前言...................................................................... 1
1 后桥结构方案分析....................................................... 2
2 驱动半轴的设计........................................................ 3
2.1 半轴结构形式分析 ................................................... 3
2.2 驱动半轴结构形式选择 ............................................... 3
2.3 全浮式半轴计算载荷的确定 ........................................... 4
2.3.1 按发动机最大转矩与最低档传动比计算转矩 ........................ 4
2.3.2 按驱动轮打滑转矩计算转矩 ...................................... 4
2.3.3 半轴转矩的确定 ............................................... 5
2.4 全浮式半轴的杆部直径的初选 ......................................... 5
2.5 全浮式半轴的强度计算 ............................................... 6
2.6 半轴花键的强度计算 ................................................. 6
2.7 半轴的材料与热处理 ................................................. 7
参考文献.................................................................. 9
致谢..................................................................... 10
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汽车后桥(驱动桥)位于传动系的末端。其基本功用首先是增扭,降速,改
变转矩的传递方向,即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将转矩合理
的分配给左右驱动车轮;其次,驱动桥还要承受作用于路面或车身之间的垂直力,
纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器,差速
器,车轮传动装置和桥壳组成。
对于重型载货汽车来说,要传递的转矩较乘用车和客车,以及轻型商用车都
要大得多,以便能够以较低的成本运输较多的货物,所以选择功率较大的发动机,
这就对传动系统有较高的要求,而驱动桥在传动系统中起着举足轻重的作用。随
着目前国际上石油价格的上涨,汽车的经济性日益成为人们关心的话题,这不仅
仅只对乘用车,对于载货汽车,提高其燃油经济性也是各商用车生产商来提高其
产品市场竞争力的一个法宝,因为重型载货汽车所采用的发动机都是大功率,大
转矩的,装载质量在十吨以上的载货汽车的发动机,最大功率在140KW以上,最
大转矩也在700N?m以上,百公里油耗是一般都在34升左右。为了降低油耗,不仅要在发动机的环节上节油,而且也需要从传动系中减少能量的损失。这就必
须在发动机的动力输出之后,在从发动机—传动轴—驱动桥这一动力输送环节中
寻找减少能量在传递的过程中的损失。在这一环节中,发动机是动力的输出者,
也是整个系统的心脏,而驱动桥则是将动力转化为能量的最终执行者。因此,在
发动机相同的情况下,采用性能优良且与发动机匹配性比较高的驱动桥便成了有
效节油的措施之一。所以设计新型的驱动桥成为新的课题。
目前国内重型车桥生产企业也主要集中在中信车桥厂、东风襄樊车桥公司、
济南桥箱厂、汉德车桥公司、重庆红岩桥厂和安凯车桥厂几家企业。这些企业几
乎占到国内重卡车桥90%以上的市场。
设计后桥时应当满足如下基本要求:
1)选择适当的主减速比,以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和
燃油经济性。
2)外廓尺寸小,保证汽车具有足够的离地间隙,以满足通过性的要求。
3)齿轮及其他传动件工作平稳,噪声小。
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4)在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。
5)具有足够的强度和刚度,以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各
种力和力矩;在此条件下,尽可能降低质量,尤其是簧下质量,减少不
平路面的冲击载荷,提高汽车的平顺性。
6)与悬架导向机构运动协调。
7)结构简单,加工工艺性好,制造容易,维修,调整方便。
在本设计中还采用了CAD绘图软件分别进行了工程图的绘制,运用CAD绘制
了、行星齿轮轴以及传动机构半轴的零件图,通过对CAD的编辑工具与命令的运用,掌握了从CAD基础图形的绘制?基础零件的绘制?各类零件图的创建与绘制
的方法,并且理解了机械图绘制的工作流程,为今后更好的学习和掌握各种应用
软件和技能打下坚实的基础。
驱动桥分断开式和非断开式两类。驱动车轮采用独立悬架时,应选用断开式
驱动桥;驱动车轮采用非独立悬架时,则应选用非断开式驱动桥。
断开式驱动桥的结构特点是没有连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁,主
减速器、差速器及其壳体安装在车架或车身上,通过万向传动装置驱动车轮。此
时,主减速器、差速器和部分车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车
轮经独立悬架与车架或车身作弹性连接,因此可以彼此独立的相对于车架或车身
上下摆动。为防止车轮跳动时因轮距变化而是万向传动装置与独立悬架导向装置
产生运动干涉,在设计车轮传动装置时,应采用滑动花键轴或允许轴向适量移动
的万向传动机构。
非断开式驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮上的刚性空心梁,主减速
器、差速器和半轴等所有传动件都装在其中。此时,驱动桥、驱动车轮均属簧下
质量。
与非断开式驱动桥比较,断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量,从而改善
汽车行驶平顺性,提高了平均行驶速度;减小了汽车行驶时作用与车轮和车桥上
的动载荷,提高了零部件的使用寿命;增加了汽车离地间隙;由于驱动车轮与路
面的接触情况及对各种地形的适应性较好,增强了车轮的抗侧滑能力;若与之配
合的独立悬架导向机构设计合理,可增加汽车的不足转向性,提高汽车的操纵稳
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定性。但其结构较复杂,成本较高。断开式驱动桥在乘用车和部分越野汽车上应
用广泛。非断开式驱动桥结构简单,成本低,工作可靠,广泛应用于各种商用车
和部分乘用车上。但由于其簧下质量较大,对汽车的行驶平顺性和减低动载荷有
不利的影响。
为了提高汽车的载质量和通过性,总质量较大的商用车大多采用多桥驱动方
式,而各驱动桥又采用贯通式的布置形式。
半轴根据其车轮端的支撑方式不同,可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。
半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔,车轮
装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外,其外端还承受由路面对车轮的反力所弓}起的全部力和力矩。半浮式半轴有结构简单,质量小,尺寸紧凑,造价低廉的优
点,但所受载荷复杂且较大,因此多用于质量较小,使用条件较好,承载负荷也
不大的轿车和微型、轻型货车或客车上。
3/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套
管的端部,直接支撑着车轮轮毅,而半轴则以其端部凸缘与轮毅用螺钉联接。该
形式半轴受载情况与半浮式相似,只是载荷有所减轻,一般仅用在轿车和轻型货
车上。
全浮式半轴理论上只承受传动系的转矩而不承受弯矩,但实际上由于加工零
件的精度和装配精度影响以及桥壳、轴承支承刚度不足等原因,仍可能使全浮式
半轴承受一定弯矩。具有全浮式半轴的驱动桥外端结构复杂,需要采用形状复杂
且质量及尺寸均较大的轮载,制造成本高,故小型车及轿车不必采用此种结构,
而广泛用于轻型以上各种载货汽车、越野汽车和客车。
根据所设计车辆的参数,分析所选半轴的结构形式。由于跃进130属于中型载货汽车,载货质量和汽车尺寸较大,如果采用半浮式或3/4浮式半轴时,对半轴的强度或尺寸要求较高,最终不仅没使结构简化,反而更加复杂,增加了制造
成本。因此,应选用全浮式,使得半轴受载单一,增加半轴的使用寿命。
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2.3.1. 按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce
ceeo (2-1) T,Tmax,i,K,,,i/nN,mTLT
i式中 ——发动机至所计算的主减速器从动锥齿轮之间的传动系的最低挡传TL
动比,在此取9.01 ;
——驱动桥传动比; i
——发动机的输出的最大转矩,此数据参考跃进130车型在此取Temax
200; N,m
,——传动系上传动部分的传动效率,在此取0.9; T
——该汽车的驱动桥数目在此取1; n
——由于猛结合离合器而产生冲击载荷时的超载系数,对于一般的载货Ko
汽车,矿用汽车和越野汽车以及液力传动及自动变速器的各类汽车
fpfp取=1.0,当性能系数=0时,=1,当性能系数>0时可取KoKo
=2.0或由经验选定; Ko
,,1magmag,,当16-0.195 0.195,16,,,,,,100TemaxTemax,, (2-2)fp,ma,,mag,,当0 0.195,16,,Temax,,
Kg——汽车满载时的总质量在此取13000 ;
13000,10所以 0.195, =126>16 200
?fp =0 即=1.0 Ko
由以上各参数可求 Tce
200,9.01,1.0,0.9,4.5==7298.1 TceN,m1
2.3.2. 按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 Tcs
,TcsG2,rm/,,i, (2-3) N,mr2LBLB
式中 ——汽车满载时一个驱动桥给水平地面的最大负荷,预设后桥所承载G2
130000N的负荷;
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——汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数,商用车取1.1--1.2;,m 2
——轮胎对地面的附着系数,对于安装一般轮胎的公路用车,取=0.85;,,
对于越野汽车取1.0;对于安装有专门的防滑宽轮胎的高级轿车,
计算时可取1.25;
r ——车轮的滚动半径,在此选用轮胎型号为12.00R20,滚动半径为 r
0.527m;
,i ,——分别为所计算的主减速器从动锥齿轮到驱动车轮之间的传动LBLB
,i效率和传动比,取0.9,由于没有轮边减速器取1.0 LBLB
,130000,0.85,0.527,1.2TcsG2,rm/,,i, 所以==77644.7 N,mr2LBLB0.9,1.0
2.3.3 半轴的计算转矩T,
全浮式半轴只承受转矩,全浮式半轴的计算载荷可按主减速器从动锥齿轮
计算转矩进一步计算得到。即
,T,T, min[]=0.67298.1=4378.9(2-4) TN,mN,mcecs ,
, 式中:为差速器转矩分配系数,对于圆锥行星齿轮差速器可取0.6;
T,Tmin[]cecs为按发动机最大转矩和最低档传动比以及按驱动轮打滑转矩计算最
,N,m小值确定的主减速器从动锥齿轮计算转矩,已经考虑到传动系中的最小
传动比构成。
全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行
3T,1033 (2-5) d,,(2.05~2.18)T0.196,,,
3,,d,2.05~2.184378.9根据上式=(33.54~35.67)mm
根据强度要求在此取35.6mm。 d
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首先是验算其扭转应力: ,
T3,,10, MPa (2-6) ,3d16
式中:——半轴的计算转矩,N?m在此取4378.9N?m; T
——半轴杆部的直径,mm。 d
4378.93,10,,,根据上式==456.7 MPa< =(490~588)="" mpa="">
所以满足强度要求。
半轴的扭转角为
180Tl,3,,,10 (2-7) GI,p
式中: 为扭转角;l为半轴长度l=0.55m;G为材料剪切弹性模量G=81GPa;,
为半轴断面极惯性矩 Ip
4,dI,,157608.51p (2-8) 32
180,4378.9,0.55,,,7.2根据 (2-7) <8 ;="">8>
所以满足刚度要求。
在计算半轴在承受最大转矩时还应该校核其花键的剪切应力和挤压应力。
半轴花键的剪切应力为 ,s
3T,10 ,, MPa (2-9) sD,d,,BAzLpb,,,4,,
半轴花键的挤压应力为 ,c
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3T,10 MPa (2-10),,cD,dD,d,,,,BABAzLp,,,,,42,,,,
式中: ——半轴承受的最大转矩,N?m ,在此取4378.9N?m; T
D ——半轴花键的外径,mm,在此取40mm; B
d ——相配花键孔内径,mm,在此取35.8mm; A
——花键齿数;在此取20; z
——花键工作长度,mm,在此取90mm; Lp
——花键齿宽,mm,在此取2.5mm; b
, ——载荷分布的不均匀系数,计算时取0.75。
34378.9,10根据上式可计算得==68.47MPa ,s40,35.8,,,20,90,2.5,0.75,,4,,
34378.9,10 ==32.6 MPa ,c40,35.840,35.8,,,,,20,90,0.75,,,,42,,,,
根据要求当传递的转矩最大时,半轴花键的切应力[]不应超过71.05 MPa,,s挤压应力[]不应超过196 MPa,以上计算均满足要求. ,c
为了使半轴的花键内径不小于其杆部直径,常常将加工花键的端部做得粗
些,并适当地减小花键槽的深度,因此花键齿数必须相应地增加,通常取10齿(轿
车半轴)至18齿(载货汽车半轴)。半轴的破坏形式多为扭转疲劳破坏,因此在结
构设计上应尽量增大各过渡部分的圆角半径以减小应力集中。重型车半轴的杆部
较粗,外端突缘也很大,当无较大锻造设备时可采用两端均为花键联接的结构,
且取相同花键参数以简化工艺。在现代汽车半轴上,渐开线花键用得较广,但也
有采用矩形或梯形花键的。
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3-1
扭转许用弯曲应力
疲 抗拉 屈服 弯曲疲
材料毛坯直径硬度
劳极强度 强度 劳极限热处理 备 注 牌号(mm)HB [σ] [σ] [σ] +10-1限 σσσ? ? ? bs-1
τ? -1
25 1000 800 485 280 245 120 70
288~用于载
342 荷较大,?100 750 550 350 200 40Cr 调质 352~而无很>100~300 700 500 320 185 70
245 120
378 大冲击>300~500 650 450 295 170
380~的重要>500~800600350255145
440轴。 由文献可知,半轴多采用含铬的中碳合金钢制造,如40Cr,40CrMnMo,40CrMnSi,40CrMoA,35CrMnSi,35CrMnTi等。40Cr是我国研制出的新钢种,
作为半轴材料效果很好。半轴的热处理过去都采用调质处理的方法,调质后要求
杆部硬度为HB388—444(突缘部分可降至HB248)。近年来采用高频、中频感应
淬火的口益增多。这种处理方法使半轴表面淬硬达HRC52~63,硬化层深约为其半径的1/3,心部硬度可定为HRC30—35;不淬火区(突缘等)的硬度可定在HB248~277范围内。由于硬化层本身的强度较高,加之在半轴表面形成大的残
余压应力,以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺,使半轴的静
强度和疲劳强度大为提高,尤其是疲劳强度提高得十分显著。由于这些先进工艺
的采用,不用合金钢而采用中碳(40号、45号)钢的半轴也日益增多。
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(1)编辑委员会.汽车工程手册.北京:人民交通出版社,2001.
(2)王望予主编. 汽车设计 .北京:机械工业出版社,2004.
(3)成大先主编. 机械设计手册 .北京:化学工业出版社,2002.
(4)陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京:机械工业出版社,2003.
(5)刘惟信编著.汽车车桥设计.北京:清华大学出版社,2004.
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在设计过程中,王老师时刻关注我们设计进度,及时帮我们克服所遇到的困
难。在老师的教导下使我们知道了不管是在以后的工作还是学习中,都要保持治
学严谨的态度,这点是我终生难忘的,并将永远激励我奋发向上。值此课程设计
完成之际,谨向我的指导老师表示衷心的感谢,并致以崇高的敬意,并且也感谢
学校的领导和在设计中给予了我许多帮助及意见的同学们!谢谢大家!
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汽车半轴组合机床设计
摘 要
本次设计主要任务是对解放牌汽车半轴端部三个孔进行的钻、扩、铰加工,以及四个工 位的卧式组合机床的设计,主要完成是组合机床三图一卡和多轴箱的设计,另加一套随行夹 具的设计,组合机床电气液压系统部分的控制。
组合机床是根据工件加工需要,由大量通用的部件为基础,配以少量的专用部件组成的 一种高效专用机床。它的加工工序集中,它能够实现对一种零件进行多刀、多轴、多面、多 工位的自动加工。在机床上可以进行钻孔、扩孔、铰孔以及倒角、切槽、攻螺纹、滚压孔等, 也可以进行平面加工,包括铣平面、刮平面、端面等工序。其生产率高,加工精度稳定,研 制周期短,便于设计,制造和使用维护,成本低等特点广泛应用在生产中。
本次设计除要对组合机床的机械本体部分进行设计,同时还对组合机床的液压系统和电 气系统进行设计,根据指导老师的要求,在这里我采用 PLC 对机床进行控制。其中在说明书 中具体写了卡具设计步骤以及夹紧力的计算,选用标准参数选取零件,在通过强度计算保证 整个卡具在工作中的稳定性。
液压系统的设计主要是满足机床的动作要求来设计出的系统 , 我认真计算了液压系统的 活塞总压力,计算了液压缸结构尺寸以及工作压力,油泵的工作的实际压力。对液压泵电机 进行选择。
电气系统的设计就是运用机电传动的知识,即 PLC 系统进行控制, PLC 控制系统我采用 西门子系统实现的机床动作。
关键词 :液压缸,液压滑台,液压站,弯曲成形,机电液
Abstract
This design primary mission is carries on to the liberation trademark automobile rear axle nose three holes drills, expands, the articulation processing, as well as four locations horizontal type aggregate machine-tools design, mainly completes is an aggregate machine-tool three charts card and the multi- axle-boxes design, adds separately a set to accompany the jig the design, the aggregate machine-tool electricity hydraulic system partial controls.
The aggregate machine-tool is according to the work piece processing need, by the massive general parts is the foundation, matches one kind of highly effective special purpose machine which composes by the few special-purpose parts. Its processing working procedure is centralized, it can realize to one kind of components carries on the multi- knives, multiple spindle, the multi- surface, the multi-locations automatic processing. May carry on the drill hole on the engine bed, drill out, reams as well as the bevel edge, the grooving, the tapping, rollings the hole and so on, also may carry on the plane processing, including working procedure and so on mill plane, plane of surface scraping, end surface. Its productivity high, processing precision stable, the development cycle is short, is advantageous for the design, the manufacture and the use maintenance, the cost low status characteristic widespread application in the production.
This design except must partially carry on the design to the aggregate machine-tool mechanical main body, meanwhile carries on the design to the aggregate machine-tool hydraulic system and the electrical system, according to instructs teacher's request, uses PLC in here me to carryon the control to the engine bed. Has written the clamping apparatus design procedure specifically in the instruction booklet as well as clamps the strength the computation, selects the standard parameters election components, in through strength calculation guarantee entire clamping apparatus in work stability.
The hydraulic system design mainly satisfies the system which the engine bed the movement requests to design, I have earnestly calculated the hydraulic system piston general pressure, has calculated the hydraulic cylinder structure size as well
as the working pressure, the oil pump work actual pressure. Carries on the choice to the hydraulic pump electrical machinery.
The electrical system design is the utilization mechanical and electrical transmission knowledge, namely the PLC system carries on the control, the PLC control system I uses the Simens system realization the engine bed movement.
Key word: Hydraulic cylinder, hydraulic pressure sliding table, hydraulic pressure station, curving forming, machine battery solution
前 言
毕业设计是学生的最后一个教学环节。在实际工程设计中,我们可以用到所学过的理论 基础,技术基础,专业课等方面的知识进行全面的训练,为将来做好机械设计工程师的工作, 提供全面的锻炼机会。
我们这次毕业设计题目, 是结合老师的具体研制项目设立的, 结合所学机械各方面知识, 在老师指导下,查阅许多手册,经过不断的改进,最终设计出了加工半轴的组合机床以及随 行卡具设计,从而避免了加工质量差,生产效率低,设备昂贵的问题。
我此次毕业设计的任务是组合机床设计,在张老师的辅导下,对原有的零件进行分析, 结合参考书完成了设计任务。经过正确的计算, 5张半零号图纸,符合工作量的要求。 通过这次毕业设计,我在计算,制图,公差与技术测量,机械原理,机械设计,金属材 料与热处理,机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练,在机电液的结合方面使我都 有所涉及。特别是张老师在工作中对我的耐心辅导,他对学生强烈的责任感和严谨的治学态 度,给我留下深刻的影响。
由于类似的大型课题第一次接触,经验能力方面的欠缺,错误之处一定存在,恳请各位老师 给予批评指正。
目 录
摘要 ………………………………………………………………………………………………………………… 1 ABSTRACT ……………………………………………………………………………………… ……………… ..2 前言 ………………………………………………………………………………………………………………… .3 第 1章 汽车半轴的机械加工 ................................................................................................................................. 1
1.1确定生产纲领、生产类型、工艺特征 ......................................................................................................... 1 1.2确定毛坯及材料的选择 ................................................................................................................................. 1
1.2.1查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性 : ................................................................................. 1 1.2.2、确定毛坯及材料的选择 ....................................................................................................................... 1 1.2.3确定工艺路线 .......................................................................................................................................... 1第 2章 组合机床方案的制订 ................................................................................................................................. 3 2.1影响组合机床方案制定的主要因素 ............................................................................................................. 3 2.1.1被加工零件的加工精度 .......................................................................................................................... 3 2.1.2被加工零件的特点 .................................................................................................................................. 3 2.1.3零件的生产批量 ...................................................................................................................................... 4 2.1.4机床使用条件 .......................................................................................................................................... 4 2.2组合机床制定工艺方案应考虑的问题 ......................................................................................................... 4 2.2.1工艺方案的原则 ...................................................................................................................................... 4 2.2.2工序集中与分散的处理 .......................................................................................................................... 5第 3章 组合机床三图一卡具体设计 ..................................................................................................................... 6 3.1被加工零件工序的作用及内容 ..................................................................................................................... 6 3.2被加工零件工序图 ......................................................................................................................................... 6 3.3加工示意图 ..................................................................................................................................................... 7 3.3.1加工示意图的作用和内容 ...................................................................................................................... 7 3.3.2加工示意图的画法及注意事项 .............................................................................................................. 7 3.3.3初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆 . ...................................................................................... 8 3.3.4确定各工序的切削用量 .......................................................................................................................... 9 3.4机床联系尺寸总图 ....................................................................................................................................... 12 3.4.1、联系尺寸总图的作用与内容 ............................................................................................................. 12 3.4.2绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 . ................................................................................ 12 3.5机床生产率计算卡 ....................................................................................................................................... 13
第 4章 组合机床主轴箱的设计 ......................................................................................................................... 14
4.1绘制多轴箱设计的原始依据 ....................................................................................................................... 14 4.2主轴、齿轮的确定 ....................................................................................................................................... 14 4.3多轴箱传动设计 ........................................................................................................................................... 15 4.3.1本次设计对多轴箱传动系统的一般要求 . ............................................................................................ 15 4.3.2参照所画主轴箱图,其传动树 ............................................................................................................ 15 4.3.3润滑泵轴和手柄轴的安置 .................................................................................................................... 16
4.4主轴的坐标位置 ........................................................................................................................................... 16 第 5章 随行卡具的设计 ..................................................................................................................................... 17
5.1机床夹具设计 ............................................................................................................................................... 17 5.1.1机床夹具概论 ........................................................................................................................................ 17 5.1.2夹具结构方案的设计 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 5.1.3确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置以及卡紧力计算 . .................................................................... 18
第 6章 液压系统的设计 ..................................................................................................................................... 18
6.1液压系统图的设计及说明 ........................................................................................................................... 18 6.2液压系统计算 ............................................................................................................................................... 20 6.2.1 液压缸设计计算步骤 ........................................................................................................................... 20 6.2.2液压缸性能参数的计算 ........................................................................................................................ 21
第 7章 组合机床的电气系统 ............................................................................................................................. 21
7.1PLC 梯形图的设计步骤 ............................................................................................................................... 21 7.1.1PLC 梯形图的设计一般分为以下几个步骤: ..................................................................................... 21 7.1.2电气接线图和 PLC 程序的说明 ........................................................................................................... 22
第 1章 汽车半轴的机械加工
1.1确定生产纲领、生产类型、工艺特征
首先分析、研究被加工零件,通过认真阅读被加工零件图样,研究被加工零件的用途、 尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构和加工精度及表面粗糙度要求等内容。通 过产品装配图样和有关工艺资料的分析,充分认识被加工零件在产品中的地位和作用,从而 来确定汽车半轴的机械加工工艺,使它保证各种加工要求和经济精度。
1、由 N=20000件 /年,知道零件的生产纲领;
2、生产类型的确定——大批量生产;
3、该工件的工艺特性
针对工件的结构形状及正常的经济精度和位置精度的分析,可知零件的加工要求。同时 工件是大批量生产,可以采用高度自动化专用机床进行生产,可以广泛采用高效专用夹具、 专用量具及自动检测装置。因此,在实际加工中我采用组合机床进行加工。这样容易保证加 工精度,提高生产率,使产品成本相对降低,提高产品的经济效益。
1.2确定毛坯及材料的选择
1.2.1查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性 :
1)汽车半轴外圆表面和端面加工,由于半轴头部 3个孔的精度要求要对其进行钻扩铰 的加工。
2)对热处理后的零件进行校正、探伤,保证零件的工艺性能良好。
1.2.2、确定毛坯及材料的选择
1)查阅零件图和技术要求及结构工艺性可知此工件采用 40Cr 材料,根据零件加制造毛 坯,精度等级为 2级。分析零件的材料的特征,查《机械制造设计手册》来确定。
2)确定零件毛坯尺寸查工艺手册
毛坯尺寸:零件需车削加工部位比加工后单边厚 2.5mm 工工艺性及零件的轮廓、尺寸精 度、形状、位置、加工表面技术要求,最终确定了采用模锻件来
毛坯无明显的裂纹缺陷,未注圆角为 R2~R3
1.2.3确定工艺路线
1)根据零件结构工艺性和经济精度,按照粗、精加工分开原则,工序集中原则,来确定 机械加工工序的安排顺序,按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线:(1)先加工基准面,
(2)划分加工阶段, (3)先面后孔, (4)次要表面可在阶段进行加工一、分析、研究、加工 要求和现场工艺
本工件为汽车半轴, 生产纲领为 N=20000件 /年, 是大批生产, 通过深入现场调查分析零 件的加工工艺方法,定位和夹紧方式,所采用的先行的工艺资料,在结合机械加工工艺原则, 在保证工件所需求的经济精度和表面粗糙度,同时考虑产品成本及经济性,我们设计是采用 把孔加工放到组合机床上加工,这样采用一套专用的固定式夹具、专用刀具、专用量具、自 动检测装置,在此四个工位(钻、扩、铰和装卸)来排列设备,进行流水加工,可以保证孔 的经济精度 6级和表面粗糙度 Ra=3.2微米,节约了加工时间,提高了生产效率和经济性。按 照粗精加工分开的原则和工序集中的原则来拟订组合机床的工艺方案
方案 1
工序 1 模锻毛坯
工序 2 退火处理
工序 3 粗车端面到 34.5mm ,半精车到 34mm ,钻中心孔,粗车大端外圆到 Φ182mm , 半精车到 Φ180mm
工序 4 钻小端中心孔,粗车端面保证零件总长 1007±2mm
工序 5 粗车大端端面到 32.5mm , 半精车至 32mm , 粗车小端外圆到 56mm 半精车到 Φ54.6mm, 精车到 Φ54 0/-0.12mm
工序 6 粗车大端端面到 12.5mm ,半精车到 12 +0.5/0mm
工序 7 铣花键齿,原始齿型压力角为 48,侧齿粗糙度 Ra<=3.2,分度圆的弧齿厚度>=3.2,分度圆的弧齿厚度>
工序 8 钻大端的孔到 Φ10mm 到 Φ11.8mm 到 Φ12mm, 粗糙度 Ra3.2
工序 9 清洗
工序 10 去毛刺
工序 11 防锈处理
工序 12 检验入库
方案 2
工序 1 模锻毛坯
工序 2 退火处理
工序 3 粗车端面到 34.5mm ,半精车到 34mm ,钻中心孔,粗车大端外圆到 Φ182,半
精车到 Φ180
工序 4 钻小端中心孔,粗车端面保证零件总长 1007±2mm
工序 5 粗车大端端面到 32.5mm , 半精车至 32mm , 粗车小端外圆到 56mm 半精车到 Φ54.6mm, 精车到 Φ54 0/-0.12mm
工序 6 粗车大端端面到 12.5mm ,半精车到 12 +0.5/0mm
工序 7 钻大端的孔到 Φ10mm 到 Φ11.8mm 到 Φ12mm, 粗糙度 Ra3.2
工序 8 铣花键齿,原始齿型压力角为 48,侧齿粗糙度 Ra<=3.2,分度圆的弧齿厚度>=3.2,分度圆的弧齿厚度>
工序 9 清洗
工序 10 去毛刺
工序 11 防锈处理
工序 12 检验入库
2)工艺路线的分析比较
工艺路线的方案 1,按工序分析,各面的车到普通机床上加工,孔加工放在组合机床上 加工,易保证孔的精度要求,以及加工工艺性能较高。先加工基准面的原则及先面后孔的原 则,选择工艺方案 1比较合适。
4、确定机械加工余量,总的工序尺寸
车大端端面 单边余量 2.5mm 厚度为 35.5mm 小端的单边余量 2 mm 直径为 58mm
零件总长 1010mm
第 2章 组合机床方案的制订
2.1影响组合机床方案制定的主要因素
2.1.1被加工零件的加工精度
根 据被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度, 是制定机床方案 的主要依据。
本工序分 3个工步:钻——扩——铰。
2.1.2被加工零件的特点
零件材料为 40Cr ,硬度比较高,因此加工孔时,工步较多,而且加工定位基准是水平的
汽车半轴加工工艺设计
摘要
汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。没有哪种机械产品像汽车这样对社会产生如此广泛而深远的影响。
半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件,它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴,其内端一般通过花键与半轴齿轮连接,外端与轮毂连接 ,对于采用非独立式悬架的驱动桥,根据其半轴内端与外端的受力状况,一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与半浮式半轴三种。
该零件在机械设备中具有传动性,在进行半轴的工艺和工装设计时,首先对半轴的工艺性进行了详细的分析,设计出了加工的工艺过程,根据加工要求设计专用夹具设计,一付是用来车削半轴的外圆,一付是用来钻削半轴圆盘上均匀分布的小孔,在设计中注意的夹具的经济性和使用性,尽量降低加工时的成本,减少工人的劳动强度,除此还进行了组合量具的设计,用来检查6个均匀分布的小孔的位置度公差。
汽车半轴的机械加工工艺分析对从事汽车半轴生产的企业单位来说是很重要的,工艺路线的好坏直接影响到加工效率、加工精度及加工质量。合理的加工工艺路线不但可以保证零件的质量而且可以充分的利用企业现有的设备,使工序的传接更加合理,从而使企业的管理更加的规范化,降低生产成本。
关键词 半轴; 工艺分析; 夹具设计;
Abstract
The car is a quantity at most, universal, the movable scope is the most extensive and transport biggest and modern pileup in deal. Have no which kind of machines product resemble the car is like this to the social creation like this.
The half stalk is in automotive stalk the acceptance twist the biggest spare parts of sqire , it is bad soon machine and drive the round of delivers to twist the of solid stalk, it inside carry generally pass to spend the key and half stalk wheel gears to connect, carry outside with a conjunction, Carry according to the half stalk inside with carry outside of suffer the dint condition, generally divided into Whole float type half stalk、three quarter float type half stalk、Half float type half stalk.
That spare parts is in the machine equipments have to spread to move sex, at carry on the half stalk of craft and work equip to account, the half axial craft carried on the detailed analysis first, designing processed craft process, according to process to request to design the appropriation tongs design, a pay is to use to come to car to pare the outside circle of the half stalk, on pay is use to drill to pare a dish of the half stalk up even distribute of eyelet, in the design the economy of the advertent tongs and usage, as far as possible lower to process of cost, reduce the worker of labor strength, in addition to this still carried on the design that the combination quantity have, use to check 6 even distribute of a business trip of position of the eyelet.
Automobile semi-axes machining process analysis for enterprises engaged in production of automobile half shaft is very important and technology will have a direct impact on the efficiency and quality of machining precision and processing. Reasonable processing route will not only ensure the quality of parts and enterprises can make full use of existing equipment and make the process more reasonable, so as to make the management of enterprises more standardized and cut production costs.
Key Words Semi-axle ; Process analysis; The tongs design;
目录
毕业设计(论文)任务书 ..................................... 错误!未定义书签。
摘要 ........................................................................ 1
目录 ........................................................................ 3
第1章 绪论 ................................................................. 4
第2章 零件的分析 ........................................................... 5
2.1零件的生产纲领及生产类型 ............................................. 5
2.2零件的作用 ........................................................... 5
2.3对汽车半轴工艺设计的要求 ............................................. 8
2.4对夹具设计的基本要求 ................................................. 8
2.5 毛坯的类型、结构形状和制造方法 ...................................... 8
2.5.1基准的选择 ..................................................... 8
2.5.2确定零件毛坯图(结构形状) ..................................... 9
第3章 零件的工艺分析及拟定 ................................................ 11
3.1零件的工艺分析 ...................................................... 11
3.2零件表面加工方法的选择 .............................................. 11
3.3 制订工艺路线 ....................................................... 11
3.4汽车半轴的加工余量 ..................................................... 12
3.4.1确定工序60的切削用量 ......................................... 13
3.4.2确定工序60的基本时间 ......................................... 14
第4章选择设备及制定工艺卡 ................................................. 15
4.1设备的选择 .......................................................... 15
4.2 工艺装备的选择 ..................................................... 15
4.5夹具设计的基础 ...................................................... 18
4.5.1夹具的作用 .................................................... 19
4.5.2夹具设计的分析 ................................................ 19
4.5.3 定位原理 ...................................................... 20
4.5.4绘制夹具装配图 ................................................ 21
结论 ....................................................................... 22
致 谢 ...................................................................... 23
参考文献 ................................................................... 24
第1章 绪论 汽车产业是我国国民经济的重要支柱性、战略性产业,它与宏观经济环境有者非常密切的联系,产业链长、关联度高、就业面广、消费拉动大,在国民经济和社会发展发挥重要作用其对经济的拉动作用实际上比房地产更强。汽车产业与房地产并驾齐驱名副其实地成为拉动消费的“三架马车”之一。而汽车半轴是汽车的关键零部件,其制造质量直接影响汽车的性能。它是是汽车的的轴类中承受扭矩最大的零件,是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴,汽车的半轴是传动轴。汽车走动起来后需要转弯,两侧车轮的传动是不一样的,一侧快点、一侧慢点,这就要求传动轴上有个差速器。差速器就是让两边的车轮转动起来速度不一样的装置,半轴就接在差速器上再接到车轮上。
汽车工业是技术密集型产业,在生产中应用了各种高技术。在车工原材料进厂到产品出厂的整个生产过程中,都离不开工艺。汽车制造工艺是企业的基础,它直接影响着产品的质量、生产效率、企业的有序运作和经济效益。在保证汽车产品质量的前提下,降低生产成本,同时提高劳动生产率,是汽车制造工艺的出发点,也是汽车制造工艺人员的根本任务。
汽车制造工艺学是汽车制造工艺的核心,但并不是制造工作的全部。我们不但要你数量地制定工艺,还要有相应的管理知识和能力;偶遇相关专业的技术知识,即要有一定的铸造、锻压、热处理等专业知识,有工具、夹具设计与制造、机床维修及思数控技术等方面的知识,并能经常在生产中中总结。
每个半轴的两端分别于其侧的车轮和差速器相连,将差速器分配来的转矩及转速传递到车轮上,驱动车轮旋转。一般工程机械如装载机、起重机等半轴上的传递传递来的转速还要经过轮边减速器进一步减速,以增大转矩,使车轮具有更强的驱动力。轮边减速减速器就是行星齿轮减速器。每个半轴的两端分别与其侧的车轮和差速器相连,将差速器分配来的转矩及转速传递到车轮上,驱动车轮旋转。
驱动轮使用两个半轴就是改善车辆转弯性能而设计的,通过对设计零件的分析可知,对该零件进行工装设计,由于半轴加工比较的特殊,所以我们采特殊的夹具和毛坯。在论文中我们的任务主要有:1.计算零件的生产纲领和确定生产类型2.分析产品图样和零件图样3.确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等4.拟定工艺路线5.确定个工序的加工余量,计算工序尺寸及公差6.确定设备及工艺装备7.填写工艺文件。
第2章 零件的分析
2.1零件的生产纲领及生产类型
生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量,在设计题目中半轴的生产纲领为较小。生产类型为大批量生产,所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点,制度合理的工业路线,选择合理的机床,刀具,量具,检具,以提高生产率,降低成本。确定半轴的生产类型
该产品年产量为100000........件/年,结合生产实际,其设备品率10%,机械加工废品率为1%,根据零件生产纲领计算公式:
N=Qn*(1+a%+b%) 注:Q-汽车产品的年生产纲领(台/年); N-每台汽车产品中该零件的数量(件/台);
a%-汽车零件的备品率,是指用于维修的备件数占装车件数的比例
b%-汽车的废品率,是指废品件数占投入生产件数的比例;
=100000*(1+10%+1%)
=111000
汽车半轴零件的年产量为11100件,现已知该产品属于轻型机械,根据机械制造工艺设计简明手册生产类型与生产纲领的关系表,可确定其生产类型为大批量生产。
2.2零件的作用
设计题目给定的零件,将其划定为轴类零件。它是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件,半轴是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴,其内端一般通过花键与半轴齿轮连接,外端与轮毂连接,该零件在机械设备中具有传动性,故应具有足够的强度和刚度。本次设计技术要求:
半轴零件图
某汽车半轴如图56所示,要求分析掌握汽车半轴的结构特点和技术要求,设计确定汽车半轴的生产工艺过程及工序夹具设计,本次的设计技术要求有:
半轴的年生产纲领为111000件;
1)半轴的废品率为1%;
2)半轴的毛坯件为锻造件,HRC52。
2.3对汽车半轴工艺设计的要求
由于机械加工工艺规程是指导生产的重要技术文件,要求制定的机械加工工艺规程必须满足如下要求。
1)应保证零件的加工质量,达到设计图纸上提出的各项技术要求。在保证质量的前提下,尽量提高生产率并降低消耗。同时要尽量减轻工人的劳动强度。
2)正在充分利用现有生产条件的基础上,尽可能采用国内外先进工艺技术。
3)工艺规程的内容应正确、完整、统一清晰。工艺规程的编写应规范化、标准化。工艺规程的格式与填写方法以及所用的术语、符号、代号等应符合相应标准规定。
2.4对夹具设计的基本要求
本次设计的夹具除应满足工艺要求、有利实现优质、高产、低耗和改善劳动条件以外,还应满足以下要求。
1)所设计夹具必须结构性能可靠、使用安全、操作方便。
2)所设计夹具应具有良好的结构工艺性,便于制造、维修,且便于切屑的清理及排除。
3)应尽量提高夹具零部件的标准化、通用化和系列化得程度。
4)夹具设计必须保证图纸清晰、完整、正确、统一。
2.5 毛坯的类型、结构形状和制造方法
由于半轴为批量加工,零件毛坯采用锻造成形,所以轮廓外的车削余量不均匀,在切削过程中会产生变形。考虑到锻造毛坯余量的不均匀性,因此应该先进行常规粗车加工,然后进行精加工。半轴的正火硬度为HB133-201,在长度B范围内感应加热表面淬火,其表面硬度不低于HRC52,花键处允许降低三个硬度单位。
2.5.1基准的选择
⑴ 粗基准的选择
本零件是轴类零件,以外圆作为粗基准是完全合理的。但是对本零件来说,如果以外圆表面作基准。由于此表面的粗糙度比较大,所以会让加工出来的零件表面尺寸严重不满足要求,由于本零件非常的特殊,我们车削外圆表面的时候可以选择半轴两端的顶尖作为粗基准,钻孔的时候以圆盘的台阶面为基准。
⑵ 精基准的选择
在这主要考虑基准重合问题,也要考虑经济性等。
2.5.2确定零件毛坯图(结构形状)
表3-1
综上所述,绘制汽车半轴毛坯图,如图所示:
第3章 零件的工艺分析及拟定
3.1零件的工艺分析
半轴共有2个加工表面,他们之间有的有一定的位置关系。现在分述如下: 1. 以Φ38mm轴线为中心的加工表面 这一组加工表面包括:半轴的左端面和半轴左端的花键加工,以及Φ35mm、Φ38mm和Φ46.5mm的外圆表面和Φ141mm和Φ62mm的两个台阶面。
2. 以半轴右边圆盘上Φ62mm的台阶面为中心的加工表面
这一组加工表面包括:6个均匀分布的Φ14mm的孔,和一个M6的螺孔以及一个Φ10mm的孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求,主要有:
⑴ 6个Φ14mm孔与表面F和G的位置度公差为Φ0.2mm; ⑵ Φ38mm的外圆表面的跳动公差相对基准A为1.0mm; ⑶ 半轴圆盘的跳动公差相对基准A为0.8mm。
3.2零件表面加工方法的选择
零件的主要加工表面为外圆表面和孔。考虑到各个表面的技术要求,各种加工方法的经济加工精度范围,各加工表面的形状和尺寸大小,锻件材料的性质及可加工性和生产纲领与生产类型,选择各加工表面的加工方法如下
⑴Φ35,Φ38,Φ46.5的外圆表面,该外圆表面的粗糙度为Ra6.3,采用粗车——半精车——精车进行加工。
⑵ 花键加工:花键的最大的直径为38.100,采用铣花键加工。
⑶ 圆盘Φ62的台阶面因为它的粗糙度为Ra3.2,所以选择粗车→半精车,Φ141.4的台阶面由于粗糙度要求不是很高,所以就只进行粗车。
⑷ 孔6-Φ14,表面粗糙度为Ra3.2,故采用钻→铰孔加工。 ⑸ M6×1.0-6H,先进行钻孔,然后绞孔,即可以满足要求。
错误!未找到引用源。 键槽加工,由于表面粗糙度为Ra12.5,所以采用铣键槽。
3.3 制订工艺路线
制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状,尺寸精确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大批量生产的条件下,可以考虑采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量降低。
3.4汽车半轴的加工余量
工序尺寸一般方法是确定,由加工表面的最后工序往前推算,最后工序的尺寸按零件图样的要求标注,当无基准转换时,同一表面多次加工的工序尺寸只与工序(或工步)的加工余量有关,当准备不重合时,工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
圆柱面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已查出本零件各外圆柱面的总加工余量(毛坯余量),应将总加工余量分为各工序加工余量,然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。
本零件生产为大批量生产,以工厂生产实践和实验研究积累的经验为基础,参考机械制造工艺设计简明手册[1],机械制造工艺与机床夹具课程设计设计指导教程[6],确定汽车半轴零件的各加工面的工序加工余量、工序尺寸及公差如表4-2所示:
3.4.1确定工序60的切削用量
1.确定工件每转滚刀进给量f。根据机械加工工艺手册[9]查用花键滚刀滚切花键轴的进给量表可知
f=1.5~5mm/r
按Y6110进给量,选择
f=2.5mm/r=15mm/min
2.确定切削速度v
切削速度可根据公式计算,也可直接从表中查出。现采用计算法确定切削速度。 根据半轴的材料、加工形式、刀具材料及进给量,查机械加工工艺手册[9]用花键滚刀滚切花键轴的切削用量表知
V=10m/min
查机械加工工艺手册[9]用花键滚刀滚切花键轴表可知滚花键切削速度的修正系数为 Kv=1.3*1.5=1.95
故实际的切削速度 v=10*1.95=19.5m/min
n=1000v/πd0=207.0r/min
按Y6110的转速,选择
n=200r/min=3.3r/s
3.4.2确定工序60的基本时间
根据机械制造工艺设计简明手册[1]滚切花键的机动时间计算公式可知 Tj =(L+L1+ L2) N/nfK=L/Vf (5-11)
L—刀架行程总长度(mm) N—花键轴的键数 K—滚刀头数
n—滚刀转速(r/s)
f—工件每转的滚刀切线进给量(mm/r) l—花键长度(mm)
l1—滚刀切入长度(mm)L1=+(1~2)mm(5-12) l2—滚刀切出长度(mm),一般取3~5mm;
vf—滚刀每分钟进给量(mm/min);
由零件图(详见附录)及上述工序切削用量的计算可知
l=35.63mm,N=22,K=1, f=2.5mm/r,n=3.33r/s h=3.0mm,l2=3.0mm,D=60mm
(60-3)L1=h(D-h)+(1~2)mm=3.0*+1=14.7mm
则 Tj=(35.63+14.07+5)×22/3.3×2.5×1=145.87s
第4章选择设备及制定工艺卡
4.1设备的选择
在选择铣床时,应遵循以下几项原则。
1)铣床的尺寸规格应与汽车半轴尺寸相适应。 2)铣床的加工精度应与汽车半轴加工精度相适应。 3)铣床的选用要节省投资和适当考虑生产的发展。 4)要充分利用现有设备。
根据某汽车半轴的材料、结构特点、外形尺寸、生产类型和加工质量要求等,汽车半轴的铣花键工序60加工设备:Y6110型花键轴铣床。
4.2 工艺装备的选择
(1)夹具的选择 工序使用通用夹具即可。
(2)刀具的选择 花键的加工根据加工材料,可选择45度压力角渐开线花键滚刀。 (3)量具的选择 汽车半轴零件属成批生产,一般均采用通用量具,即千分尺。
4.3编写某汽车半轴工艺过程卡
4.5夹具设计的基础
本夹具的功能是在滚花键某汽车半轴是夹紧工件。由于本到工序已经是加工的最后阶段,
而且是打批量生产,因此要保证加工的精度,所以,本道工序主要考虑的是如何提高精度,并在此基础上进一步提高劳动生产率,降低劳动强度。
4.5.1夹具的作用
在机械制造中,为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等,使用着大量的夹具。利用夹具,可以提高劳动生产率,提高加工精度,减少废品;可以扩大机床的工艺范围,改善操作的劳动条件。因此,夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。按夹具的应用范围分类有:通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具;按夹具上的动力源分类有:手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、切削力及离心力夹具。夹具主要由下列几部分组成:定位装置、夹紧装置、导向元件、夹具体、辅助装置。其中定位装置和夹紧装置是必不可少的。
4.5.2夹具设计的分析
一个好的机床夹具,首先要保证能加工出合格的产品。因此,所设计的夹具首先应满足以下两项要求
(1)在未受外力作用时,加工件对刀具和机床应保持正确的位置,即加工件应有正确的定位。
(2)在加工过程中,作用于加工件上的各种外力,不应当破坏加工件原有的正确定位即对加工件应有正确的夹紧。
4.5.3 专用夹具设计步骤
1.明确设计任务与收集设计资料
夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下,研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书,对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料;确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。
其次,是根据设计任务收集有关资料,如铣床的技术参数,夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准,各类夹具图册、夹具设计手册等,还可收集一些同类夹具的设计图样,并了解该厂的工装制造水平,以供参考。
2.拟订夹具结构方案与绘制夹具草图 (1)确定工件的定位方案,设计定位装置。 (2)确定工件的夹紧方案,设计夹紧装置。 (3)确定对刀或导向方案,设计对刀或导向装置。
(4)确定夹具与机床的连接方式,设计连接元件及安装基面。
(5)确定和设计其它装置及元件的结构形式。如分度装置、预定位装置及吊装元件等。 (6)确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。 (7)绘制夹具草图,并标注尺寸、公差及技术要求。
(8)进行必要的分析计算
工件的加工精度较高时,应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具,需计算夹紧力。当有几种夹具方案时,可进行经济分析,选用经济效益较高的方案。
3.审查方案与改进设计
夹具草图画出后,应征求有关人员的意见,并送有关部门审查,然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。
4.绘制夹具装配总图
夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1:1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。
夹具总图绘制次序如下:
(1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中,工件可看作透明体,不遮挡后面夹具上的线条。
(2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。
(3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。 (4)编制夹具明细表及标题栏。
(5)完整的夹具装配总图的参阅“夹具图册”中的图。 5.绘制夹具零件图
夹具中的非标准零件均要画零件图,并按夹具总图的要求,确定零件的尺寸、公差及技术要求。
4.5.3 定位原理
在机械加工中,我们要求加工出来的表面。对加工件的其它表面保持规定的位置尺寸。因为加工表面是由切削刀具和机床的综合运动所造成,所以在加工时,必须使加工件上的规定表面(线、点)对刀具和机床保持正确的位置才能加工出合格的产品。
(1)定位原理
把加工件上的规定表面(线、点)与夹具上的规定表面(线、点)相互靠住的这一措施,叫做夹工件在夹具中的定位。该加工件上的这种规定表面(线、点)称为定位基准。
(2) 定位基本原理在夹具设计中的应用
自由物体定位的基本原理:自由的物体,它对三个互相垂直的坐标面来说,有六种活动的可能性,其中三种是移动,三种是转动,习惯上,把这种活动的可能性称为自由度。当物体的六个自由度被完全限制后,该物体在空间的位置也就完全确定了,所以定位就是限制自由度;在夹具中限制加工件的自由度在夹具中,使加工件的规定表面与定位元件接触,就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度数与定位元件的形式、数量及布置情况有关;夹具中的超定位如果两种定位元件均能限制加工件的同一个自由度时,就发生了超定位,超定位能产生一些不良后果。如使定位不稳定,降低了定位精度;因加工件定位基准间的误差,使加工件装不进夹具等。在设计中应尽量避免超定位。
4.5.4绘制夹具装配图
绘制夹具装配图如下:
结论
经过几周的努力,我收集了许多关于汽车半轴的文献,了解到汽车半轴是半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件,它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴,其内端一般通过花键与半轴齿轮连接,外端与轮毂连接 ,对于采用非独立式悬架的驱动桥,根据其半轴内端与外端的受力状况,一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与半浮式半轴三种。
开始时,老师用我们大学中的一本书向我们讲述论文的写作方法和技巧,并给了我们在写论文的步骤,在写论文的几周里,老师将我们的论文写作分为了几个阶段,将时间和任务进行了合理分配。在写作论文的途中我们遇到了许多的问题例如:在写工艺卡和毛坯图的时候没有CAD制图软件,不知道生产纲领的指制定等。但是,老师给我们发了CAD制图软件,我们也在网上搜集到不同的厂的生产纲领的数据。
在写论文的途中,我们不断复习了我们整个大学中所学到的知识,如:你要有一定的铸造、锻压、热处理等专业知识,有工具、夹具设计与制造、机床维修及数控技术等方面的知识。在我的努力下,我终于完成论文知识的收集和数据的计算,最后,在老师给的毕业论文撰写规范的指导下进行了写作。
在论文的写作过程中,我们不断发现问题,解决问题。这样既锻炼了我们学习的能力又增强了我们搜集数据的能了,并让我们了解到生产汽车半轴的各个阶段,这帮助我们更好的找到工作和将来在汽车企业进行工作打下理论基础。
机械加工工艺分析及编程设计是全面地综合运用有关专业课程的理论和实践知识进行加工工艺及编程设计的一次重要实践。通过本课题,综合所学专业知识,熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和编程设计原理的知识,正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法,培养编制机械加工工艺规程和编程设计的能力,同时培养分析问题和解决问题的能力,加深理论知识的理解,强化生产实习中的感性认识。设计过程也是理论联系实际的过程,能培养理论联系实际的设计思想,并学会使用手册、查询相关资料等,提高分析和解决工程实际问题的独立工作能力,能巩固、加深和扩展有关机械加工工艺与编程设计方面的知识,为以后的实际工作奠定坚实的基础。
最后,非常感谢老师在我写论文的过程中的指导和讲解。通过对汽车半轴的设计和了解汽车的各个部件的作用,更知道在汽车半轴的制造过程和怎样制造汽车半轴。虽然,这次论文不是特别完美,但是,这标志着我更加了解到我学的这个专业的重要和明白了这个大学我不是白白度过的。
致 谢
经过两学期的学习我们了解了许多关于汽车方面的知识也知道了汽车制造方面的一些知识,终于在老师的讲解下我的本次毕业设计已经快要接近尾声,作为一个专科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导以及学校给予的各方面的支持,想要完成这个设计是难以想象的。
在这里要感谢我的导师。老师平日里工作很忙,但在我做毕业设计的每个阶段都给予了我悉心的指导并给出了论文写作规范让我指知道了论文的格式。他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。我要感谢我的班主任,老师一直对我们的学习生活及设计工作表示很大的关心和帮助,总是在第一时间把学校的工作告诉我们,并时刻激励我们要在学习和工作上认真努力。这次论文的顺利完成跟老师的帮助也是无法分开的。还要感谢大学的所有的老师,为我们打下机械设计制造及其自动化专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励,此次毕业设计才会顺利完成。
在写论文的同时,我也采用了许多的书籍和手册进行不断对汽车半轴进行了解,并采用了这些书籍的一些关于汽车半轴的专业知识,因此,非常感谢这些书的作者。
最后,感谢学校来对我的大力栽培。衷心地感谢你们!
参考文献
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载货汽车半轴的设计
载货汽车半轴的设计
德州学院汽车工程学院 ?王海鑫
【摘要】本文是基于EQ1090载货汽车的半轴的设计。通过计算校核,设计出的半轴具有较好的安全、稳定性,满足其使用条件。
【关键词】载货汽车;半轴;设计
1.引言
半轴用来将差速器半轴齿轮的输出转矩传到驱动轮或轮边减速器上。半轴一般是实心的,一般用花键槽与半轴齿轮相连,另一端圆盘与轮毂用螺栓联接。从差速器传出来的转矩经过半轴(或再经过轮边减速器)、轮毂,最后传给车轮,所以半轴是传动系中传递转矩的一个重要零件。
2.半轴的选型
驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端,其功用是将转矩由差速器的半轴齿轮传给驱动车轮。驱动车轮的结构形式与驱动桥的驱动形式密切相关,在一般的非断开式驱动桥上,驱动车轮的传动装置就是半轴。半轴的形式主要取决于半轴的支撑形式。普通非断开式驱动桥的半轴,根据其外表支撑形式或受力状况的不同分为半浮式,3/4浮式和全浮式三种[1]。
半浮式半轴承受的载荷较复杂,但是机构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉,所以被质量较小、使用条件好、承载负荷也不大的轿车和微型客货车所采用。3/4浮式半轴的优点是结构简单轻便,因此可用于轿车和微型、轻型客货车,但没有推广起来。全浮式半轴的驱动桥外端结构比较复杂,制造成本高,但其工作可靠,常应用在各种载货汽车、越野汽车和客车上[2]。
根据各种半轴的特点分析,在这里选用全浮式半轴。
3.半轴的设计计算
3.1 半轴的受力分析
全浮式半轴及受力简图如图1所示。
图1 全浮式半轴及受力简图
半轴主要的尺寸是它的直径,计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷,应考虑以下三种可能的载荷工况:
A.纵向力X2(制动力或驱动力)最大时(X2=Z2φ),附着系数φ取0.8,没有侧向力的作用;
B.侧向力Y2最大时为Z2φ(发生于侧滑时),没有纵向力作用,地面与轮胎的侧向附着系数φ1在计算侧滑时取1.0;
C.垂向力最大时(在汽车以高速通过不平整路况发生时),其值为(Z2-gw)kd,其中gw为车轮对地面的垂直载荷,kd为动载荷系数,这时不考虑纵向力和侧向力的作用。
由于车轮承受的纵向力X2,侧向力Y2值的大小受车轮与地面最大附着力的限制,即有:
(1)
所以纵向力最大时没有侧向力作用,侧向力最大时也没有纵向力作用。
3.2 半轴计算载荷的确定
全浮式半轴只承受转矩,转矩T计算时可由式(2)求得,其中X2L,X2R的计算,可以根据下面的式子计算,取两个值中较小的一个。
(2)
(1)若按最大附着力计算,即:
(3)
式中:
φ―轮胎与地面的附着系数取0.8[2];
m,―汽车加速或减速时的质量转移系数,后驱动桥的可取1.2~1.4在这里取1.3。
根据式(3)得:X2L=X2R=1.3?0.8?92733.32/2=48221.327N
(2)若按发动机最大转矩计算,即:
(4)
式中:ξ―差速器的转矩分配系数,对于普通圆锥行星齿轮差速器取0.6;
Ttpd―发动机最大转矩,368N?m;
η―汽车传动效率,计算时取0.90;
iTL―传动系最低挡传动比48.75;
rr―轮胎的滚动半径,0.48526m。
根据式(4)、式(5)得:X2L=X2R=0.6?368?0.9?48.75/0.48526=19963.731N
T=19963.731?0.48526=9687.600N?m
3.3 半轴杆部直径初选
全浮式半轴杆部直径的初选可按下式进行:
(5)
式中:d―半轴杆部直径,mm;
[τ]―半轴扭转许用应力,MPa。
根据式(5)得:d=(2.05~2.18)?21.318=(43.702~46.474)mm
根据强度要求在此d取46mm。半轴杆部直径应小于或者等于半轴花键的底径,容易使半轴各部分达到基本等强度。
3.4 半轴的强度计算
(1)半轴的扭转应力计算τ(MPa)
(6)
τ=506.889MPa<[τ]=(490~588)mpa>[τ]=(490~588)mpa>
(2)半轴扭转角的计算
(7)
式中:l―半轴长度,800mm;
G―材料的剪切弹性模量,取80GMPa;
Ip―半轴横截面的极惯性矩;
Ip=3.14?464/32=439573.215mm;
θ=0.0000126o (3)半轴花键计算
半轴和半轴齿轮一般采用渐开线花键连接,花键内径的大小应该不小于其杆部直径,所以选用压力角30°,齿数20,模数3的圆柱渐开线花键并对花键进行挤压应力和键齿切应力验算。
1)半轴花键的剪切应力τs(MPa)
(8)
式中:DB―半轴花键的外径,mm,在此取57mm;
dA―相配花键孔内径,mm,在此取51.25mm;
z―花键齿数;在此取18;
Lp―花键工作长度,mm,在此取100mm;
b―花键齿宽,mm,在此取4.712mm;
φ―载荷分布的不均匀系数,计算时取0.75。
τs=56.275MPa 2)半轴花键的挤压应力σc(MPa)
(9)
σc=39.148MPa 通过以上的验证校核本次半轴的设计符合要求。
3.5 半轴的材料及热处理
半轴使用的材料大部分是含铬的中碳合金钢,如40Cr,40CrMnMo,40CrMnSi,40CrMoA,35CrMnSi,35CrMnTi等。半轴的热处理过去都采用调质处理的方法,调质后要求杆部硬度为HB388―444(凸缘部分可降至HB248)[2]。近年来采用高频、中频淬火的方法越来越多。由于硬化层本身的强度较高,并且在半轴的表面形成了大的残余压应力,以及采用喷丸处理、滚压半轴突缘根部过渡圆角等工艺,使半轴的静强度和疲劳强度大为提高,尤其是疲劳强度提高十分显著。本设计中选用40Cr作为半轴材料,进行了渗碳处理。
4.结论
对EQ1090载货汽车半轴进行了设计与校核,选择了全浮式半轴,花键为模数3mm,压力角30°,齿数18的圆柱渐开线花键,工作长度定为100mm,半轴长度定为800mm。经校核,半轴所有尺寸符合设计要求。
参考文献
[1]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[2]罗永革,冯樱.汽车设计[M].北京:机械工业出版社, 2011.
作者简介:王海鑫(1990―),男,山东泰安人,研究方向:汽车运用。
汽车半轴加工工艺分析与设计
汽车半轴加工工艺分析与设计
目 录
中文摘要
英文摘要
1. 前言
1.1国外汽车半轴的加工工艺
1.2国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术
2. 材料的选择
3. 汽车半轴加工工艺流程及主要加工工序
3.1剪料
3.2摔杆
3.3摆帽
3.4喷丸
3.5杆部校直
3.6钻小端中心孔A3/7.5
3.7粗车大外圆
3.8粗车小端
3.9车大孔
3.10钻中心孔B4/12.5
3.11粗车大端、精车大端
3.12精车小端
3.13冷滚轧花键
3.13.1冷滚轧花键的优点
3.13.2冷滚轧花键的加工方法
3.13.3冷滚轧花键的工艺要求
3.13.4典型的冷滚轧机技术参数
3.13.5冷滚轧花键加工实例
3.14半轴的热处理
3.14.1热处理的具体工序
3.15磁力探伤检验
4. 夹具设计
4.1原夹具存在的问题
4.2可微调新型夹具
摘 要
汽车自19世纪末诞生至今100余年期间, 汽车工业从无到有, 以惊人的速度发展, 写下了人类近代文明的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广泛、运输量最大的现代化交通工具。没有哪种机械产品像汽车这样对社会产生如此广泛而深远的影响。
半轴是汽车传动系统的一个重要组成部分,半轴是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器,对于采用非独立式悬架的驱动桥,根据其半轴内端与外端的受力状况,一般又分为全浮式半轴、四分之三浮式半轴与半浮式半轴三种。
半轴内端以花键连接着半轴齿轮,半轴齿轮在工作时只将扭矩传给半轴,几个行星齿轮对半轴齿轮施加的径向力是互相平衡的,因而并不传给半轴内端。主
减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器壳。因而,半轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。半轴是汽车的轴类零件中承受扭矩最大的零件,为了满足半轴的强度要求.多年来,世界备国除了用各种各样的计算方法外,还在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着不懈的努力。
本文主要是对半轴在锻造车间、机加车间、热处理车间的各步工艺进行分析和改进以及半轴的热处理和半轴齿轮的夹具改进。
半轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中,应用面广。需求量大。半轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是:下料——加热——粗锻——切飞边——精锻——切飞边——表面清理——钻孔、车大端面——车孔、齐端面——拉花键——热处理——磨大端面和内孔。
感应加热表面淬火亦称感应淬火,由于它的加热速度和冷却速度都很快,使零件的表面至心部有着巨大的温度梯度,而且淬火后零件由表及里存在着激烈的组织变化,这些特点决定它有着特殊的残余应力形态。一般说,轴类零件感应淬火后,表面层存在残余压应力,次表层和淬火区域边缘存在残余拉应力。残余应力的合理分布,能够大大提高零件强度,特别是疲劳强度。载货车半轴的合理用料,合理选择淬火层的深度及其分布,将大大提高半轴的使用寿命。
在车孔、齐端面工序中,由于夹具调整不便,更换供状时工件找正极其困难,耗工费时,齿轮装夹定位精度低,生产效率低。为此,我根据所学知识, 再通过一些先进资料研究了半轴齿轮车孔齐端面的可微调夹具,解决了原夹具存在的问题。
关键词:半轴;热处理;夹具设计;花键设计
Abstract
The car bears the until now from the end of 19 centuries 100 period in remaining years of life , Car industry from have no to have Developing with the astonishing speed, Wrote down the civilized and important literary piece in
human modern age. The car is a quantity at most, universal, the movable scope is the most extensive and transport biggest and
modern pileup in deal. Have no which kind of machines product resemble the car is like this to the social creation like this
extensive but profound influence.The half stalk is an importance that car spread to move the system to constitute the part,to be used to will differ soon the machine half stalk wheel gear output's motive pass to drive round or a sides decelerate the
machine, Carry according to the half stalk inside with carry outside of suffer the dint condition, generally divided into Whole
float type half stalk 、three quarter float type half stalk 、Half float type half stalk.
1. 前 言
1.1国外汽车半轴的加工工艺
1.1.1 美国克莱斯勒公司万伦脱小客车半轴制造工艺SAE1039(相当于40Mn)
棒料切断——法兰热轧成型——正火——喷砂——清洗——表面磷化——水平挤压成型(三段,用175t 压力机) ——法兰和轴承部分切削加工—
—轴端花键滚轧加工——感应加热淬火、回火——磨削安装轴承颈——法兰部分加工。
1.1.2 日本五十铃公司中型载重汽车半轴锻造工艺SCM4(相当于42CrMo)
棒料切断——法兰、花键部分热轧成型(感应加热、镦锻机) ——正火——淬火、回火——喷砂——打中心孔——校直——法兰和花键部分切削加工——感应加热淬火、回火——校直——磁力探伤——法兰部分加工。
1.2 国内后桥半轴先进的机械加工工艺技术
校直(单柱校直液压机Y41—10Bl0t) ——铣端面打中心孔(铣端面打中心孔机床
z82lO) ——车削杆部(液压半自动仿型车床CE7112∮125371O) ——磁力探伤(磁力探伤机CEW 一2000) —— 校直(单柱校直液压机Y41—10B 10t) ——车削法兰端(普通车床C616∮3203750) ——铣削花键(半自动花键轴铣床YB6212∮1253900) ——校直(单柱校直液压机Y41—10B 1Ot) ——磨削安装轴承颈(高精度半自动万能外圆磨床MGB1420A ∮20031000) — —法兰端部孔加工(立式钻床Z5125A ∮25) ——铣削螺纹(半自动螺纹铣床SB6110A ∮100380) ——磁力探伤(磁力探伤机CEW 一2O00) ——清洗(通用通过式三箱清洗机SQX 一400II) 。
2. 材料的选择
2.1材料牌号: 40cr-gb3077-88 这种材料主要用于汽车半轴锻造件的加工与制造,汽车半轴载荷较大, 有时会受到较大的冲击, 这种材料比较适合作为半轴的材料。
3. 主要加工工序
3.1 在G72-3锯床上剪料;
3.2 用560KG 空气锤摔杆;
3.3 用DW99-160摆碾机摆帽;
3.4 用QBD30强化喷丸机进行喷丸处理;
3.5 用YH 240-25校直机进行毛坯杆部校直,保证垂直度。
一般情况下,在整个半轴生产过程中需校直两次.一次是毛坯校直,另一次是热处理后校直。这两次校直的作用、原理是一样的,都是保证汽车半轴的垂直度,热处理后的校直要保证跳动不大于0.08,0.2和0. 4。美国通用汽车公司旁蒂克部毛坯校直的方法是:用两个固定校直滚子装置支承半轴,由一个传动连接装置与半轴法兰端上的两个突出部位相吻合,并带动半轴旋转,尾座顶尖顶住半轴的杆部,校直机上的压头下落,半轴在滚子和压头的作用下校直。压头是固定工作的,生产率为195件/h ,是以前手工校直生产率的4倍。
英国福特汽车公司热处理后校直是在8t 密尔斯(Mills)液压机上进行的。半轴支承在夹具两端,夹具能够很容易地从一端移到另一端,这样压头就能在花键端与法兰端之间的任何高出部位加载。在校直过程中,用两个千分表进行测量,其中一个表垂直安装,测轴的摆动;另一个表水平安装,测法兰摆动。近年来,已研制生产出带有自动装置的半轴校直装置。但是,值得一提的是,迄今为止,尚无人认为自动校直比人工控制的校直效果更好。
3.6在Z525J 钻床钻小端中心孔A3/7.5;
3.7在CA6140车床粗车大外圆;
3.8在CK7150车床粗车小端;
有的生产厂家采用六角转塔车床进行粗车和精车加工,但大多数生产厂家则采用仿型车床进行粗车和精车加工。美国雪佛莱汽车部,采用六角转塔车床铣端
面打中心孔并完成全部粗精车工序。转塔可自动分度(转位) ,当转塔上6把刀全部用过后,指标灯亮,机床停车,操作者换上预先调整好刀具的整个转塔后,车床又开始加工。前苏联在陶里亚蒂城生产意大利菲亚特124型轿车半轴自动线,由2台锯床(杆部端头切断) 、2台平端面打中心孔机床(杆部两端外圆、法兰肩面定位夹紧) 、3台KDM9/80型仿型车床(中心孔定位,法兰内部撑紧,车削法兰端) 和4台KDM9/80型仿型车床(中心孔定位,法兰外圆夹紧,车削杆部) 共l1台机床组成。在仿型车床上用两个靠模滑座分别对大小头进行仿型车削。精车后对花键端和法兰端外圆进行自动测量。负荷在70%时.生产率为180件/h 。
3.9 在CA6140车床车大孔;
对于不同长度和直径的半轴,平端面是提高半轴生产线生产率的一个关键工序。采用切入法铣端面的优点是:可适应半轴长度的变化,其缺点是:生产率低,且刀具一旦磨钝后,端面会产生硬化现象,不利于下一道打中心孔工序。若采用贯通法铣削,同时采用特殊形式的机夹铣刀(该铣刀每个刀片有8个刀刃) ,比用每个刀片仅有4个刀刃(且用楔式夹紧) 的机夹铣刀不仅提高寿命15倍,而且也提高了效率。为了保证打中心孔后孔面光洁且无毛刺,已发展了对钻后的两端中心孔进行挤压的机床。
3.10 在Z8210B 车床铣两端面钻孔中心孔B4/12.5,如下图3—1
;
3.11 粗车大端、精车大端 所需设备为CK7150车床;
3.12 精车小端∮31.82±0.015,∮48.5,∮40.5,∮39.5,∮37 入下图3—2;
3.13 冷滚轧花键
滚扎花键以两端中心孔定位, 滚扎渐开线花键。齿数为30, 模数为1.0583,渐开线起始圆直径为∮31.008,大径∮32.809, 小径∮30.691,压力角α=45°分度圆直径∮31.75, 基圆直径∮22.451, 弧齿厚s=1.791。滚扎花键所需仪器是花键滚扎机。所需的量具是千分尺和综合花键量规。
为了提高半轴花键的生产效率和疲劳强度,目前已广泛采用花键冷滚轧成型工艺。该工艺是一种动力传动件及齿类工件的无屑冷成型加工工艺。这种工艺极大地提高了冷成型齿类工件的精度,在北美和欧洲的许多条生产线上得到广泛应
用。滚轧花键和滚花工艺不同,在滚轧过程中,对所有相关参数均定位控制,故可以保证得到确定的齿数和准确的齿形。实际上,整个加工过程非常简单。以滚搓为例,将一根钢质轴定位在两根成型齿条之间的起始位置,该端的齿牙是浅层的,仅仅在工件上压出花键的最初形状,两齿条朝相反方向快速移动,带动工件旋转,一步步将工件表面的金属挤压进去,这时可明显看到一个个凹痕。完成上述整个过程只需不到4s 时间(机动时间) ,此时,齿形零件只要再自转几周,就可保证得到质量控制所要求的齿形几何尺寸和精度。大多数齿形工件是可以滚搓的,包括:a .薄壁金属件;b. 油槽; c.螺纹;d. 大螺矩花键; e.正齿花键;f. 冠齿;g. 滚花、螺旋齿;h. 安全自锁花键;i. 锥齿;j. 齿形;k. 螺杆。
3.13.1 冷滚轧花键的优点
a .设计灵活。例如,一套Marand 齿条可以滚轧20种不同齿数的零件.而且可以使齿牙和轴肩之间不留间隙。
b. 生产效率高。与传统滚齿相比,滚轧机动时间约为4s ,滚齿机动时间约为130s 。 c. 节省材料. 而且省去了收集处理切屑的麻烦。
d. 加工精度高. 滚轧具有极小的啮合间隙(强迫塑性变形) ,使工件在使用过程中,可保持极优的啮合性能。
e. 提高轴的强度。由于是冷成型, 可提高零件的物理性能,如增加扭矩力, 减少疲劳应力灵敏度和无裂缝扩展。
f. 提高负载能力. 滚轧后,其晶格结构和滚齿、铣切不同,金属流线未被破坏,
疲劳强度相当于滚切、铣切花键的三倍多。国外某个生产载重汽车后桥半轴的公司,曾进行过铣削花键和冷滚轧花键后的半轴淬火前后对比测试分析。结论是:两种花键加工方法加工的半轴在其直径方向的变形量大体相同. 均在10μm 左右,但在外形变形量方面,滚轧花键要比铣削花键小,而且,在疲劳强度方面,滚轧花键是铣削花键的三倍多。
详见表1、表2和表3。
a. 用滚轮冷滚轧花键。在滚压头上安装的滚轮个数和花键轴的齿数相同,沿径向分布,全部齿形均在压力机一次工作过程中全部轧
出。滚轧过程是压力机推动工件,通过滚压成形,滚轮在工件表面上自由滚动。这种滚轧加工方法适用于齿数Z<>
b. 用齿条形工具冷滚轧花键。齿条形工具上下对称分布,分别由油缸驱动,作相互平行的交错运动,毛坯(工件) 为自由驱动,在齿条工具间滚动过程中产生塑性变形。滚动的圈数大约为8圈。采用这种滚轧加工方法滚轧直径较小的花键时,生产率高。表面质量好。这种滚轧加工方法一般用于滚轧工件的最大直径为D=∮50mm ,最大模数为m=4mm。
c. 用小齿轮形工具冷滚轧花键。毛坯(工件) 轴线和工具轴线平行分布,工具向工件中心移动进给。这种滚轧加工方法适用于渐开线花键。
3.13.3 冷滚轧花键的工艺要求
a. 工件材料。硬度在200~230HBS 以下的碳素钢以及表面渗碳钢适用于冷滚轧,对于合金钢或碳素钢的深齿工件,冷滚轧前需进行一次退火处理。
b. 工件的尺寸和形状。可按照滚轧前后体积不变的原则计算毛坯尺寸。
c. 润滑。为了延长工具寿命和防止因工件的热膨胀而降低尺寸精度,需采用能起减摩作用的耐高压润滑剂,如采用二硫化钼和机油的混合剂。
3.13.4 典型的冷滚轧机技术参数
a. 前苏联某公司生产的DG 一7型冷滚轧机。工件直径D=∮20~160mm ,最大工件长度L=800mm,最长滚轧长度l=180mm,最大当量模数m=3mm,齿数z=12~60,滚轧头电机功率2341kW ,液压电机功率5.5kW ,润滑冷却电机功率3kw 。 b. 瑞士GROB 公司生产的ZLMeg 型冷滚轧机。最大工件长度L=1650mm,最大滚轧长度l=ll00mm,连续分度齿数Z=l2~96,间歇分度齿数Z=10~30,总功率18.5kW ,机床外形尺寸:长x 高=3500mm31440mm ,机床净质量8.5t 。
c. 日本津上制作所生产的T —GR8型冷滚轧机。软钢工件最大模数m=5.5mm,合金钢工件最大模数m=4.5mm.滚轧驱动电机功率232.24kW ,快速进给电机功率0.37kW ,无级变速电机功率0.37kW ,机床净质量9.5t 。
d. 青岛生建机械厂冷滚轧技术研究开发中心生产的DY170型小模数渐开线花键和三角花健冷滚轧机。最大滚压力F=315kN,转速n=16~96r /min(6级) ,中心距160~300mm 。主轴直径D=∮85nan ,最大滚轧长度l=22mm,滚压时间1~60s ,停歇时间1~30s ,主电机功率16kW ,液压电机功率4kW ,机床外形尺寸:长3宽3高:2110mm 32170mm 31740mm ,机床净质量6t 。
3.13.5 冷滚轧花键加工实例
a. 美国某公司使用Lees —Brander THD 长立柱式六轴回转冷滚轧机滚轧半轴花键(矩形花键) 。齿高H=2.78~3.04mm ,齿厚B=3.83~3.9mm ,外径D=∮5.829—5.840mm 。当负荷为100%时,生产率为180件/h 。
b. 英国福特汽车厂使用美国罗托一弗洛(RDto—Flo)Ex —Cell —O 冷滚轧机滚轧半轴花键(渐开线花键) 。齿数z=24,半轴由输送带自动输送至冷轧机,用顶尖水平顶住,两个齿条式工具在高压作用下作相对运动,进行滚轧。生产率为330件/h 。
c .某公司冷滚轧汽车传动轴(矩形花键轴) 。
工件技术要求:材料为40cr ,齿数z=l6,外径D=(∮49.915~49.950mm 。内径d=∮4075~40.85mm ,齿厚B=4.935~4.975mm ,键长l=90mm,齿向误差0.05mm ,齿侧及外圆粗糙度Ra0.8μm 。加工规范:滚轧方法为顺轧拉轧,间歇分度,毛坯直径D=∮46.30mm 。滚轧转速n=800r/min ,工件进给速度v=80r/min ,工件进给速度V=1850mm/min 。加工结果:机动时间1.5min /件,工件外径D=∮50.26mm(滚轧后留磨削余量) ,内径d=∮40.80mm ,齿厚B =4.95mm ,齿向误差0.04mm 。
d .某公司使用立式油压机(160t)并采用滚轮滚轧方法冷滚轧矩形花键轴。工件技术要求:材料为45号钢,正火后硬度为163~197HBS ,齿数Z=10,外径D =∮37.0~37.2m ,内径d=∮27mm ,齿厚B=5.76~5.86mm ,键长l=35mm。工件长度L=200mm,底廓半径R=15.3mm,定心方式为齿侧。加工结果:机动时间5s/件,齿侧表面粗糙度Ra0.4μm ,齿向误差0.02mm ,周向累积误差0.14mm ,相邻周节误差0.10mm 。
半轴花键滚轧工艺如下图3—1:
3.14 半轴的热处理
半轴的热处理过去采用调质方法, 调质后要求杆部硬度为388~444HB. 近些年来采用高频、中频等感应淬火的日益增多, 这种处理方法能保证半轴表面有适当
的硬化层, 由于硬化层本身的强度较高, 加之在半轴表面形成大的残余压应力, 因此使半轴的静强度合疲劳强度大为提高. 尤其是疲劳强度提高得更为显著。 当半轴采用高应淬火时, 杆部表面硬度推荐在48~56HRC 范围内, 心部硬度可控制在20~28HRC, 花键部分的表面硬度可控制在48~56HRC, 不淬火区硬度可定在248~277HB 范围内, 采用感应淬火时, 通常推荐半轴杆部表面硬化层的深度为其半径的1/4~1/3左右.
3.14.1 热处理工艺步骤如下:
开启加热致电炉设定温度(840℃~860℃) —通氯气扫炉(约30分钟) —通保护气氛—到达保温时间(60分) —半淬(油温30~80℃) 清洗—回火(550~650℃) —到达回火保温时间(120分) —冷却—卸料
低温回火工艺要求如图3—2所示
图 3—2 低温回火
中频淬火, 自回火 如下图3—3;
调质处理, 如图3—4;
3.15 磁力探伤检验
完成热处理工艺步骤之后还要进行探伤, 要100%磁粉探伤检验, 要确保无裂痕, 无折痕,以免汽车半轴在恶劣的环境下工作会断裂或扭断。最后要100%退磁。这些步骤要在CEW4000探伤机上完成。
4. 夹具设计
半轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中,应用面广。需求量大。半轴齿轮已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是:下料——加热——粗锻——切飞边——精锻——切飞边——表面清理——钻孔、车大端面——车孔、齐端面——拉花键——热处理——磨大端面和内孔。在车孔、齐端面工序中,由于夹具调整不便,更换工装时工件找正极其困难,耗工费时,齿轮装夹定位精度低,生产效率低。为此,我们研制了半轴齿轮车孔齐端面的可微调夹具,解决了原夹具存在的问题。
4.1 半轴齿轮弹簧参数的设计计算
加工半轴齿轮端面时所需的磨削力:
Fc =Kc 3a p 3f=11183330.5=1677(N)
a p ——背吃刀量
f ——进给量
对半轴齿轮进行受力分析, 计算出夹具对半轴齿轮的夹紧力P 。 计算如下: P2L=M ——⑴
M=Fc2l ——⑵
由⑴和⑵联立解出 P=(Fc2l)/L=(1167342)/21=2334 (N)
再对连杆进行受力分析, 计算出弹簧的最大工作负荷F 2
由 F22l 1=P348 得:
弹簧最大工作负荷 F2=3112(N)
弹簧的旋绕比 C取 5
弹簧直径d ≥1.62sqrt{(K2F 22C)/[τ]}
=1.63sqrt[(1.341253311235)/950]
=7.5(mm)
弹簧的曲度系数 K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C
=(435-1)/(435-4)+0.615/5
=1.34125
弹簧的强度条件 τ=(82K 2F 22D 2)/(π2d 3)
=(82K 2F 22C)/( π2d 3)
=(831.341253311235)/(π37.53)
=945(MPa)<>
弹簧中径 D2=C2d=537.5=37.5(mm)
弹簧外径 D=D2+d=37.5+7.5=43(mm)
弹簧内径 D1=D2-d=37.5-7.5=30(mm)
弹簧的螺旋升角α取6°
节距 p=π2D 22tg α=π337.53tg6°=12.4(mm)
两圈的间隙δ=p-d=12.4-7.5=4.9(mm)
由图可知:弹簧的最大的轴向变形量λ2 =40mm
∴n=(G2d 2λ)/(2F 22C 3)
=(8000037.5310-33403103)/( 833112353)
=7.7
∴n 取 8
弹簧总圈数 n1=n+2=8+2=10
弹簧刚度 k=(G2D 2)/(82C 42n)
=(80000337.5)/(835438)
=75(n/m)
4.2 原夹具存在的问题
齿模通过齿模座与车床主轴(图中的双点划线空心轴) 相固连,机床主轴与套过盈配合。3个压爪沿齿轮周向均匀分布。拉杆右接于液压缸的活塞杆,在活塞杆和弹簧的作用下往复运动,并通过连杆座和连杆,实现压爪对齿轮的压紧和张开。这种夹具的最大缺陷是更换工装(夹具或齿模) 时调整困难,费工费时,难以保证工件定位精度。从模具结构原理上看,齿模座确定了齿模与车床主轴的相对位置,齿模的模齿节锥与机床主轴同轴,但事实上.由于制造及安装误差,导致模齿节锥与机床主轴的同轴度误差较大。齿轮工件是由工件齿面与齿模齿面吻合定位的,齿模相对于机床主轴的位置误差导致车削后的齿轮内孔与齿轮节锥的同轴度、以及齿轮大端面与齿轮节锥轴线的垂直度误差较大,不能满足精度要求。因此实际设计和使用的夹具,是在齿模与齿模座之间应留有径向调整的间隙。 为保证模齿节锥与机床主轴的同轴度,在每一种齿轮工件加工前,即更换工装(夹具或齿模) 时,要用样板齿轮和千分表调整齿模位置,使固定在齿模上的专门用于调整齿模的样板齿轮的内孔和大端面分别与机床主轴同轴和垂直。由于夹具结构存在的缺陷,以往调整夹具的做法是,通过在齿模与齿模座之间加垫片,调整样板齿轮大端面与机床主轴的垂直度(以下简称齿模端面调整) ,并旋紧螺钉,使之满足精度要求。然后旋松螺钉,使之松紧程度便于径向调整齿模。通过径向敲打齿模,调整样板齿轮内孔轴线(即模齿节锥轴线) 与机床主轴的同轴度(简称齿模径向调整) ,符合精度要求后旋紧螺钉,齿模调整完毕。实际操作中,受垫片厚度的限制,齿模端面调整极其困难,垫片不是过厚就是过薄,往往需要十几次甚至几十次试验才能选择3个互相搭配的合适垫片。特别是径向调整时敲击齿模的力度很难掌握,往往不是过大(齿模径向位移过大) 就是过小(齿模不移动) ,很难使敲击力恰好克服齿模位移的阻力(齿模与齿模座之间的摩擦力和齿模惯性力) 产生需要的微小位移。因此,一个中等技术水平的工人更换一次工装,至少需用4至5个小时。此外,该夹具不能实现3个压爪的压紧力自动均衡。3个压爪、3个连杆和连杆座组成的压紧机构的尺寸误差,使得夹具夹紧齿轮工件时,3个压爪不是同时与被压齿轮接触,或3个压爪的压力不相等,从而引起连杆座2偏转,使弹簧一侧加大受压,另一侧相对放松。弹簧的不均衡张力产生的阻力矩使连杆座不能自由转动,而必须克服该阻力矩才可转动,因此3个压爪的最终压力不均衡。3爪压力不均衡量必然影响工件的定位精度,即降低加工精度。
4.3 可微调新型夹具
针对原夹具存在的问题,根据所学的理论知识和导师的帮助把原夹具进行了一下改进。齿模座12与车床主轴(图中的双点划线空心轴) 相固连。齿模6由连接螺钉16和紧定螺钉14和13固连于齿模座12,从而实现齿模座上的齿轮样板,相对于机床主轴进行径向和端面微调。与原夹具相比其结构原理有以下特点:
① 齿模座12上有4只周向均布的紧定螺钉13,其作用相当于普通车床四爪夹盘的4个爪,用以调节样板齿轮内孔(相当于模齿节锥) 与车床主轴的同轴度。 ② 齿模6上有3只周向均匀布置的连接螺钉16和与之相间均匀布置的紧定螺钉14,用以调整固定在齿模上的样板齿轮大端面与车床主轴的垂直度。
③ 连杆座8的2个同心的凸、凹球面,分别与弹簧座9的凹球面和球面垫圈1的凸球面相配合。因为连杆座能在一定范围内自由转动,从而可自动补偿压紧机构制造安装误差,调节3个压爪的压紧力,使之均衡。
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