HGCU2变速器输入轴结构及加工工艺设计论文说明书

本科学生毕业设计 HGCU2变速器输入轴结构 及加工工艺设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 摘 要 变速器是完成传动系任务的重要部件，也是决定整车性能的主要部件之一。变速器的设计水平对汽车的动力性、燃料经济性、换挡操纵的可靠性与轻便性、传动平稳性与效率等都有直接的影响。随着汽车工业的发展，轿车变速器的设计趋势是增大其传递功率与重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。本设计以车型HGCU2变速器为基础设计输入轴，在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下，着重对变速器输入轴的结构参数进行设计计算以及对其进行工艺分析等。 我国的制造工艺与技术装备相对落后于工业发达的国家，我国大多数企业目前还采用较落后的制造工艺及技术装备生产，优质高效率低耗工艺的普及率不足10%数控机床及高效设备不足5%。在产品开发设计的技术手段方面，我国CAD的覆盖率仅为5%。不能及时开发设计具有创新和独占性的市场的新产品。总之，我国的制造技术与水平还存在阶段性的差距，而我国的机械制造装备产业也是大致如此。 当前，制造技术的发展趋势是：必须强化具有自己创新技术的产品开发能力，缩短产品的上市时间，提高产品质量和生产效率，从而提高企业的市场应变能力和综合竞争能力。重视先进的基本制造工艺与特种工艺的研究，重视使能技术的研究和先进机床、刀具的研究，研究高性能的自动化加工机床，开发基于新工艺的装备等，乃是当误之急。 关键词：变速器输入轴；结构；工艺；夹具；设计。 ABSTRACT Transmission is an important task to complete driveline components, Decision is one of the main components of vehicle performance. Transmission of the design level of the car power, fuel economy, shifting control of the reliability and portability, stability and efficiency of transmission has a direct impact. With the auto industry, car design trend is to increase the transmission power and the weight of its transmission ratio, and request a smaller size and good performance. The design with the model-based design HGCU2 transmission input shaft, at a given engine output torque, speed and maximum speed, maximum degree climbing conditions, focusing on the transmission input shaft of the structural parameters of the process design calculations and analysis of its And so on. Manufacturing process in China is relatively backward equipment and technologies in the industrial developed countries, the majority of our business is still a more backward technology and equipment manufacturing technology and production process of high-quality high-efficiency low penetration rate of less than 10% of CNC machine tools and lack of efficient equipment 5%. In product development and design of technical tools, CAD coverage of only 5%.Not timely development of innovative and exclusive design of the market of new products. In short, the level of manufacturing technology and there are still gaps in stages while machinery and equipment industry in China is much the same. Currently, the manufacturing technology trend is: to strengthen the innovative technology with its own product development capabilities, shorten time to market, improve product quality and production efficiency, thereby enhancing response capabilities and overall market competitiveness. The basic importance of advanced manufacturing technology and special technology research, attention to energy technology research and advanced machine tools, the research tool to study the performance of automated machine tools, the development of new technology-based equipment, etc, but when the errors of the emergency. Key words：Transmission input shaft；Structure；Process；Fixture；Design. II 目 录 摘要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 1.1汽车变速器的概述 1 1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果 1 1.3汽车变速器输入轴设计的目的和意义 4 1.4研究内容 5 第2章 载货汽车主要参数的确定 7 2.1 轴的结构设计 7 2.1.1最小轴径的确定 7 2.1.2各段轴的确定 7 2.2轴的校核 8 2.2.1轴的刚度校核 8 2.2.2轴的强度校核 15 2.3 本章小结 18 第3章 变速器输入轴的工艺方案的确定 19 3.1零件的作用 19 3.2零件的工艺分析 19 3.3确定毛坯的制造形式 19 3.4定位基准的选择 19 3.5制订工艺路线 20 3.6本章小结 22 第4章 铣床、车床切削用量及工时的计算 23 4.1 机床夹具参数计算 23 4.2输入轴加工工艺步骤 25 4.3本章小结 42 第5章 夹具设计 43 5.1夹具设计的目的 43 5.2夹具设计的步骤 43 5.3车床夹具设计 43 5.4铣床夹具设计 45 5.5夹具设计及操作的简要说明 47 5.6本章小结 47 结论 48 参考文献 49 致谢 50 第1章 绪 论 1.1汽车变速器的概述 汽车是一种快速机动的道路交通工具。一般是指自带动力装置的可以独立行驶并完成运载任务的轮式车辆，具有四个或四个以上的车轮。按照国家标准中有关规定，汽车可分为载货汽车，越野汽车，自卸汽车，牵引汽车，专业汽车，客车，轿车等种类。汽车的基本组成是相同的，均由发动机，底盘，车身和电气设备四大部分组成，现代汽车将以往复活塞式内燃机为主要动力源，而发动机的扭矩、转速与汽车的牵引力、车速要求之间的矛盾，靠现代汽车的内燃机本身是无法解决的。为此，在汽车传动系中设置了变速器和主减速器。既可使驱动车轮的扭矩增大为发动机扭矩的若干倍，同时又可使其转速减小到发动机转速的若干分之一。 变速器用于改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下，满足驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。随着汽车工业的不断发展，今后要求汽车车型的多样化、个性化、智能化已成为汽车的发展趋势。但变速器设计一直是汽车设计中最重要的环节之一，它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标。变速器能使汽车以非常低的稳定车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定车速是难以达到的。变速器的倒档使汽车能倒退行驶；其空档使汽车在启动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机和传动系分离。 变速器的结构除了对汽车的动力性、经济性有影响同时对汽车操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率等都有直接影响。变速器与主减速器及发动机的参数做优化匹配，可得到良好的动力性与经济性；采用自锁及互锁装置，倒档安全装置，其他结构措施，可使操纵可靠，不产生跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档；采用同步器可使换档轻便，无冲击及噪声；采用斜齿轮、修形及参数优化等措施可使齿轮传动平稳、噪声低，不同的传动比还可以使在其不同路面提高汽车的动力性和经济性，使汽车和发动机有良好的匹配性。 1.2汽车变速器研究状况、发展趋势及成果 现代汽车工业的飞速发展以及人们对汽车的要求不断的变化，机械式变速器不能满足人们的需要。从40年代初，美国成功研制出两档的液力-机械变速器以来，自动变速器技术得到了迅速发展。80年代，美国已将液力自动变速器作为轿车的标准装备。1983年时，美国通用汽车公司的自动变速器装车率已经达到了94%。近些年来，由于电子技术和电子计算机技术的发展，自动变速器技术已经达到了相当高的水平。自动变速器与机械式变速器相比，具有许多不可比拟的优势：提高发动机和传动系的使用寿命；提高汽车的通过性；具有良好的自适应性；操纵更加方便。 目前，国内变速器厂商都朝无级变速器和自动变速器方向发展，国内现已有好几款轿车已经应用上无级变速器，而重型汽车则采用多中间轴的形式，将低速档和高速档区分开。 现在市场上的变速器细分为5类手动变速器(MT)，手动自动一体变速器(AMT)，无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)和自动变速器(AT)，各自都有不同的优势。国内外的汽车制造与销售数据显示人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。如在英国，现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而5年前，这个数字是13.5%。日前，世界著名的变速器制造商——德国ZF公司预测说到2012年，北美市场出售的汽车中将只有6%是手动挡2013年欧洲变速器市场上，配备手动自动一体的变速器将占20%，可以预见带有自动功能变速器的汽车是未来市场的主导产品发展和掌握自动变速器制造技术是追赶世界变速器制造潮流的方向。而优先开发手动自动一体变速器具有技术上的延续性，对我国来说具有更大的优势。 AMT是在M下基础上增加ASCS自动换挡控制系统组成的。ASCS由微控制器控制的执行机构(液压气压或电机)组成以电控液压(气压)或电机机构代替人力控制离合器和选换挡机构实现自动变速功能。AMT具有自动换挡的功能能大幅提高离合器、同步器寿命(先进的AM下技术还可实现无离合器和无同步器下的自动换挡)和行车安全性且保留了传统有级机械变速器传动效率高、体积小、机构简单、使用可靠，易于制造、成本低燃油消耗少和维护与使用费用低等优点特别适合我国国情。目前公司AMT项目正在按计划实施。 汽车行驶的速度是不断变化的，这就要求汽车的变速器的变速比要尽量多，这就是无级变速(Continuously Variable Transmission简称"CVT") 。尽管传统的齿轮变速箱并不理想，但其以结构简单、效率高、功率大三大显着优点依然占领着汽车变速箱的主流地位。 在跨越了三个世纪的一百多年后的今天，汽车还没有使用上满意的无级变速箱。这是汽车的无奈和缺憾。但是，人们始终没有放弃寻找实现理想汽车变速器的努力，各大汽车厂商对无级变速器(CVT)表现了极大的热情，极度重视CVT在汽车领域的实用化进程。这是世界范围尚未根本解决的难题，也是汽车变速器的研究的终极目标。 围绕汽车变速箱四个研究方向，各国汽车变速器专家展开了激烈的角逐。 1、摩擦传动CVT 金属带式无级变速箱 (VDT-CVT)的传动功率已能达到轿车实用的要求，装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道：大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的金属带式无级变速箱Multitronic CVT ，能传动142kw（193bhp）功率，280 N·m扭矩。这是真正意义的无级变速器。 另一种摩擦传动CVT(名为Extroid CVT)是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机(XVL的引擎输出为330 N·m /194kw)搭配使用，可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT，摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪，尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平，也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山，这至少说明了四个问题： （1）无级变速（CVT）是汽车变速箱始终追逐的目标。 （2）摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的。 （3）摩擦传动CVT传动效率低是必然的。 （4）摩擦传动CVT的效率，功率无法与齿轮变速相比。 2、液力传动 人们经常把液力自动变速器（AT）和无级变速器（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。液力自动变速器免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，使开车变得简单、省力。但是， 液力自动变速器（AT）不是无级变速，是有级变速的自动控制，没有从根本上满足汽车对变速器的要求。从原始橡胶带无级变速箱到现代金属链无级变速箱、滚轮转盘式CVT，百年大回转说明：无级变速箱是汽车变速箱的最终归属，液力自动变速器只不过是一种过渡产品。 3、电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission简称"AMT")和液力自动变速器（AT）一样，不是无级变速器，是有级变速器的自动换档控制。其特点是机械传动部分沿用了传统的有级变速箱，但控制参量太多，实现自动控制相当困难。 4、齿轮无级变速器 齿轮无级变速器（Gear Continuously Variable Transmission）这是一种全新的设计思想，是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。 据最新消息：一种"齿轮无级变速装置"(Gear Continuously Variable Transmission简称"G-CVT")已经试制成功，并已经进行了多次样机试验。"齿轮无级变速装置"结构相当简单，只有不足20种非标零件，51个零件，生产成本甚至低于手动变速箱。预计今年进行装车试验。 齿轮无级变速器的优势表现为： （1）传动功率大，200KW的传动功率是很容易达到的； （2）传动效率高，90%以上的传动效率是很容易达到的； （3）结构简单，大幅度降低生产成本，相当于自动变速箱的1/10； （4）对汽车而言，提高传动效率，节油20%； （5）发动机在理想状态下工作，燃料燃烧完全，排放干净，极大的减少了对环境的污染。 1.3汽车变速器输入轴设计的目的和意义 汽车制造是车辆工程专业的主要培养方向，进行汽车零件结构设计及加工工艺规程与专用机床夹具设计，目的是为了能使我们综合运用所学专业知识，如机械制图、测量与公差配合、金属材料与热处理、工程力学、机械制造基础、机械设计、汽车设计、汽车制造工艺等，通过理论联系实际，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展，熟悉机械加工工艺规程编制、机床夹具设计的方法，培养我们设计能力和解决实际问题的能力，对CAD绘图、运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）以及进行经验估算等技能得到综合训练，力求设计合理，理论联系实际，设计手段具有一定的先进性。 变速器轴在工作中承受着转矩及来自齿轮啮合的圆周力、径向力和斜齿轮的轴向力引起的弯矩。刚度不足会产生弯曲变形，破坏齿轮的正确啮合，产生过大的噪声，降低齿轮的强度、耐磨性及寿命。 变速器轴在工作时承受扭矩、弯矩，因此应具备足够的强度和刚度。轴的刚度不足，在负荷作用下，轴会产生过大的变形，影响齿轮的不常啮合，产生过大的躁声，并会降低齿轮的使用寿命。这一点很重要，与其它零件的设计不同。 设计变速器轴时主要考虑以下几个问题：轴的结构形状，轴直径、长度、轴的强度和刚度，轴上花键型式和尺寸等。轴的结构主要依据变速器结构布置的要求，并考虑加工工艺，装配工艺而最后确定。 变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。 变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。根据需要，还可以加装动力输出器。按传动比变化方式，变速器可以分为有级式、无级式和综合式三种。 有级式变速器应用最为广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同，有轴线固定式（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有3～5个前进档和一个倒档。 变速器由变速器传动机构和操纵机构组成。变速传动机构可按前进档数或轴的形式不同分类。具体分类如下： 根据前进挡数：三挡变速器、四挡变速器、五挡变速器、多挡变速器。 根据轴的形式；固定轴式、旋转轴式。 固定轴式可分：两轴式变速器、中间轴式变速器、双中间轴式变速器、多中间轴式变速器 固定轴式应用广泛，其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车上，中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力机械式变速器。然后对轻型货车来说，采用中间轴式变速器为多见，为此我以两轴式变速器的输入轴及齿轮作为设计对象。 1.4研究内容 在本次设计中，主要是针对HGCU2轻型变速器输入轴进行结构和工艺设计。 我除了对汽车变速器输入轴的结构进行了合理的布置外，还运用了材料力学、机械原理、机械设计等知识，对其进行受力分析，强度、刚度的校核，以及为这些零件选择合理的工程材料和热处理方法。 在设计的初期，我专门去一汽轻型汽车有限公司的特约维修站参观汽车的整体构造尤其是变速器输入轴的功用；在设计的第二阶段，通过参考学校实验室里的松花江中型货车的变速器输入轴结构，对变速器输入轴进行整体结构布置，校核轴和齿轮的强度、刚度，选择材料和热处理方法；在第三阶段的主要任务是绘制变速器输入轴的装配图和重要的零件图，确定个零件的精度等级及其它参数；第四阶段对输入轴进行工艺分析以及工艺，工序卡片的编制最后，是对整体论文的编写整理整个设计过程中的各种资料，以及对前期设计中的错误做出修改。 本次设计主要是依据参考的乘用车的参数，通过对变速器输入轴参数的选择和计算，设计出一种基本能满足HGCU2工作要求的输入轴结构。本文主要完成下面一些主要工作： 1、根据HGCU2车型变速器输入轴基本参数确定设计方案； 2、设计变速器输入轴，绘制零件图和毛坯图； 3、制定零件加工工艺路线； 4、进行工序设计； 5、设计两道工序的夹具； 6、绘制夹具图纸； 7、编写设计说明书。 第2章 载货汽车主要参数的确定 2.1 轴的结构设计 2.1.1最小轴径的确定 在已知两轴式变速器中心距时，轴的最大直径和支承距离的比值可在以下范围内选取：对输入轴，=0.16～0.18；对输出轴，0.18～0.21。 输入轴花键部分直径（mm）可按下式初选取： 式中： ——经验系数，=4.0～4.6； ——发动机最大转矩（N.m）。 输入轴花键部分直径： =22.16～25.48mm 初选输入、输出轴支承之间的长度=265mm。 按扭转强度条件确定轴的最小直径： （2-1） 式中： d——轴的最小直径（mm）； ——轴的许用剪应力（MPa）； P——发动机的最大功率（kw）； n——发动机的转速（r/min）。 将有关数据代入（3.22）式，得： mm 所以，选择轴的最小直径为25mm。 2.1.2各段轴的确定 根据轴的制造工艺性要求，将轴的各部分尺寸初步设计如图2.1所示： 图2.1 轴的结构尺寸 2.2轴的校核 2.2.1轴的刚度校核 对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。前者使齿轮中心距发生变化，破坏了齿轮的正确啮合；后者使齿轮相互歪斜，致使沿齿长方向的压力分布不均匀。初步确定轴的尺寸以后，可对轴进行刚度和强度验算。 图2.2 变速器轴的挠度和转角 轴的挠度和转角如图2.2所示，若轴在垂直面内挠度为，在水平面内挠度为和转角为δ，可分别用下式计算： （2-2） （2-3） （2-4） 式中： 　 ——齿轮齿宽中间平面上的径向力（N）； 　——齿轮齿宽中间平面上的圆周力（N）； 　 ——弹性模量（MPa），=2.1×105 MPa； 　 ——惯性矩（mm4），对于实心轴，； 　 ——轴的直径（mm），花键处按平均直径计算； 、——齿轮上的作用力距支座、的距离（mm）； ——支座间的距离（mm）。 轴的全挠度为mm 轴在垂直面和水平面内挠度的允许值为=0.05～0.10mm，=0.10～0.15mm。齿轮所在平面的转角不应超过0.002rad （1）轴上受力分析 一档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=30mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mm mm rad 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=45mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 二档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=44mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=42mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 三档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=95；b=170mm；L=265mm；d=53mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： =mm mmmm rad 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=40mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 四档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=144mm；b=121mm；L=265mm；d=53mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=144mm；b=121mm；L=265mm；d=35mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 五档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=166mm；b=99mm；L=265mm；d=35mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=30mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 倒档工作时： N N N 输入轴的挠度和转角的计算： 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=32mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 输出轴的挠度和转角的计算： 输出轴上作用力与输入轴上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=30mm，把有关数据代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 由以上可知道，变速器在各档工作时均满足刚度要求。 2.2.2轴的强度校核 变速器在一档工作时： 对输入轴校核： 计算输入轴的支反力： N N N 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=30mm，c=53mm 1、垂直面内支反力 对B点取矩，由力矩平衡可得到C点的支反力，即： （2-5） 将有关数据代入（2-5）式，解得：=3148.0N 同理，对A点取矩，由力矩平衡公式可解得： 2、水平面内的支反力 由力矩平衡和力的平衡可知： （2-6） （2-7） 将相应数据代入（2-6）、（2-7）两式，得到： 3、计算垂直面内的弯矩 B点的最大弯矩为： N·mm N·mm N·mm B点的最小弯矩为： N·mm 4、计算水平面内的弯矩 N·mm 5、计算合成弯矩 N·mm N·mm 轴上各点弯矩如图2.3所示： 图2.3输入轴的弯矩图 作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力之后，计算相应的弯矩、。轴在转矩和弯矩的同时作用下，其应力为 (2-8) 式中：（N.m）； ——轴的直径（mm），花键处取内径； ——抗弯截面系数（mm3）。 将数据代入（2-8）式，得： MPa MPa 在低档工作时，400MPa，符合要求。 2.3 本章小结 本章主要计算出HGCU2变速器输入轴的主要参数以及受力情况，并对其进行强度和刚度的校核，为接下来的画图奠定基础。 第3章 变速器输入轴的工艺方案的确定 3.1零件的作用 题目所给为HGCU2变速器输入轴的设计，它位于变速箱内，主要作用是转递扭矩使齿轮获得转动的动力。轴上的齿轮与花键用于与别轴传动力与运动。 3.2零件的工艺分析 该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高垂直度和径向跳动误差，两端轴径需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度，否则会影响机器设备的性能和精度。由于零件的结构较规则，加工时不需要较复杂且专用夹具就能准确的定位，并保持适当的夹紧力。 零件材料为20CrMnTi钢，考虑到主轴经常作顺逆时针方向的旋转带动齿轮和转速常变化，故在工作过程中常交变扭矩，这样就需要对毛坯进行锻造，在经过锻打后内部纤维组织分布均匀，抗压抗扭强度提高，保证零件工作可靠性；耐磨性，耐热性也大大提高。 3.3确定毛坯的制造形式 零件材料为20CrMnTi号钢，它是最常见的材料，其优点是：价格便宜，用途广泛，力学性能好，工艺性好。又因为该零件为大批量生产，毛坯的质量约为35kg，它的外型尺寸简单适宜采用膜锻，毛坯精度较高，加工余量可适当减少，也节约材料。 3.4定位基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会出很多问题，进而导致生产无法正常进行。 1、粗基准的选择 粗基准的作用主要是决定加工面与不加工面之间的位置关系，以及保证加工面的余量均匀，对于轴类零件选取外圆为粗基准。 2、精基准的选择 在两端面加工出顶尖孔为精基准。由于顶尖孔为精基准除了使设计基准与定位基准重合外，还可以提高二次装夹精度，从而减少了多次装夹的装夹误差。在不能用顶尖孔定位时或为了提高零件的刚度，可采用外表面定位，外圆表面与一端顶尖孔定位。在加工键槽时为了保证与轴线对称并达到一定的深度，就用键槽所在的外圆株面定位。钻通孔用锥套心轴定位。 3.5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，尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证，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工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此以外，还应考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降.根据各表面加工要求和各种方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下: 1、在加工外圆柱表面时，为避免降低工件刚度，应先加工大直径外圆后才加工小直径外圆。 2、孔加工安排在调质后进行。因为调质处理工件变形大，如果加工孔安排在前由调质引起的变形无法修正；保证深孔与外圆同心和主轴壁厚均匀，应安排在外圆粗车或半进车后，就回有一个较精确的轴颈作伸孔加工的定位基准。 3、主轴上的键，螺纹和断面上的螺纹孔安排在外圆粗精磨之前车削之后。这是因为在车削加工是继续切削会引起振动，影响质量。对于主轴螺纹，与主轴支撑轴颈有同轴度要求，它的加工安排在精加之后。 根据先面后孔，先主要表面后次要表面，先粗加工后精加工的原则初步拟订加工工艺路线如下: 工艺路线方案一: 工序1:备料。 工序2:锻造 工序3:正火热处理 工序4:铣端面钻顶尖孔 工序5:粗车外圆 工序6:调质处理 工序7:车左端各部分（车大端外圆、端面及切槽） 工序8:车右端各部分 （仿形车小端各部分外圆） 工序9：热处理 工序10：精车外圆 工序11：粗磨外圆 工序12:铣键槽 工序13:车螺纹 工序14:粗磨外锥面 工序15:精磨外锥面 工序16:倒角去毛刺 工序17:检验 工序18:入库 上述方案遵循了工艺路线制订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。 工艺路线方案二: 工序1:备料。 工序2:锻造 工序3:正火热处理 工序4:车端面钻顶尖孔 工序5:粗车外圆 工序6:调质处理 工序7:车右端各部分 工序8:车左端个部分 工序9:热处理（高频淬火） 工序10：精车外圆 工序11：粗磨外圆 工序12:铣齿轮 工序13:铣键槽 工序14:粗磨右面 工序15:精磨左面 工序16:精磨右孔 工序17:倒角去毛刺 工序18:检验 工序19:入库 工艺方案的比较分析： 以上加工方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求及可采取的加工手段之后，就会发现仍有问题。在进行精车时应安排在淬火处理之前，因为淬火使零件的表面的更度增加，切削应力增加，同时淬火使零件微小变形，我精车时可以进行补赏。倒角和切槽安排在磨削之前，就方便磨削。为了提高后面加工方便可靠，在进行精加工前安排一道划线工序。 上面两道工艺路线大至相同，前九道工序相同，每个方案只是顾及到一方面，在两种方案中比较再进行总结。轴类零件便于装夹先加工出小端为大端的加工精度作保证。我们在铣槽时应该先铣端面，这样就为铣槽加工精度和测量精度作基础，就要很容易到达技术要求。在铣端面可用车床进行车削，因为在后面的几道工序中都是用了车削加工，可以减少运输工件的辅助时间，提高生产效率。前两种方案都没有完全编出加工零件的所有工序，现在上面两组基础上总结，拟订完整加工路线工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。 3.6本章小结 本章主要是针对变速器一轴进行工艺分析，制定工艺路线，确定工艺方案，列出加工过程中所需要的工序，为下边编制机械加工工序卡片做铺垫。 第4章 铣床、车床切削用量及工时的计算 4.1 机床夹具参数计算 1、三道工序 模锻，正火热处理毛坯，车两端面。 2、加工条件 工件材料：20CrMnTi钢正火σb=0.6mpa，模锻。 加工要求：粗车，半精车，主轴两端面，并钻中心孔表面粗糙度值Ra均为6.3μm， 机床选择：c620-3卧式车床。 刀具选择：刀具材料YT15，刀杆尺寸20×30mm2，kr=90，r0=5，rs=0.05mm2， 查《机床加工工艺设计实用手册》12-7。 3、计算切削用量 已知毛坯长度方向的加工余量为10，粗车时分两次加工，ap=4.5计长，半粗车加工为1次 ap=1mm计长。 进给量f 根据《机床加工工艺设计实用手册》表15-11。 当刀杆尺寸为20×30mm2，ap为3~5时，以工件直径为90mm时 f=0.5~0.7mm/r ， 取f=0.5mm/r。ap为5~8时，以及工件直径为400时，f=0.6~0.8mm/r，取f=0.6mm/r。 4、计算切削速度 查《机械加工工艺手册》表8.4-8 当f=0.7时，其中Cv=242；Xv=0.15；m=0.2时： 确定机床主轴转速： 按《机械加工工艺手册》表3.1-18，与400r/min 相近的机床转速为315r/min和430r/min，所以选取430r/min。 实际切削速度为： 大端得： 确定机床主轴的转速： 与20CrMnTi.6r/min相近的机床转速为250r/min，所以选取250r/min，故实际切削速度为 5、计算切削工时 L1=20CrMnTimm；L1=2，L2=5，L3=0；L2=70mm 半精车时： 确定机床转速： 按机床说明书《机械加工工艺手册》，选取nw=500r/min，Nw=350r/min，其实际切削速度为： 切削工时的计算： 4.2输入轴加工工艺步骤 1、工序钻中心孔 机床的选择 ZC35A摇臂钻床 刀具的选用：A型中心孔《机械加工工艺手册》表4.3-2 进给量f=0.08mm/r 查《机械加工工艺设计实用手册》表15-39 切削速度V=18m/min： 按机床选取n=2000r/min 《机械加工工艺手册》表2.5-7 所以实际切削速度： 切削工时的计算： 查《机械加工工艺手册》表2.5-7 2、工序粗车外圆 机床的选择：c620-3卧式车床 刀具：刀具材料 YT15刀杆尺寸20×30mm2，kr=90，r0=15，a0=5，λs=0.5mm。 查《机械加工工艺设计实用手册》表12-7 3、粗车Ø25d6 外圆 粗车Ø25d6外圆同时应校验机床功率及进给机构强度 切削深度，单边余量 Z=4.6mm； 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得，选用f=0.6mm/r； 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8。 确定主轴转速： 按机床选取n=350r/min，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力F按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其中： Xfc=2650；xfc=1.0；yFc=0.75；nFZ=-0.15；Kmp= =0.94；kr=0.89所以： FZ=2876.5N 切削时消耗功率 查《机械加工工艺实用手册》C620-3主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够可以正常加工。 检验机床进给系统强度：已知主切削力，径向切削里Fp按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示公式计算： 式中： CFP=1950；XFP=0.9；yFP=0.6；nFp=-0.3；所以： 而径向切削力： 式中：CFf=2880；XFf=1.0；YFf=0.5；nFf=-0.4； 轴向切削力： 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1； 则机床切削力在纵向进给方向对进给机构的作用为： F=Ff+μ(FC+FP) =1376.5+0.1(2876.5+49.8)=1576.3N 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N见《切削手册》表1.10，故机床进给系统可正常工作。 切削工时的计算：，其中，《机械加工工艺手册》表2.5-3，所以 T=0.48(min) 4、粗车Ø30到Ø40的外圆 切削深度，单边余量 Z=5mm，共进行6次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得 选用f=0.6mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 确定主轴转速： 按机床选取n=430r/min，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力FC按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其中：cfc=2650，xfc=1.0，yft=0.75，nft=-0.15 ，Kmp=() =0.94，kr=0.89所以 FC=1473N 切削时消耗功率 查《机械加工工艺实用手册》C620-3主电机功率为7.5kw，所以机床主轴功率足够可以正常加工。 检验机床进给系统强度：已知主切削力FC=1473.5N，径向切削里Fp按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示公式计算： 式中：CFP=1950，XFP=0.9，yFP =0.6 nFp=-0.3 所以： 而径向切削力： 式中：CFf=2880，XFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4 轴向切削力：Ff=772.7N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1; 则机床切削力在纵向进给方向对进给机构的作用为： F=Ff+μ(Fc+Fp) =987.5N 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N见《切削手册》表1.10，故机床进给系统可正常工作。 切削工时的计算： 其中了l=77，l1=2，l2=0，《机械加工工艺手册》表2.5-3 所以 T=1.537(min) 5、粗车Ø32外圆 切削深度，单边余量 Z=3.5mm，共进行4次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10可得，选用f=0.6mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 确定主轴转速： 按机床选取n=430r/min，所以实际切削速度： 切削工时的计算： 其中l=315，l1=2，l2=4，《机械加工工艺手册》表2.5-3所以: T=3.73(min) 6、粗车外圆 切削深度，单边余量 Z=3.5mm共进行3次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得 选用f=0.6mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 确定主轴转速： 按机床选取n=430r/min，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力F按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其各值与5相同故: FC=1783.23(N) 切削时消耗功率Pc为: 所以4.86<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工时的计算： 其中l=23，l1=2，l2=4，《机械加工工艺手册》表2.5-3 所以，T=0.34(min) 7、粗车Ø69gd1外圆 切削深度，单边余量 Z=3.5mm，共进行2次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得 选用f=0.6mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 确定主轴转速： 按机床选取n=560(r/min)，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力F按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其各值与5相同故: FC=1357.8(N) 切削时消耗功率Pc为: 所以3.8<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工时的计算： 其中l=29，l1=4，l2=2，《机械加工工艺手册》表2.5-3，所以 T=0.21(min) 8、粗车Ø57外圆 切削深度，单边余量 Z=3 mm，共进行3次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得 选用f=0.6mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 确定主轴转速： 按机床选取n=430(r/min)，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力F按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其各值与5相同故: FC=1543.6(N) 切削时消耗功率Pc为: 所以3.47<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工时的计算： 其中l=38，l1=4，l2=2，《机械加工工艺手册》表2.5-3，所以 T=0.48(min) 9、粗车Ø47外圆 切削深度，单边余量 Z=2 mm，共进行3次切削 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表15-10 可得 选用f=0.8mm/r 计算进给量根据《机械加工工艺设计实用手册》表8.4-8 当>0.7时，CV=235，xv=0.15，yv=0.45，m=0.2 确定主轴转速： 按机床选取n=430(r/min)，所以实际切削速度： 检验机床功率：主切削力F按《机械加工工艺手册》表8.4-10所示计算： 其各值与5相同故: FC=3154.3(N) 切削时消耗功率Pc为: 所以6.5<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工时的计算： 其中l=29，l1=2，l2=4， 《机械加工工艺手册》表2.5-3所以 T=2.26(min) 10、仿形车Ø48d6外圆 由《机械加工工艺实用手册》表15-11 当Ra3.2时，f=0.4mm/r时，切削深度，单边余量Z=0.75一次切除 计算切削速度：见《机械加工工艺手册》表8.4-8 其中：CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2所以： Vc=184.3(m/min) 确定主轴转速： 查《机械加工工艺手册》确定n=1200(r/min) 检验机床功率：主切削力Fc按《机械加工工艺手册》表8.4-8 式中CFC=2650，xFC=0.75，yFC=-0.15，Kmp=0.94，KFr=0.89 所以 Fc=438.3N 切削时消耗功率: 由《机械加工设计手册》表3.1-16机床主电机的功率为4.5KW，所以机床功率足够可以正常加工。 11、仿形车Ø50dg外圆面 切削深度，单边余量Z=0.5 一次切除，进给量f=0.7mm/r时， 计算切削速度：见《机械加工工艺手册》表8.4-8 其中 CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2 所以Vc=131.6(m/min) 确定主轴转速： 查《机械加工工艺手册》确定n=821.7(r/min)，取n=960(r/min) ，检验机床功率：主切削力Fc按《机械加工工艺手册》表8.4-8 式中:CFC=2650，xFC=1.0，yFC=-0.15，Kmp=0.94，KFr=0.89 所以 ，Fc=410N 切削时消耗功率 因为0.9KW<4.5KW， 故可以正常加工。 切削工时的计算： 其中l=27，l1=3，l2=4，《机械加工工艺手册》表2.5-3 所以，T=0.1(min) 12、仿形车Ø58外圆面 切削深度，单边余量Z=0.75 一次切除 进给量f=0.7mm/r时， 计算切削速度：见《机械加工工艺手册》表8.4-8 其中：CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2 所以， Vc=117.3(m/min) 确定主轴转速： 查《机械加工工艺手册》确定n=560(r/min) 检验机床功率：主切削力Fc按《机械加工工艺手册》表8.4-8 式中CFC=2650，xFC=1.0，yFC=-0.15，Kmp=0.94，KFr=0.89 所以， Fc=435N 切削时消耗功率 因为0.85KW<4.5KW， 故可以正常加工 切削工时的计算： 其中l=169，l1=3，l2=4， 《机械加工工艺手册》表2.5-3 所以，T=0.20CrMnTi(min) 13、仿形车25外圆面 切削深度，单边余量Z=0.75 一次切除 进给量f=0.7mm/r时， 计算切削速度：见《机械加工工艺手册》表8.4-8 其中CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2