減速器低速軸的設(shè)計(jì)與加工工藝

1、J20型減速器低速軸的設(shè)計(jì)及加工工藝1 設(shè)計(jì)要求原始資料：根據(jù)成都卡帕特科技有限公司要求，設(shè)計(jì)一減速器低速軸,傳遞的功率P=3.42kW，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n=60r/min，載荷平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)期壽命10年（每天按300天計(jì)），單班制工作，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)應(yīng)完成的任務(wù)：設(shè)計(jì)出一個(gè)符合上述要求的軸，畫出零件圖，根據(jù)軸的工作條件及性能要求確定軸的加工步驟，并寫出軸的加工工藝。2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1最小軸徑的設(shè)計(jì)按扭矩初算最小軸徑本軸是屬于中、小軸，在減數(shù)器重工作時(shí)要承受各種負(fù)荷和沖擊載荷并且要具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，因此該軸材料選用45鋼即可滿足其要求。所以選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217

2、-255HBS.根據(jù)文獻(xiàn)P26514.4表，取c=118, 又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求P=3.42,n=60 所以, d(P/N)1/3118 =(3.42/60)1/3mm=46mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=46(1+5%)mm=48.3 mm選d=50mm2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1軸上零件的定位，固定和裝配單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和套筒定位，則采用過渡配合固定。2.2.2 確定軸各段直徑和長度為了使計(jì)算方便、易懂，現(xiàn)畫草圖如下（圖上的階梯軸從左到右依次是I段、II段、III段、

3、段、段、段）2.1 軸的草圖I段：d1=50mm 長度取L1=47mmh=2c c=1.5mmII段:取軸肩高3.5mm，作定位用，d2=57mm初選用一對6213型角滾動(dòng)軸承，其內(nèi)徑為65mm,寬度為23mm.考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長為50mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度，并考慮聯(lián)軸器和箱體外壁應(yīng)有一定矩離而定，為此，取該段長為55mm，安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小2mm,故II段長：L2=85mmIII段直徑d3=65mm， L3=55mm根據(jù)軸承安裝要求，軸肩高h(yuǎn)=2.5 mm段直徑d4=70mm， L4=80mm段直徑d5=82mm. 長

4、度L5=9mm段直徑d6=65 mm，長度L6=23 mm由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=299mm2.2.3 按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算1.求分度圓直徑：已知d=3×Z1=27mm2.求轉(zhuǎn)矩：已知T1=544350N·mm3.求圓周力：Ft根據(jù)參考文獻(xiàn)P267得 Ft=2T1/d1=2×544350/324=3360N4.求徑向力Fr根據(jù)參考文獻(xiàn)P267得 Fr=Ft·tan=3360×tan200=1220N2.2 軸的受力圖1)繪制軸的受力圖如圖a2）水平面內(nèi)的彎矩圖(圖b)，支點(diǎn)反力為：FHA=FHB=Fr/2=1680N由兩邊對稱，知截面

5、C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為 MH=FHA×64=10752(N·mm)3) 垂直面內(nèi)的彎矩圖（圖c）FVA= FHB=64×Fr/2=534.79(N·mm)截面處的彎矩為: MVI= 646.95×64=34226.56(N·mm)4)繪制合彎矩圖（如圖d）MI=(MH2+MV2)1/2=(1075202+34226.562)1/2=112836.199N·mm5)繪制扭矩圖（如圖e）轉(zhuǎn)矩：aT=0.6×544.35=326610N·mm6)繪制當(dāng)量彎矩圖（如圖f）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動(dòng)循環(huán)變

6、化，取=0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩：Mec=MC2+(T)21/2=112836.1992+32661021/2=345550N·mm7)校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（6-3）d(Mec/0.1-1)1/3=238594/0.1×551/3=39.5mm因截面C處開有鍵槽，故將軸直徑加大5%，即為39.5×1.05=41.475mm， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖該處直徑為70mm，強(qiáng)度足夠。軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2.1減速器低速153零件的工藝過程3.1 軸的材料軸的失效多為疲勞破壞，所以軸對材料的要求是：具有足夠的疲勞強(qiáng)度，對應(yīng)力集中的敏感性小，具有足夠的耐性，易于加工和熱處理，價(jià)

7、格合理。軸的常用材料主要是碳素鋼、合金鋼和鑄鋼。1碳素鋼 在軸的材料中常用的有30、35、40、45、和50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤以45綱應(yīng)用最為廣泛。用優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造的軸，一般均應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)制處理，以改善材料的力學(xué)性能。不重要的或受力較小的軸可用Q235A、Q255A，Q275A等普通碳素鋼制造，一般不進(jìn)行熱處理。2合金鋼 合金鋼比碳素鋼具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能。但對應(yīng)力集中較敏感，價(jià)格也較貴，因此多用于重載、高溫、要求尺寸小、重量輕、耐磨性好等特殊要求的場合。需要指出的是，合金鋼和碳素鋼的彈性摸量相差很小，因此在形狀和尺寸相同的情況下，用合金鋼來替代碳素鋼不能提高軸的鋼度。此外在設(shè)計(jì)在設(shè)

8、計(jì)合金鋼軸時(shí)，必須注意從結(jié)構(gòu)上減小應(yīng)力集中和減少其表面粗糙度。3鑄鐵 球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵適應(yīng)于形狀復(fù)雜的軸或大型轉(zhuǎn)軸。其優(yōu)點(diǎn)是不需要鍛壓設(shè)備、價(jià)廉、吸陣性好，對應(yīng)力集中不敏感；缺點(diǎn)是沖擊韌性低，鑄造質(zhì)量不易控制。毛坯的形式有棒料和鍛造兩種，前者應(yīng)用與單件小批量生產(chǎn)，尤其是適用于光滑軸和外圓直徑相差不大的階梯軸，對于相差較大的階梯軸則往往采用鍛件。鍛件還可以獲得較高的抗拉，抗彎和抗扭強(qiáng)度。單件小批生產(chǎn)一般采用自由段，批量生產(chǎn)則采用模鍛造，大批量生產(chǎn)時(shí)若采用帶有貫穿孔的無縫鋼管毛坯，能大大節(jié)省材料和機(jī)械加工量本軸是屬于中、小軸，在減數(shù)器重工作時(shí)要承受各種負(fù)荷和沖擊載荷并且要具有較高的耐疲勞性能和

9、較好的耐磨性能，因此該軸材料選用45鋼即可滿足其要求。根據(jù)圖樣可看出外圓直徑尺寸相差不大，故選擇¢85mm的熱軋圓鋼作毛坯。3.2軸的熱處理 鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加的壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松,焊合孔洞,鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件.常用的鍛造有軋制、擠壓、拉拔、自由鍛、模鍛、板料沖壓。因?yàn)檐堉票容^方便，所以我選擇軋制。在機(jī)器制造過程中，為使工件獲得良好力學(xué)性能，或改善材料的工藝性能，常采用熱處理方法。熱處理就是將固態(tài)金屬或合金，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的一種工

10、藝方法。 熱處理是強(qiáng)化金屬材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量和壽命主要途徑之一。通常重要的機(jī)器零件大多數(shù)要進(jìn)行熱處理。如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)中70%-80%的零件要經(jīng)過熱處理，機(jī)床工業(yè)中60%-70%的零件要進(jìn)行熱處理，各種工具則幾乎100%要進(jìn)行熱處理。因此熱處理在機(jī)械制造工業(yè)中有切削加工十分重要的地位。根據(jù)熱處理加熱和冷卻方式的不同，熱處理可分為以下三類：1. 整體熱處理：指對工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理，主要有退火、正火、淬火和回火。2. 表面熱處理：指對工件表層進(jìn)行熱處理，以改變表面組織和性能的熱處理，主要有火焰淬火、感應(yīng)淬火等。3. 化學(xué)熱處理：指改變工件表面的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理，主要有滲碳、

11、滲氮、碳氮共滲、滲金屬等。熱處理的種類和方法很多，但其基本過程都由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成。其過程通常用“溫度-時(shí)間”為坐標(biāo)的曲線來表示，稱熱處理工藝曲線，改變加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度等參數(shù)，都會在一定程度上發(fā)生相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響材料的性能。所以，要掌握鋼的熱處理規(guī)律，就必須研究鋼在加熱和冷卻過程中的組織.綜上所述制定主軸制造工藝路線：鍛造正火切削加工（粗）調(diào)質(zhì)（半精）高頻感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火磨削鍛造是消除毛坯的鑄態(tài)疏松，焊合孔洞，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件.正火的目的是為了消除和改善前一道工序即鍛造所造成的某些組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，也為隨后的切削加工（粗加工）及熱處理

12、做好組和性能上的準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)是為以后的表面淬火作預(yù)先熱處理；調(diào)質(zhì)后的硬度不高，便于為以后的切削加工（半精加工）最好準(zhǔn)備。而高頻感應(yīng)加熱表面淬火+低溫回火作為最終熱處理，高頻感應(yīng)加熱表面淬火是為了使軸承處及錐孔表面得到高硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度；低溫回火是為了消除應(yīng)力，防止磨削時(shí)產(chǎn)生裂紋，并保持高硬度和耐磨性。3.3確定軸表面的加工方法軸大都是回轉(zhuǎn)表面，主要采取車削與外圓磨削成形。由于該軸的主要表面的公差等級較高，所以外圓表面的加工方案可為：粗車半精車磨削。先用夾具夾住毛坯的一端。先把¢85的毛坯粗車加工成¢83的外圓。粗車：粗車外圓¢65mm¢67mm 粗車

13、外圓¢70mm¢72mm 粗車外圓¢65mm¢67mm， 調(diào)頭粗車外圓¢50mm¢52mm 粗車外圓¢57mm¢59mm 半精車：半精車外圓¢65mm¢65.5mm 半精車外圓¢82mm¢82.5mm 半精車外圓¢70mm¢70.5mm 調(diào)頭半精車外圓¢65mm¢65.5mm 調(diào)頭半精車外圓¢50mm¢50.5mm 半精外圓¢57mm¢57 mm。磨削：磨各外圓到各設(shè)計(jì)的尺寸,磨各軸肩到各設(shè)計(jì)的尺

14、寸。3.4 確定軸的定位基準(zhǔn) 合理地選擇定位基準(zhǔn)，對于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。由于該軸的幾個(gè)主要配合表面及軸肩面對基準(zhǔn)軸線A-B均有徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)的要求，它又是實(shí)心軸，所以應(yīng)選擇兩端中心孔為基準(zhǔn)，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技術(shù)要求。粗基準(zhǔn)采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。一般不能用毛坯外圓裝夾兩次鉆兩端中心孔，而應(yīng)該以毛坯外圓作粗基準(zhǔn)，先加工一個(gè)端面，鉆中心孔，車出一端外圓；然后以已車過的外圓作基準(zhǔn)，用三爪自定心卡盤裝夾，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。3.5 劃分

15、加工階段軸類零件的加工，一般可分為三個(gè)階段：粗加工（包括銑端面打頂尖孔，粗車外圓），半精車和精加工。具體的加工工藝路線取決于軸的主要表面的加工精度和表面粗糙度要求。加工工藝路線通常是：粗車半精車精車研磨精磨。為了改善機(jī)械加工性能和提高硬度，在加工過程中，還要插入必要的熱處理工序，例如：粗加工（包括切小頭端面，打頂尖孔，粗車外圓，大端端面，鉆通孔等）熱處理（調(diào)質(zhì)）半精加工（包括各外圓，小端。內(nèi)孔，錐孔的半精車與半精鏜等）熱處理（各主軸頸及錐孔高頻淬火）精加工（包括精車小端錐孔，洗鍵槽，鉆大端面各孔，精車各檔外圓及螺紋，精磨外圓及大端錐孔等）。插入熱處理工序后，主軸的加工過程自然地被分為幾個(gè)加工階

16、段?？梢哉f，軸類零件的加工階段的劃分大至以熱處理工序?yàn)榻?。由此可見，整個(gè)主軸加工的工藝過程，就是以主要表面的粗加工，半精加工和精加工為主，適當(dāng)插入其它表面的加工工序而組成的。這就說明，加工階段的劃分起主導(dǎo)作用的是工件的精度要求。對于一般精度的機(jī)床主軸，精度是最終工序，對精密機(jī)床的主軸，還要增加光整加工階段，以求獲得更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度。該軸加工劃分為三個(gè)階段：粗車加工階段、半精車加工階段、磨削加工階段。如表3.1。表3.1 軸的加工劃分階段表加工階段工序目的粗車加工階段將毛坯加工至接近工件要求，為半精加工作準(zhǔn)備半精車加工階段加工至為零件留有少量加工余量磨削加工階段做最后加工至符合圖

17、紙上的要求3.6切削用量的選擇數(shù)控車削加工中的切削用量包括被吃刀量、主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量和切削速度，這些參數(shù)均應(yīng)在機(jī)床給定的允許范圍內(nèi)選取。車削用量的選擇是否合理，對于能否充分充分發(fā)揮機(jī)床潛力與刀具切削性能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本和安全操作具有很重要的作用。車削用量的選擇是粗車時(shí)，首先考慮選擇盡可能大的被吃刀量其次選擇較大的進(jìn)給量,最后確定一個(gè)合適的切削速度.增大被吃刀量可使走刀次數(shù)減少,增大進(jìn)給量有利于斷屑 。 精車時(shí)，加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量不大且較均勻，因此選擇精車的切削用量時(shí)，應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。因此，精車時(shí)要選用較小的被吃刀量和進(jìn)給量并選

18、用性能高的刀具材料和合理的參數(shù)，以盡可能提高切削速度。表3.2 加工各段的切削用量加工階段加工前后軸的尺寸的變化加工速度加工余量加工長度粗車¢83mm¢67800r/min2mm23mm粗車¢83mm¢72800r/min2mm80mm粗車¢83mm¢67800r/min2mm55mm粗車¢83mm¢52800r/min2mm47mm粗車¢83mm¢59800r/min2mm85mm半精車¢67mm¢65.5500r/min0.5mm23mm半精車¢83mm

19、2;82.5500 r/min0.5mm9m半精車¢72mm¢70.5500 r/min0.5mm80mm半精車¢67mm¢65.5500 r/min0.5mm55mm半精車¢52mm¢50.5500 r/min0.5mm47mm半精車¢59mm¢57.5500 r/min0.5mm85mm磨削精磨各軸到指定尺寸符合尺寸符合尺寸3.7軸的安裝方式軸類零件的安裝方式有以下幾種:1 采用兩中心孔定位裝夾。2 以重要外圓表面為粗基準(zhǔn)定位加工出中心孔，再以軸兩端的中心孔為定位精基準(zhǔn)。3 盡可能基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一、互為基準(zhǔn)。

20、4 采用外圓表面定位裝夾。5 采用三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤。6 采用各種堵頭或拉桿心軸定位裝夾。本設(shè)計(jì)采用最常見的裝夾方式:兩中心孔定位裝夾。3.8擬定工藝過程    定位精基準(zhǔn)面中心孔應(yīng)在粗加工之前加工，在調(diào)質(zhì)之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調(diào)質(zhì)之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準(zhǔn)面的精度和減小錐面的表面粗糙度值。擬定傳動(dòng)軸的工藝過程時(shí)，在考慮主要表面加工的同時(shí)，還要考慮次要表面的加工。在半精加工¢65mm、¢82mm、¢70mm、¢65mm及¢50

21、mm外圓時(shí)，應(yīng)車到圖樣規(guī)定的尺寸，同時(shí)加工出各退刀槽、倒角；二個(gè)鍵槽應(yīng)在半精車后以及磨削之前銑削加工出來，這樣可保證銑鍵槽時(shí)有較精確的定位基準(zhǔn)，又可避免在精磨后銑鍵槽時(shí)破壞已精加工的外圓表面。   綜合上述分析，軸的工藝路線如下：下料鍛造正火車兩端面，鉆中心孔粗車各外圓調(diào)質(zhì)修研中心孔半精車各外圓，車槽，倒角劃鍵槽加工線銑鍵槽修研中心孔淬火磨削檢驗(yàn)。4軸的加工工藝卡表4.1軸加工工藝卡序號工序名稱工序內(nèi)容定為基準(zhǔn)加工階段示意圖或工序目的1下料鋸割¢85,長度為305的45號熱軋圓鋼毛坯2鍛造拉拔毛坯至¢843粗車1. 夾住¢84，車一頭端面，并打

22、中心孔2. 調(diào)頭夾住¢84，車另一頭端面，并打中心孔3. 粗車各部外圓，均留2mm余量4. 檢驗(yàn)¢84外圓中心孔4熱處理1. 調(diào)質(zhì)處理220240HB2. 校正外圓對兩基準(zhǔn)的徑向圓跳動(dòng)小于0.02中心孔目的是為以后的表面淬火作預(yù)先熱處理,調(diào)制后的硬度不高,便于為以后的切削加工做好準(zhǔn)備5鉗修研兩端中心孔中心孔目的是消除中心孔的熱處理變形和氧化皮6半精車1. 夾住¢67，車一頭端面2. 調(diào)頭夾住¢50.53. 半精車各部外圓，均留0.5mm量4. 檢驗(yàn)中心孔7鉗劃一個(gè)鍵槽，寬20mm長50mm中心孔 鍵槽刀（立銑刀）8鉗修研兩端中心孔中心孔提高定位精基準(zhǔn)面的

23、精度9熱處理淬火處理在保持心部韌性的同時(shí)，使軸的工作表面磨削后能達(dá)到要求的表面粗糙度中心孔為使軸承處得到高硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度 10磨削1. 磨各外圓及軸肩到指定尺寸中心孔5軸類零件的檢驗(yàn)5.1 精度的檢驗(yàn)精度的檢驗(yàn)應(yīng)按一定的順序進(jìn)行，先檢驗(yàn)形狀精度，然后檢驗(yàn)尺寸精度，最后驗(yàn)證位置精度，這樣可以判明和排除不同的性質(zhì)誤差之間對測量精度的干擾。軸類零件在加工過程中和加工完了以后都要按工藝規(guī)程的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的項(xiàng)目主要包括表面粗糙度、表面硬度、尺寸精度、表面形狀精度和相互位置精度等。1 形狀精度的檢驗(yàn)圓度為軸的同一橫截面內(nèi)最大值與最小值的誤差。一般用千分尺按照測量直徑的方法即可檢測，也可將工件

24、放在精密測量平板上用千分表來檢驗(yàn)，或用千分表借助V形塊來測量，精度高的軸需用比較儀或圓度儀來檢驗(yàn)。圓柱度是指同一軸最大直徑與最小直徑之差，同樣可用千分尺檢測。彎曲度可以用千分表檢驗(yàn)，把工件放在平板上工件轉(zhuǎn)動(dòng)一周，千分表讀數(shù)的最大變動(dòng)量就是彎曲誤差值。2 尺寸精度的檢驗(yàn)在單件小批量的生產(chǎn)中，軸的直徑一般用外徑千分尺檢驗(yàn)。精度較高時(shí)，可用杠桿卡規(guī)測量，臺肩長度可用游標(biāo)卡尺，深度游標(biāo)卡尺和深度千分尺的檢驗(yàn)。大批大量生產(chǎn)中，常采用界限卡規(guī)檢驗(yàn)軸的直徑。長度不大而精度高的工件，也可用比較儀檢驗(yàn)。為了減少精密量具的磨損，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，可采用卡規(guī)檢驗(yàn)軸的直徑與臺肩長度。3 位置精度的檢驗(yàn)一般用兩支承軸頸作為

25、測量基準(zhǔn)面，可使測量、裝配及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都重合，避免因基準(zhǔn)不重合而引起的測量誤差。 為提高檢驗(yàn)精度和縮短檢驗(yàn)時(shí)間，位置精度檢驗(yàn)多采用多用檢具，檢驗(yàn)時(shí)將主軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個(gè)V型架上，并在軸的一端用擋鐵，鋼球和工藝錐堵?lián)踝?，限制主軸沿軸向穩(wěn)定，兩個(gè)V型架中有一個(gè)的高度是可調(diào)的，測量時(shí)先用千分表調(diào)整軸的中心線，使它與測量平面平行，平板的傾斜角一般為15度，使工件軸端靠自重壓力鋼球。 在主軸前錐孔中插入檢驗(yàn)心棒，按測量要求放置千分表，用手輕輕動(dòng)主軸，從千分表讀數(shù)的變化既可測量各項(xiàng)誤差，包括錐孔及有關(guān)的表面相對支承軸頸的頸向跳動(dòng)與端面跳動(dòng)。 錐孔的接觸精度用專用錐度量規(guī)涂色檢驗(yàn)，要求接觸面積在70%以上，分布均勻而大端接觸較“硬”，即錐度