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第页 共页 目录 1 引言 .1 1.1 航空发动机的重要性 .1 1.2 航空燃气发动机的现状与发展 .1 1.3 选题的目的和意义 .2 1.4 本课题研究的问题 .2 2 附件传动系统 .3 2.1 附件传动系统的工作条件和设计要求 .4 2.2 航空燃气涡轮发动机中双速传动装置概述 .4 2.3 航空燃气涡轮发动机中双速传动装置工作原理 .5 2.4 燃气涡轮发动机起动过程 .6 2.5 棘轮式齿轮 .7 3 航空齿轮 .9 3.1 航空齿轮加工现状与发展 .9 3.2 航空传动齿轮构件对材料技术的要求 .9 3.3 国内外航空发动机齿轮材料 .10 3.3.1 几种齿轮材料的工艺性 .11 3.3.2 齿轮材料的发展前景 .11 4 棘轮式齿轮设计 .13 4.1 参数输入 .13 4.2 轮齿参数的一般设计原则 .13 4.3 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 .13 4.3.1 小齿轮齿数 z1 的选择 .14 4.3.2 齿宽系数 d 的选择 .14 4.3.3 齿轮传动的许用应力 .15 4.3.4 齿轮精度的选择 .17 4.4 双速传动装置中齿轮传动比的确定 .18 第页 共页 4.4.1 齿轮具体参数计算 .19 5 齿轮主要制造方法 .26 6 棘轮式齿轮的加工工艺 .28 6.1 棘轮式齿轮主体加工规程 .29 6.2 棘轮轴的加工工艺规程 .31 6.3 零件组合焊接 .32 7 结论 .34 参考文献 .35 致谢 .36 1 引言 随着燃气涡轮发动机的发展，推重比的要求越来越高，就要求尽量减轻发动机 中部件的数量和结构重量，减小发动机的结构尺寸，以符合未来飞机制造的需要。 1.1 航空发动机的重要性 航空发动机的作用是非常重要的，其性能的好坏直接影响着飞机的飞行性 能、可靠性及经济性，因此，它被喻为飞机的“心脏”。由于航空发动机要在 高温、高压、高转速和高负荷的环境中长期反复地工作，而且还要求具有重量 轻、体积小、推力大、使用安全可靠及经济性好等特点，因此，必须要有很强 的设计、加工及制造能力，是一种典型的技术密集型产品。航空发动机研制周 期长，技术难度大，耗费资金多，不是每一个国家都可以研制生产的。因此， 虽然目前世界上可以研制生产飞机的国家并不少，但具备独立研制航空发动机 能力的国家却只有美、俄、英、法、中等少数几个。在某种意义上讲，研制航 空发动机的能力是一国家进入航空强国的重要标志。中国航空发动机的研制是 在新中国成立后一片空白的基础上发展起来的，从最初的修理、仿制、改进改 型到今天可以独立设计制造高性能航空发动机，走过了一条十分艰辛的发展道 路 1。 1.2 航空燃气发动机的现状与发展 为提高燃气涡轮发动机的性能，目前已采用的技术有：高增压比的压缩器， 发烟度低的环形燃烧室，冷却式高温涡轮，高精度电子调节系统，能及时发现 故障的监控技术，便于检查、更换的单元体结构，应用强度高、重量轻的钛合 第页 共页 金及复合材料。为满足军用飞机不断发展的需要，今后将继续改进各种类型的 高推重比加力涡轮风扇发动机；研制超音速巡航歼击机使用的连续放气式涡轮 喷气发动机，超音速垂直短距起落飞机使用的推力换向发动机和升力发动机， 直升机使用的涡轮轴涡轮风扇发动机，运输机使用的涡轮螺旋桨风扇发动机和 变循环发动机；继续研制各种类型的组合式发动机（涡轮冲压、火箭冲压、 火箭涡轮等） ；解决原子能发动机的小型化和安全保护问题；在部件方面， 除继续提高压缩器、燃烧室和涡轮的性能外，进一步解决超音速进气道与发动 机的匹配协调问题，完善单元体结构和状态监控技术，提高发动机的可靠性和 可维修性 2。 双速传动装置就是为了减少航空齿轮的数目而设计的进而减轻发动机结构重量。 在对燃气涡轮发动机双速传动装置研究的前提下，主要对双速传动装置中，棘 轮式齿轮进行加工制造研究。进行齿轮各个参数的选择、制定，进行齿轮结构设 计，加工工艺分析。进而研究航空齿轮的设计、加工制造方法。 1.3 选题的目的和意义 本课题贴合飞行器制造工程专业，航空燃气涡轮发动机是飞机的心脏，技术 之复杂，工艺之苛刻，通过对课题的研究，深入了解航空燃气涡轮发动机的工作 原理、部件组成及其构造，特别是双速传动装置进行细致了解，其内部零件的结 构，工作状态、工作环境，进而对它们进行专门研究制造。 通过对航空发动机双速传动装置的及主要构件的加工制造的研究，通过查阅 相关书籍，使我从双速传动装置联系到了飞机发动机的附件传动系统进而延伸到 航空燃气涡轮发动机的制造研究，在以前学习飞机发动机的基础上对飞机发动机 有了更进一步的了解，对其中的工作原理，发动机构件有了更细致的认识。 通过这次的毕业设计可以说把我大学里学的专业课又重新翻阅一便，巩固了 专业知识，在此基础上，又学到许多专业以外的知识，拓宽了自己的知识面。 通过毕业设计，更一步加强了自学能力，实践能力，为以后进入社会、参加 工作奠定坚实的基础。 1.4 本课题研究的问题 了解航空燃气涡轮发动机的现状与发展和附件传动系统，附件传动系统工作 条件和设计要求。进而对双速传动装置深入研究，了解其在航空发动机中的重要 作用、工作原理、基本构造、内部构件的布置形式，及其各自的功用，分析双速 传动装置的工作环境，传动功率等各种工作参数。分析航空齿轮的特点，加工制 第页 共页 造方法。选出双速传动装置中的棘轮式齿轮进行重点研究，分析其结构，选择齿 轮材料，确定齿轮外形尺寸。进行工艺分析，了解加工难点，确定难点解决方案， 编制加工工艺。 本设计说明书前三章是分别对航空燃气涡轮发动机、航空燃气涡轮发动机附 件传动系统、航空齿轮等方面的概述。后几章是对棘轮式齿轮在前三章的基础上 进行具体分析，进行相关设计参数方面的确定和计算、工艺方案编排，对重点工 艺进行分析，完成棘轮式齿轮的设计制造工作。 第页 共页 2 附件传动系统 图 2-1 WP6 发动机附件传动系统 在燃气涡轮发动机上，有许多附件需要由发动机的燃气涡轮带动。这些附件 分为发动机附件和飞机附件。前者属于发动机的各系统，如燃油系统的主泵和增 压泵，滑油系统的滑油泵、回油泵、油气分离器和离心通风器等，起动系统的起 动电机，操纵和调节系统的离心活门、转速表发电机等；后者属于飞机上的各系 统，如液压系统的主液压泵和助力系统液压泵，电气系统的交直流发电机气压 系统的压气机等。所有这些附件的种类和数量决定于发动机和飞机的类型和用途。 如涡桨发动机和民用客机用的涡轮风扇发动机的附件较多，歼击机用的发动机附 件居中，靶机发动机的附件较少。 第页 共页 附件传动装置的功用就是将涡轮的轴功率传递给各个附件，并满足各附件对 转速、转向和功率的要求。附件传动装置由附件传动机匣和附件传动机构组成。 发动机和飞机附件一般都装在附件传动机匣专门的安装座上，此附件机匣直 接安装在发动机上。附件传动机构在附件机匣内，它包括圆柱齿轮系以及各种形 式的离合器。附件传动机构的组成与发动机的类型和工作需要有关。如双转子发 动机的附件传动装置包括高压转子传动和低压转子传动两部分；WS9发动机的传动 机构由高速齿轮箱(传动低压燃油泵、高压燃油泵、加力泵、滑油泵、喷口滑油泵、 高压转速表发电机和燃气涡轮起动机、防喘调节器、燃油流量调节器、加力燃油 流量调节器、压比调节器等附件)，低速齿轮箱(传动低压转速表发电机、低压转 速转速调节器等)和辅助齿轮箱(传动恒速传动机构、液压泵)三部分组成。目前大 涵道比涡扇发动机附件传动机构分为主齿轮箱和角齿轮箱两个部分。角齿轮箱用 于改变传动方向，主齿轮箱用来安装和传动附件。 在现代燃气涡轮发动机上传动发动机附件的功率约占涡轮功率的 0.20.5，传动飞机附件的功率约为涡轮功率的0.3%0.6%。附件及其传动 部分的重量约占发动机重量的1520。 在涡桨发动机上，传动发动机附件的功率约为涡轮功率的0.10.17传 动飞机附件的功率约为0.150.25 2。 2.1 附件传动系统的工作条件和设计要求 发动机正常工作时,转速高,附件传动扭矩较小。发动机起动和急剧加速或减 速时,发电机、燃油泵等附件转子的惯性使传动扭矩变得很大,很容易损伤传动齿 轮。为此,传动轴设计为细长的弹性浮动套齿柔性结构,使其在大扭矩时产生一定 扭转变形,起缓冲作用,保护传动齿轮不致于损坏。因此,传动齿轮构件主要承受交 变载荷和剧烈地冲击载荷,尤其是中央锥形齿轮副和传动轴的负荷最大,应力最复 杂,工况最恶劣,容易出现故障。随着设计水平和齿轮加工技术的进步,现在许多发 动机的中央锥形齿轮已不再采用简单的伞形直齿结构,而设计成为复杂的螺旋弧齿 结构,以改善中央锥形齿轮副的啮合能力、应力状态,提高齿牙抗冲击、抗胶合能 力和齿轮的疲劳寿命 3。 2.2 航空燃气涡轮发动机中双速传动装置概述 在采用电动机起动方式的中小型军用航空发动机中，起动电机在发动机正常工 第页 共页 作时，还要作为直流发电机使用。为了满足起动发电机在起动和发电时不同传动 比的需要，在安装起动发电机的传动机匣厂都有二速传动装置。它由棘轮离合器、 滚棒离合器和摩擦离合器组成，装在一个共同的壳体内。 棘轮离合器是用来保证在发动机起动过程中，起动机与发动机之间的传动。 当转速达到发动机自持转速、起动机电路断电后，棘轮离合器脱离工作，使起动 发电机自动退出起动状态。它由棘轮、离合子和离合子座等组成。 滚棒离合器是用来保证在转速达到自持转速后，发动机转子与起动发电机之 间的传动，使起动发电机由发动机带动进入发电状态。 摩擦离合器起保险作用。 (1) 目的：起动过程中，使电机电流与起动扭矩减少；发电过程中，保证电 机强度与改善电力品质。 (2) 功用：使电机的转速在发动机不同状态(起动与工作)下基本保持不变， 并又能满足两者间的转速匹配要求。 起动时减速 起动发电机 发动机 摩擦离合器棘轮离合器发动机。 发电过程：发动机滚棒离合器摩擦离合器电机(发电机)。 正向盘动转子时：传递路线类同于起动过程，但伴有棘轮离合器的答、答声； 反向盘动转子时：棘轮离合器、滚棒离合器都起作用，使传递路线自锁。 2.3 航空燃气涡轮发动机中双速传动装置工作原理 如下图所示，发动机起动时，起动发电机通过摩擦离合器一方面带动滚棒离 合器外环转动，另一方面经棘轮离合器两次减速后，带动滚棒离合器的星形轮。 由于外环转速大于星形轮转速，所以滚棒离合器不工作。因而在起动开始阶段， 起动发电机是借摩擦离合器和棘轮离合器带动发电机转子转动。当发动机转速超 过自持转速、起动发电机断电后，滚棒离合器星形轮转速大于外环转速，滚棒离 第页 共页 合器进入工作，星形轮带动外环转动。这时滚棒离合器的外环减速带动棘轮离合 器的棘轮转动，而滚棒离合器的星形轮增速带动棘轮离合器的离合子座转动，所 以离合子座的转速大于棘轮的转速。此时，离合子的离心力已经大于弹簧力，离 合子前端内收，棘轮离合器自动退出工作。这时，发动机借助于滚棒离合器和摩 擦离合器带动起动发电机进入发电状态 2。 图 2-2 双速传动装置工作原理简图 2.4 燃气涡轮发动机起动过程 使发动机转子的转速由零增加到慢车转速的过程称为起动过程。根据带动发 动机转子加速的驱动力的来源，可将加速过程分为三个阶段。 (1)第一个阶段。带动发动机转子加速的驱动力来自起动机动机转子加速。发 动机转子的转速由零加速到转速 n1,在这个阶段的末尾 n1 转速下，起动系统向燃 烧室供油起动点火，燃烧室开始工作。一般： n1=(0.080.12)n max (2)第二个阶段。带动发动机转子加速的驱动力来自起动机和涡轮转子也就 是起动机和涡轮转子共同带动发动机转子加速。发动机转于的转速变化为由 n1 到 起动机脱离发动机发动机时发动机转速 n2,此时 n2=(0.20.3) n max 第页 共页 (3)第三个阶段。带动发动机转于加速的驱动力来自涡轮转子，也就是由涡轮 转子单独带动发动机转子加速到慢车转速 nidle.4 2.5 棘轮式齿轮 棘轮式齿轮是棘轮离合器的一部分，外有直齿，内有锯形齿。直齿同其它的 齿轮啮合起到传动转速与转矩的作用，锯形齿同离合子相作用起到离合的作用。 第页 共页 棘轮式齿轮转速高，工作环境苛3 航空齿轮 航空齿轮在航空飞行器中被广泛应用, 其可靠性如何直接影响飞行安全, 故 设计问题非常重。齿面接触应力和强度、齿根弯曲应力和强度均为随机变量, 必 对齿轮参数设计产生影响。此外, 由于转速高、齿面压力大、温度高、润滑效果 差, 齿面胶合失效已成为不能忽视的失效形式. 为此, 须考虑诸多因素, 合理地 选择设计参数, 以获得较好的设方案。 3.1 航空齿轮加工现状与发展 我国齿轮加工相对于国外在齿轮加工精度、齿轮的热处理、表面渗碳方面还 存在一定的差距，各种高速重载的齿轮传动机械的应用越来越多，如航空发动机、 高层建筑起重机减速器、矿用高速钻传动、内燃机车、汽车等传动机构都广泛采 用渗碳淬火的硬齿面齿轮。所以，研究硬齿面齿轮精加工工艺，满足要求很有必 要。我们今后应在硬齿面齿轮加工上深入探讨研究，不断提高硬齿面齿轮加工水 平，如激光表面处理技术等，使我们齿轮制造业向高、精、尖发展，向世界先进 水平看齐 5. 3.2 航空传动齿轮构件对材料技术的要求 传动齿轮工作的可靠性,对于发动机和飞机都极其重要。附件传动装置在整个 飞行包线内,必须为发动机和飞机所有附件提供设计所要求的转速、转向和功率。 由于飞机和发动机结构设计的要求,附件传动装置外廓尺寸必须尽可能小,结构重 量尽可能轻,并且易更换、易维护、易调整。在设计齿轮传动系统时,除了要合理 选择运动参数、几何参数和润滑方式外,还要分析齿轮和传动轴在各种工作状态的 传动载荷、振动、强度和疲劳寿命。因此,要求传动齿轮材料应具有: (1) 足够的强度,很高的韧性和优良的疲劳性能； (2) 优良的工艺性能(含渗碳、氰化、淬透性等)； (3) 锻件的金属流线沿零件轮廓分布； (4) 渗碳(或氰化) 后,表面有很高的硬度,而心部的强度和韧性配合良好； (5) 工作面抗磨损、抗粘(胶) 结,抗疲劳。特别是中央锥形齿轮副和传动 轴,在分析计算发动机各种状态下的传动载荷、振动、扭矩、应力和疲劳寿命的基 础上,还要进行试验验证。因此对齿轮制造工艺的要求很严,如机械加工后齿轮表 第页 共页 面粗糙度、齿轮副啮合均匀度;化学热处理后,渗碳层的组织、碳化物形态、分布 及渗碳层扩散层心部由表及里的硬度变化等都有要求,并需进行必要的检验。 3.3 国内外航空发动机齿轮材料 国内外几种航空发动机承受主要负荷的齿轮材料如表1 。我国某系列现役发 动机的重要齿轮均采用12Cr2Ni4A 低合金结构钢,冶炼方法基本上以电弧熔炼为主,最 近几年才开始逐渐采用电弧炉熔炼+ 电渣重熔或真空自耗重熔等先进冶炼技术。 虽然提高了合金纯洁度,降低了非金属夹杂物的含量,但仍不能满足某先进发动机 中央传动锥形齿轮副的设计要求,不得不从国外进口综合性能较好的类似于 16Cr3NiWVMoNb 的齿轮钢。俄罗斯在20 世纪60 年代初期设计P29 - 300发动机时,就 已试用12 2 M 新齿轮钢。70年代初期设计- 33 、- 31 发 动机时,又大量采用16 3 M齿轮钢。由此可以推断,在6070 年代俄罗 斯就研制成功至少两种性能较好的新型齿轮钢。其研究和发展速度之快,我们望尘 莫及。从许多材料标准中还反映出,俄罗斯早已相当广泛地采用真空感应、真空自 耗、电渣重熔、电子束重熔或双真空(真空感应+ 真空自耗) 等多种先进熔炼方法,熔 炼重要用途的齿轮钢。在- 1 - 1885- 85 真空自耗合金结构钢热轧、锻造 与冷拉钢棒标准中,几乎包括了大部分用作重要承力件的合金结构钢。由此可见,俄 罗斯非常重视采用先进的冶炼方法来改善、提高钢的质量和性能。 几种发动机的主要负荷齿轮材料 零件名称某系列发动机29 - 300 (俄) - 33 (俄) 中央传动主动锥形齿轮 第页 共页 4 棘轮式齿轮设计 棘轮式齿轮，根据双速传动装置原理可知，它只用于起动机带动发动机起动 的阶段。 4.1 参数输入 起动电动机转速 10080r/min,功率 37KW，齿轮环境温度 250o。 齿轮材料选择 12Cr2Ni4A 类齿轮钢，应用已久，研究比较成熟，为了且现在大部分航空用齿 轮钢还以 12Cr2Ni4A 类齿轮钢为主。在此选用 12Cr2Ni4A。 4.2 轮齿参数的一般设计原则 （1） 大小齿轮的齿数应为质数，两齿轮间没有公约数，以便降低由于轮齿 重复啮合所产生的动载荷。 （2） 采用小模数、多齿数的设计方法，保证轮齿有较高的弯曲疲劳强度。 （3） 采用航标规定的基本齿形，高应力齿轮推荐使用 25o 压力角。 （4） 在设计圆柱齿轮时，为改善传动齿轮的性能和提高承载能力，应进行 齿轮修形。 （5） 选择高质量的电渣重熔钢，并规定非金属夹杂物颗粒等级和表面含碳 量的百分比，齿面硬度不低于 5961HRC，心部硬度范围 3045HRC，渗碳层深度 按齿轮模数选取。 （6） 齿面粗糙度应符合 0.81.6 m 精度等级并进行磨削烧伤检查，齿面 不允许有烧伤现象。 （7） 表面化学处理后进行表面塑性处理，检查残余应力 和应力层深度c h（ =-6.011.0MPa，h=1030 m） 。c （8） 选用内凹齿根。 （9） 轮齿端面和侧面齿缘应无加工烧伤。 齿轮应力集中部位及化学热处理后的表面，严禁用冲击和电蚀法标记 4.4 双速传 动装置中齿轮传动比的确定 第页 共页 已知起动机的转速为 10000r/min 以上，而起动机脱离发动机时发动机的转速 为 n2=(0.20.3)n max,已知发动机的转速在 10000r/min 以上，按 10000r/min 计算， 则起动机脱离发动机时发动机的转速在 20003000r/min 之间，为了使发动机正 常工作之后可以带动起动-发电机进行发电，已知发电机发电时转速为 8000r/min，双速传动装置的输出轴同发动机转轴之间有两组锥齿轮传动，由此可 以计算出两组锥齿轮的共同传动比为： i=10000/8000=1.25 起动机脱离发动机时转速按 2000r/min 计算则双速传动装置输出轴的转速为： ns=2000/1.25=1600r/min 两级齿轮传动的最小传动比为 6.3，为了减小齿轮尺寸和重量，在此我选用的传动 比为 6.3，最小齿数选择 17 个齿，则起动机的转速为 nq=1600*6.3=10080r/min,符 合起动机转速在 10000r/min 以上的要求。 从小齿轮齿数 z1 的选择说明中可知，小齿轮的齿数取值为 20-40，为了见效 整体结构体积与重量，在此我选择的最小齿数为 20。附件传动承受高应力的齿轮 多采用大于 20o的啮合角，利用大齿形角的基本齿形或利用变位方法提高啮合角。 齿轮传动比一般不超过 4：1，齿轮模数一般为 35，传动功率低的在 2 甚至 1 以 下。在双速传动装置两极齿轮传动中，第一级齿轮之间的传动比为 2.25，齿数分 别为 45 和 20，另一组齿轮的传动比为 2.8，齿数分别为 59 和 21，模数为 3。则 所设计齿轮的齿高为： *(2)ahmc3*(2*1+0.25)=6.75 对于齿面硬度很高齿芯强度又低的齿轮（如用 20、20Cr 钢经渗碳后淬火的齿 轮）通常以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 4.4.1 齿轮具体参数计算 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 mm 第页 共页 1）确定公式内的各计算数值 （1）由于材料品质的不同，对齿轮的疲劳强度极限共给出了三个等级 ME、MQ、 和 ML，其中 ME 是齿轮材料品质和热处理质量很高的疲劳强度取值线，MQ 是齿轮 材料品质和热处理质量达到中等要求时的疲劳强度取值线，ML 是齿轮材料品质和 热处理质量达到最底要求时的疲劳强度极取值线。在此，选择的等级为 ME，由图d 查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1FE21000MPa； （2）齿轮的工作寿命为 3500h,齿轮的工作应力循环次数 N： N=60njLh N1=60*10080*1*3500=2.12*109 N2=60*3571*1*3500=7.499*108 由图查得弯曲疲劳寿命系数 10.88； 20.90； （3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S1.5，得 10.8*156.7FNEK 22.901FNES （4） 为了降低齿轮重量，齿宽系数选择 0.35 （5） 计算载荷系数 K 第页 共页 （6） 5 齿轮主要制造方法 （7） 齿轮传动中较为广泛地采用高精度高硬度渗碳淬火硬齿面齿轮。由于 渗碳淬火硬齿面齿轮齿表面硬度偏高，使用普通加工刀具都不能够胜 任硬齿面的加工，或者说普通刀具根本加工不动硬齿面齿轮。为了满 足硬齿面齿轮的加工和确保齿轮最终精度，在渗碳淬火后的齿形加工 中采用硬质合金滚刀刮齿技术和硬齿面磨齿技术。 （8） 硬齿面齿轮刮齿 （9） 对于硬齿面齿轮刮齿技术，我国是 20 世纪 70 年代后期开始研制并初 步发展起来的。在 20 世纪 80 年代中期，我国一些大型机械制造企业 已广泛推广应用，逐步形成了科学合理，实用可行的深层渗碳淬火硬 齿面齿轮制造技术。 （10） 硬齿面齿轮制造技术主要包含以下内容: （11） 1）齿轮在渗碳前进行高温正火的预备热处理，一般温度高达 900 以上，为齿轮在深层渗碳时预防变形打下良好基础。正火后的齿轮组 织为铁素体珠光体，与渗碳后心部组织相同，可以减少渗碳过程中 产生的组织变形;同时改善齿坯组织细化和均匀性，齿坯硬度较低， 提高渗碳前的加工性能。粗加工后的高温正火是渗碳淬火齿轮必不可 缺的前期热处理工序。 （12） 2)采用磨前滚刀进行齿形预加工，磨前滚刀与普通滚刀的不同之处在 于磨前滚刀刀齿的顶部采用带触角的刀头，它可使齿形根部预先切出 沉割，齿根圆弧及早成形，在齿形齿厚处均匀留出了余量，待硬质合 金滚刀半精滚齿和磨齿时均使齿形根部基本不发生切削，减轻硬质合 金滚刀刀尖部位切削应力，避免磨齿时齿根部产生磨削烧伤及裂纹， 提高磨齿质量和生产效率。同时可避免热处理齿槽根部硬度降低，保 持淬火后喷丸形成的压应力层，提高齿根抗弯疲劳强度，提高齿轮承 载能力。 （13） 3)利用变形规律采用反变形原理，热处理变形是不可避免的.通过实 践掌握变形规律，利用反变形原理有意识地在毛坯预加工阶段，工艺 第页 共页 上要求在与变形方向相反处采取等量误差补偿，以达到热处理后变形 至正确位置，此方法可应用于齿向变形，齿顶圆变形，特别是对于较 大型渗碳淬火齿轮，采用反变形可大幅度压缩余量，减少不必要的损 失，提高生产效率。 （14） 4)硬齿面齿轮刮齿工艺技术用于硬齿面刮削的硬质合金滚刀，国外从 20 世纪 60 年代开始研究，70 年代初期，-30 度(前角)硬质合金滚刀 开始广泛使用。硬质合金滚刀的使用，打破了长期以来只有磨齿是硬 齿面齿形唯一精加工工艺方法的局面，是齿轮制造技术的一次重大革 新，它可以加工高速钢刀具难以胜任的高硬材料.是行星传动中齿形 加工的重要工具，刮齿工艺技术成为各行星传动制造技术的重要组成 部分 10。 （15） 6.1 棘轮式齿轮主体加工规程 （16） （1）加工工艺过程： （17） 锻造退火粗车粗铣钻中心孔钻减重孔预备热处理(正火) 半精车半精铣扩中心孔铰孔粗滚齿钳(倒角)热处理 (渗碳淬火)喷丸精铣精滚齿磨齿检查钳。 （18） （2）工序分析 （19） 1）锻造：采用模锻，单面余量为 4mm。 （20） 锻造与零件基本外形相似 （21） 第页 共页 （22） 图 6-3 锻造毛坯简图 （23） 2）退火：采用去应力退火，加热至 10001100C，保温 1015 小 时，然后在炉中冷却至 200300C，出炉空冷。目的是消除材料中 的残余应力，使金属软化，改善机械加工性能。设备采用箱式电加热 炉。 （24） 3）粗车：车床采用 CA6140 型卧式车床，刀具用硬质合金车刀，粗加 工选用 YG5。单面余量 2mm。 （25） 4）粗铣：采用 X5032，立铣刀，加工到规定尺寸。 （26） 5）钻中心孔：采用立式钻床 z518 型。 （27） 6）钻减重孔：采用立式钻床 z518 型。 （28） 7）正火：加热至 900950C，保温，然后在空气中缓慢冷却。正火 的目的是调整材料硬度，细化晶粒，改善可加工性和消除网状碳化物， 为淬火作好显微组织的准备。 （29） 8）半精车：采用 CA6140，YG15 硬质合金车刀，单面余量 0.8mm。 （30） 9）半精铣：采用 X5032，立铣刀，加工到规定尺寸。 （31） 10）扩中心孔 （32） 11）铰中心孔 第页 共页 （33） 12）粗滚齿：采用 AA 级单头滚刀，能达到 6 级精度。选用模数为 1.25型 AA 级精度滚刀。滚齿机选用 YB3150 型。 （34） 13）钳：倒角。 （35） 14）渗碳淬火：采用固体法进行渗碳处理，即将渗剂置于铸铁、低碳 钢或耐热罐中，用盖封好，渗碳层深度为 0.6 mm；渗碳工艺时间为 1.5（30.25 21015）1522 小时，过程温度 900950C， 然后工件随箱冷却至常温。然后重新加热到 900930C 淬火，淬火 介质为油。最后进行 200230C 的回火，以此来达到规定的力学性 能，保证工件尺寸的稳定性。 （36） 15）喷丸：硬齿面的承载能力往往受抗弯疲劳强度的限制，因此关键 是如何提高硬齿面的齿根抗弯疲劳强度。对齿轮进行喷丸处理，可以 使齿根圆角处表面产生较大的残余压应力，另一方面使加工刀痕或热 处理表面缺陷压平碾实，从而提高齿轮的弯曲疲劳强度。尤其是对于 渗碳淬火齿轮齿根角处磨前滚齿留有刀痕时，受载时间比较长循环 次数大于 105 )效果更为显著。设备选用箱式喷丸机。 （37） 16）精铣：采用 X5032，立铣刀，切削至规定尺寸。 （38） 精滚齿：采用 AA 级单头滚刀，能达到 6 级精度。选用模数为 1.25 型 AA 级精度滚刀。滚齿机选用 YB3150 型。留余量 0.5mm。 （39） 17）磨齿：采用碟形双砂轮磨齿机，磨到规定尺寸。对于磨淬硬钢的 齿轮，一般为了保持砂轮的锋利，使磨钝的沙粒易于脱落，砂轮的硬 度要软一些，一般选用 R3 较适宜。为方便排除切屑砂轮的组织不宜 过于紧密。 （40） 18）检查 （41） 19）钳：倒棱 12。 （42） 关键工序分析 第页 共页 本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械 设计，服务质量优秀。可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一 种能力。联系方式：QQ712070844，请看 QQ 资料。 第页 共页 7 结论 1、要进行对棘轮式齿轮的设计、制造研究，必须对双速传动装置的结构和工 作原理进行透彻的理解，了解棘轮式齿轮在其中的功用，进而确定棘轮式齿轮的 结构。 2、进行对棘轮式齿轮的加工制造研究，首要考虑的问题是结构强度，合理布 置其结构，在满足强度的基础上，合理选择齿轮模数、齿数，以减少其质量。 3、在本设计中，根据航空齿轮的公差等级，合理选取尺寸公差和行位公差， 保证齿轮的制造精度。 4、经过对齿轮结构的分析，制定加工工艺方案。应用先进的加工制造方法， 进而是设计符合航空发动机的要求。 参考文献 1 天一.中国航空发动机的研制.Ship Bornerweapons .2005.2 2 刘长福,邓明.航空发动机结构分析.西北工业出版社.2006.3 3 林基恕.航空燃气涡轮发动机机械系统设计.航空工业出版社.2005.6 4 宋迎东.航空发动机构造.南京航空航天大学 5 黄天铭.梁锡昌.齿轮加工技术的现状与发展.机械工艺师.1994.6.2931 6 王旭东,夏国荣,唐登发.高性能发动机附件传动齿轮及齿轮材料浅析.中国燃 气涡轮研究院.成都610500 7 濮良贵,纪名刚.机械设计（第七版）.高等教育出版社.2001.6 8 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册（第二版）.高等教育出版社.1999 9 庞学慧,武文革.互换性与测量技术基础.兵器工业出版社.2003.7 10 江甫炎.近代齿轮制造工艺.1994.6 11 冯之敬.机械制造工程原理.清华大学出版社.1999.2 12 杨叔子.机械加工工艺师手册.机械工业出版社.2001.8 13 逯 勤.渗碳硬齿面齿轮加工工艺.现代零部件. 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