0.3，螺距t =1,0.637.1.75km - ()0.6=1.11, kk = 0.75所以粗车螺纹时：vc- n.11 11.80.7 .0.3 1.11 0.75 = 21.57(m/min)600.171精车螺纹时118vc =-0Tr07-03 1.11 0.75 =36.8(m/min)60 .0.08 .1 .2)确定主轴转速粗车螺纹时1000vc1000 21.57c114.4(r / min)二 60按机床

22、说明书取n = 96r / min实际切削速度V =18m/min c精车螺纹时n21000vc c1000 36.8 =195(r / min)二 60按机床说明书取n = 184r /min实际切削速度vc=34m/min3)切削工时取切入长度l1 = 3mm粗车螺纹时titi22 322- 4=1.04(min)96 1精车螺纹时22 3 一 一一W 2 = 0.24(min)195 1所以车螺纹白总工时为t=ti冒2=1.04-0.24 =1.28(min)第5章 第5工序夹具设计5.1 工序尺寸精度分析由工序图可知此工序的加工精度要求不高， 铳两端面和钻中心孔加工要具求 如下：铳两端

23、面和钻中心孔，为自由公差，无其他技术要求，该工件在铳钻组合 机床上加工，零件属中批量生产。5.2 定位方案确定5.2.1 理论限制自由度分析分析加工要求必须限制的自由度，为保两端面的相对位置，该工件必须限制 工件五个自由度，即X移动、z移动y移动、y转动、Z转动。5.2.2 定位基准选择一般情况下，铳齿基准要与装配基准（通常亦是设计基准）重合。从产品使用方面分析，主动螺旋伞齿轮的轴颈？65mm和轴颈？50mm是配合 表面，根据安装距（118mm）可知？65mm的轴颈端面是装配基准；从产品设计 方面分析，？65mm轴颈端面又是设计基准，其轴线是形位公差的基准。因此， 可确定齿形加工的定位基准应该

24、是 ？65mm和？50mm两个轴颈和？65mm轴颈的 端面。5.3 定位元件确定选择定位元件：由于本工序的定位面是 ？65mm和？50mm两个轴颈和？65mm 轴颈的端面，所以采用v型块及挡板定位，而夹紧元件采用压板夹紧。5.4 定位误差分析计算定位误差（Adw）的计算：由于定位基准与工序基准重合Ajb =0.5 x0.33=0.165A db=0v Ajb和Adb相关A dw= A jb+ A db =0.165=0.0891/3 T=1/3x0.5=0.167: Adw< 1/3 T满足要求。5.5 夹具总装草图夹具总装草图如图4所示:心得体会通过这次课程设计使我对这些年来在学校所学

25、知识有了 一个更深的了解。通过课程设计可以体现出我们在校期间的学习程度。从而对我们所学的知识的一个衡量。从拿到设计图纸开始，指导老师就详细给我讲了设计的要求， 使我对此次课 程设计有了一个初步的认识，为我做此次设计有了一个很好的铺垫。 通过此次设 计使我对机械加工工艺有了更深的了解， 加深了对机械设计的理解，增强了我的 专业水平。当自己刚刚开始设计并绘图时，感觉难度还是挺大的，不知道从何处下手， 对一些设计的要求也不知道怎么去安排，怎么分析。但后来老师给我详细讲解了 此次课程设计的步骤，接着我一步一步开始，按着老师的要求与建议慢慢的完成 可说明书与设计图纸。在设计期间，每当遇到不懂的问题时，指导老师们都能细心的帮助我。同学之间也互相帮助，虽然每个人的设计课题不一样，但我们之间还是会经常讨论， 互相帮助，锻炼了我们的团队精神。感谢老师在此次设计中给我的帮助您为我的解决了很多难题，使我的专业能力进一步的提高与巩固。通过这次课程设计，我一定能在以后的学习生活中有一 个更好的表现。参考文献1机床夹具设计手册：主编：杨黎明2公差配合与技术测量：主编：徐茂功 桂定3机械加工工艺设计资料；主编：张征祥4刀具设计手册:主编：袁哲俊刘华明5机械制造工艺学：主编：郑修本6机械加工工艺装备设计手册：编委会编制7公制、美制和英制螺纹标准手册（第二版）主编：李晓滨