螺旋傘齒輪設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)64.1、 毛坯的選擇與尺寸的確定和精度確定64.2、 基準(zhǔn)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(jì)13夾具的工序尺寸分析13定位基準(zhǔn)的選擇和定位裝置確定13夾具的裝配圖156、心得體會(huì)167、參考文獻(xiàn)171、概述通過(guò)在校期間對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，對(duì)軸類零件有了一定的認(rèn)識(shí)。軸類零件設(shè)計(jì)是機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程

2、技術(shù)問(wèn)題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)我們即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來(lái)事業(yè)的開(kāi)拓都具有一定意義而螺旋傘錐齒輪是組成機(jī)器零件的主要零件之，來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳動(dòng)，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(jī)床主要來(lái)自進(jìn)口，同時(shí)大量引進(jìn)延伸外擺線齒制的機(jī)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(dòng)作為一種傳統(tǒng)、高效的傳動(dòng)形式很早以前就出現(xiàn)了，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一系列的齒輪傳動(dòng)形式，并形成了相應(yīng)的齒輪嚙合理論、設(shè)計(jì)、加工方法，這些工作都豐富和發(fā)展了齒輪傳動(dòng)理論體系。螺旋傘齒輪作為齒輪的一種，在各種機(jī)械中都

3、有廣泛的使用。在汽車驅(qū)動(dòng)橋中，螺旋傘齒輪是縱向配置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車所不可缺少的，螺旋傘齒輪用于相交軸間的傳動(dòng)。單級(jí)傳動(dòng)比可到6,最大到8或者以上，傳動(dòng)效率一般為0.940.98因?yàn)橹饼X和斜齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造及安裝均較簡(jiǎn)單，但噪聲較大用于低速傳動(dòng)(<5m/s),螺旋傘齒輪傳動(dòng)傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)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(diǎn)，一般都用于高速重載的場(chǎng)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(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)變速箱、主傳動(dòng)器傳給驅(qū)動(dòng)車輪；2

4、、將縱向配置的發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變方向，使驅(qū)動(dòng)車輪獲得與汽車行駛方向一致的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；3、降低發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)速度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩，使驅(qū)動(dòng)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(dòng)器，由一對(duì)螺旋傘齒輪實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速，一對(duì)螺旋圓柱齒輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)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(dòng)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(dá)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(guò)對(duì)CA1092氣車驅(qū)動(dòng)橋中螺旋傘齒輪主動(dòng)輪的分析，進(jìn)行了汽車螺旋傘齒輪的機(jī)械加工工藝規(guī)程及專用機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。本文多采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法，使用通用機(jī)床以及通用夾具，只對(duì)銃齒的夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文并無(wú)創(chuàng)新之處，只是通過(guò)此次設(shè)計(jì)整理所學(xué)知識(shí)，將理論與實(shí)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(guò)程中起著傳遞動(dòng)力和改變速度的作用，

6、嚙合齒面間既有滾動(dòng)、又有滑動(dòng)，輪齒根部還受到脈動(dòng)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(gè)方面考慮：齒輪表面有足夠的硬度。齒面存在實(shí)際上的凹凸不平，因而局部會(huì)產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)，引起金屬塑性變形或嵌入相對(duì)表面，導(dǎo)致金屬直接接觸和粘著，當(dāng)嚙合齒面相對(duì)滑動(dòng)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(qiáng)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(jì)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(dòng)零件，主動(dòng)螺旋錐齒輪是將汽車變速器傳過(guò)來(lái)的動(dòng)力傳遞給從動(dòng)錐齒輪，從動(dòng)錐齒輪再將動(dòng)力傳遞給差速器。因此，零件結(jié)構(gòu)上主動(dòng)螺旋錐齒輪是齒輪軸，一端是花鍵，與變速器動(dòng)力輸出軸相連，另一端是螺旋錐齒輪；從動(dòng)錐齒輪是盤狀齒輪，直徑大于主動(dòng)螺旋錐齒輪，起到減速作用，同時(shí)沿圓周均布一些螺栓孔，使從動(dòng)錐齒輪通過(guò)螺栓固定在差速器殼上，將減速后的動(dòng)力傳遞給差速器。從動(dòng)錐齒輪既有高的傳動(dòng)速度，同時(shí)又傳遞較大

8、的扭矩，而且在裝載和剎車時(shí)承受沖擊載荷。這類齒輪的主要失效方式有磨損、點(diǎn)蝕和斷裂。故從動(dòng)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(duì)低廉，螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì)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(jí)的，然后在按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選定運(yùn)動(dòng)精度等級(jí)、接觸精度等級(jí)及齒側(cè)間隙精度等級(jí)。中型載重汽車螺旋傘齒輪的精度等級(jí)一般為8-7-7。CA1092載重汽車驅(qū)動(dòng)橋中，

9、主、從動(dòng)螺旋傘齒輪輪的精度為8-7-7D0圖1為主動(dòng)螺旋傘齒輪軸的零件圖。圖1主動(dòng)螺旋傘齒輪軸零件圖技術(shù)要求分析：螺旋傘齒輪經(jīng)過(guò)滲碳淬火后會(huì)產(chǎn)生變形，其中輪齒變形可通過(guò)磨齒或研齒方法進(jìn)行修正，同時(shí)會(huì)顯著降低螺旋傘齒輪的傳動(dòng)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(lái)彌補(bǔ)熱處理造成的精度損失。表1所示為主動(dòng)螺旋傘齒輪軸的漸開(kāi)線花參數(shù)和齒輪參數(shù)。表1主動(dòng)螺旋傘齒輪軸的漸開(kāi)線花鍵參數(shù)和齒輪參數(shù)漸開(kāi)線花鍵參數(shù)齒輪參數(shù)花鏈齒形漸開(kāi)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(jì)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(diǎn)螺旋角35o分齒圓上弧齒厚：旋轉(zhuǎn)方向左理論值（mm用通過(guò)量規(guī)檢驗(yàn)（mm用量棒檢驗(yàn)（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(duì)齒輪研磨后在檢驗(yàn)臺(tái)上的齒隙（mm0.20-0.35漸開(kāi)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(duì)后在齒輪上打上標(biāo)記4、螺旋傘齒輪加工工藝規(guī)程分析和設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，由于零件為大批生產(chǎn)，故毛坯精度取普通級(jí)，CT9級(jí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，繪出毛坯圖。如圖2所示:圖2主動(dòng)螺旋傘齒輪軸的毛胚圖基準(zhǔn)的選擇和精度的確定1)粗基準(zhǔn)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(zhǔn)的選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是圖樣上所采用的基準(zhǔn)。如零件圖上的軸心線是各外圓和孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。由零件的工藝分析可以知道，此零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是？50k6m滸口？35mmi勺軸線，根據(jù)精基準(zhǔn)選擇的原則是：(1)基準(zhǔn)重合原則。(2)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。(3)自為基準(zhǔn)原則。(4)互為基準(zhǔn)原則。(5)便于裝夾原則。根據(jù)以上選擇的原則，在加工時(shí)：也從產(chǎn)品使用方面分析，主動(dòng)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(zhǔn)；從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面分析，？65mm由頸端面又是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其軸線

13、是形位公差的基準(zhǔn)。因此，可確定齒形加工的定位基準(zhǔn)應(yīng)該是？65m滸口？50mm兩個(gè)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(gè)階段：1)齒坯加工：齒坯成形，保證銃齒基準(zhǔn)的加工精度。2)中間檢查：重點(diǎn)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(dòng)量。4)中間檢查：重點(diǎn)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(zhǔn)。7)最后檢查：全面檢查裝配基準(zhǔn)尺寸精度。制訂機(jī)械加工工藝路線制訂機(jī)械加工工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)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(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)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(kāi)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(kù)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(kāi)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(kù)。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。現(xiàn)已軸頸中65書002為例，說(shuō)明所有軸頸的加工余量。（參考機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)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(jiàn)表3表3工序尺寸表工序名稱工序問(wèn)余

16、量/mm工序問(wèn)工序問(wèn)尺寸/mm工序問(wèn)經(jīng)濟(jì)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(shí)心，而孔沒(méi)有精度要求，因此可以只鉆孔。（參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)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(jiàn)表4表4工序尺寸表工序丁序間工序問(wèn)丁序間工序問(wèn)名稱余量/mm經(jīng)濟(jì)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(wú)Ra12.53.加工螺紋螺紋參數(shù)為M27x1.5-6h,（參

17、照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)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(jiàn)表5。表5工序尺寸表工序名稱工序問(wèn)余量/mm工序問(wèn)工序問(wèn)尺寸/mm工序問(wèn)經(jīng)濟(jì)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(jī)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(kāi)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(jī)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(yàn)5、夾具的設(shè)計(jì)夾具的工序尺寸分析零件在加工的過(guò)程中夾具的定位固定是非常重要的，當(dāng)定位不準(zhǔn)確或加工中出現(xiàn)振動(dòng)，都會(huì)影響零件在加工中各段的精度。并且會(huì)隨著最終的完工使工件偏離原來(lái)尺寸要求達(dá)不到設(shè)計(jì)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(jiǎn)單裝夾或拆卸方便，夾具的設(shè)計(jì)主要包括夾具的定位方案，夾緊方案及加工精度等方面來(lái)分析。這個(gè)夾具具有其自身的優(yōu)點(diǎn)，夾具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。具有精

19、準(zhǔn)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(jí)為IT11。定位基準(zhǔn)的選擇和定位裝置確定工件的定位是通過(guò)工件上的定位表面與夾具上的定位元件V型塊接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定位基準(zhǔn)是確定工件位置時(shí)所依據(jù)的基準(zhǔn)，它通過(guò)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(zhǔn)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(duì)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(qiáng)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(shí)，不應(yīng)變形和損壞，因此，要求定位元件有足夠的剛度和強(qiáng)度，否則會(huì)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(dòng)雙面斜楔運(yùn)動(dòng)加緊壓板，以保證工件在加工過(guò)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(dòng)，影響加工質(zhì)量，甚至使加工無(wú)法順利進(jìn)行。由零件圖

21、可知，本齒輪軸是回轉(zhuǎn)體面，由于在進(jìn)行齒輪加工時(shí)，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(zhǔn)，因?yàn)槁菪齻泯X輪的小端軸頸？50mm和軸頸M27m雇配合表面，從零件設(shè)計(jì)方面分析，？50mmtt頸端面又是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其軸線是形位公差的基準(zhǔn)。因此，可確定齒形加工的定位基準(zhǔn)應(yīng)該是？50mnftM27m軸頸的端面。以此面為基準(zhǔn)定位即可限制X移動(dòng)、z移動(dòng)y移動(dòng)、y轉(zhuǎn)動(dòng)、Z轉(zhuǎn)動(dòng)五個(gè)自由度，然后再固定兩端面即可限制六個(gè)自由度。由零件圖可知，本齒輪軸是回轉(zhuǎn)體面，由于在進(jìn)行齒輪加工時(shí)，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(zhǔn)，因?yàn)槁菪齻泯X輪的小端軸頸?50mnffl軸頸M27mmi配合表面，從零件設(shè)計(jì)方面分析，？50mmi頸端面又是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，其軸線是形位公差的基準(zhǔn)。因此，可確定齒形加工的定位基準(zhǔn)應(yīng)該是?50mnffiM27m軸頸的端面。以此面為基準(zhǔn)定位即可限制X移動(dòng)、z移動(dòng)y移動(dòng)、y轉(zhuǎn)動(dòng)、Z轉(zhuǎn)動(dòng)五個(gè)自由度，然后再固定兩端面即可限制六個(gè)自由度。5.3夾具裝配圖6、心得體會(huì)作為一