【正文】 齒輪加工工業(yè)設(shè)計 9 雙聯(lián)齒輪設(shè)計說明書 一、 零件圖的分析 齒輪的工作性質(zhì)分析 此零件圖是雙聯(lián)齒輪， 這種雙聯(lián)齒輪在輪系中 (變速器 )被稱為滑移齒輪 ,它的作用就是改變輸出軸的轉(zhuǎn)速或速度 ，具有較高的轉(zhuǎn)矩，在滑移的工作過程中有較大的沖擊。齒輪本身在工作中齒面產(chǎn)生塑性變形、磨損和載荷。為了保證齒輪的制造精度、整個機(jī)器的工作性能、承載能力及使用壽命，齒輪傳動應(yīng)滿足以下 幾個方面的要求 1） 傳遞運動準(zhǔn)確性 要求齒輪較準(zhǔn)確地傳遞運動，傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍，保證一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角精度在一定范圍內(nèi)。而轉(zhuǎn)角誤差與以下幾個因素有關(guān)： 1，與每個傳動件的加工精度有關(guān)，包括平面度直線度垂直度跳動度等等； 2，與各個傳動件的安裝初始位置有關(guān)； 3，與各個傳動件的材料剛性有關(guān)，若是柔性材料制成的，顯然自身在傳動中存在變形誤差； 4，與傳動件的數(shù)量有關(guān)，傳動件的組成數(shù)量環(huán)節(jié)越多，對轉(zhuǎn)角誤差的影響就越大； 5與溫度因素有關(guān)，這和第三條有點關(guān)聯(lián)，屬于熱脹冷縮產(chǎn)生的變形對轉(zhuǎn)角誤差造成影響。 保證以上因素達(dá)標(biāo)之后，才可以保證一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角精度，進(jìn)而保證運動的準(zhǔn)確性。 2）傳遞運動平穩(wěn)性 要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。提高齒輪平穩(wěn)性精度需要在齒輪加工過程中嚴(yán)格控制齒坯加工精度、磨齒工裝制造精度、工裝調(diào)整精度、零件安裝精度以及磨齒機(jī)對齒輪平穩(wěn)性精度有影響部位的調(diào)整精度 ,同時要對齒輪進(jìn)行修形加工 3）載荷分布均勻性 要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外， 還包括接觸面積和接觸位置。 4）傳動側(cè)隙的合理性 要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高 。對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求 。對于重載低速傳動用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損 。對于換向傳動和讀數(shù)機(jī)構(gòu)用的齒輪，則應(yīng)嚴(yán)格控制齒側(cè)間隙，必要時，須消除間隙。 雙聯(lián)齒輪的結(jié)構(gòu)分析及技術(shù)要求 從零件圖可知，該零件是回轉(zhuǎn)體，其結(jié)構(gòu)特點是徑向尺寸較大，軸向尺寸相對較?。恢? 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 10 要幾何結(jié)構(gòu)成表面有外圓、內(nèi)孔、端面和溝槽。 車削外圓及端面時，最高尺寸精度為 IT10；鉆、鏜花鍵底孔時，尺寸精度為 IT12；拉花鍵槽時，尺寸精度最高位 IT7級。同時兩端面的平行度為 ，左端面與花鍵槽的外輪廓的垂直度公差為 。 表面粗糙度方面，端面、齒面、花鍵槽有較高的表面粗糙度 ；其余的表面粗糙度為 和 。 技術(shù)要求需要齒坯整體滲碳，齒面高頻淬火至 52HRC。 零件圖 二、 雙聯(lián)齒輪的材料、毛坯及熱處理。 材料的選擇 齒輪應(yīng)按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪 材料的合適與 否對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。 一般來說，對于低速重載的傳力齒輪，齒面受壓產(chǎn)生塑性變形和磨損，且輪齒易折斷。應(yīng)選用機(jī)械強(qiáng)度、硬度等綜合力學(xué)性能較好的材料，如 18CrMnTi；線速度高的傳力齒輪，齒面容易產(chǎn)生疲勞點蝕，所以齒面應(yīng)有較高的硬度，可用 38CrMoAlA氮化鋼；承受沖擊載荷的傳力齒輪，應(yīng)選用韌性好的材料，如低碳合金鋼 18CrMnTi；非傳力齒輪可以選用不淬火 鋼，鑄鐵、夾布膠木、尼龍等非金屬材料。一般用途的齒輪均用 45 鋼等中碳結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼如 20Cr、 40Cr、 20CrMnTi等制成。 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 11 20CrMnTi材料的介紹： 牌號： 20CrMnTi 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 30771999 化學(xué)成份 ： 碳 C： ～ 硅 Si： ～ 錳 Mn： ～ 鉻 Cr： ～ 硫 S：允許殘余含量 ≤ 磷 P：允許殘余含量 ≤ 鎳 Ni：允許殘余含量 ≤ 銅 Cu：允許殘余含量 ≤ 鈦 Ti： ～ 力學(xué)性能： 抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)： ≥1080(110) 屈服強(qiáng)度 σs (MPa)： ≥835(85) 伸長率 δ5 (%)： ≥10 斷面 收縮率 ψ (%)： ≥45 沖擊功 Akv (J)： ≥55 沖擊韌性值 αkv (J/cm2)： ≥69(7) 硬度： ≤217HB 試樣尺寸： 試樣 毛坯尺寸為 15mm CrMnTi密度 :103kg/m3 彈性模量 :207GPa 泊松比 : 導(dǎo)熱率 :1051/℃ 材料特性： 20CrMnTi 是 滲碳鋼 ，滲碳鋼通常為含 碳 量為 %%的低碳鋼。汽車上多用其制造傳動 齒輪 ，是中淬透性滲碳鋼中 Cr Mn Ti 鋼，其淬透性較高，在保證淬透 情況下，具有較高的強(qiáng)度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。 20CrMnTi表面滲碳硬化處理用鋼。良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好 毛坯的選擇 我們通過查《零件制造工藝與裝配》 P95 頁的表 36 可知，鍛造毛坯用于高強(qiáng)度要求、耐磨、耐沖擊的齒輪，而且適合大批量生產(chǎn)，適用于鍛造碳素鋼、合金鋼。 同時我們查閱《材料科學(xué)與工藝》 P99頁的表 39 可知毛坯的尺寸計算， 我們確定毛坯的尺寸如下圖所示。 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 12 毛坯圖 通過對上面的材料 20CrMnTi 介紹滿足雙聯(lián)齒輪力學(xué)性能等技術(shù)要求，所以可以選擇20CrMnTi 作為雙聯(lián)齒輪的材料，毛坯選用模鍛。 熱處理的選擇 齒輪加工過程中一般常安排兩種熱處理。 1） 齒坯熱處理 ： 在齒坯粗加工前常安排預(yù)先熱處理 —— 正火。正火安排在齒坯加工前，其目的是為了消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，改善材料的加工性能 和提高綜合力學(xué)性能。 2） 齒面熱處理 ： 齒形加工后為提高齒面的硬度及耐磨性，根據(jù)材料與技術(shù)要求，常安排滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火及液 體碳氮共滲等處理工序。 這里我們選擇滲碳淬火，同時，由于 經(jīng)滲碳淬火的齒輪變形較大，對高精度齒輪尚需進(jìn) 行齒形精 加工。有鍵槽的齒輪，淬火后內(nèi)孔經(jīng)常出現(xiàn)橢 圓 形，為此鍵槽加工 宜 安排在齒面淬火之后。 修正內(nèi)孔，完成精基準(zhǔn)修正之后，進(jìn)行低溫回火，達(dá)到降低內(nèi)應(yīng)力、減少脆性、保持淬火后高硬度和耐磨性。 即熱處理安排的先后順序為 毛坯制造 — 齒坯熱處理 — 齒坯加工 — 齒形加工 — 齒端加工 —齒面熱處理 — 精基準(zhǔn)修正 — 齒形精加工 — 終結(jié)檢驗 三、 定位基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)零件圖的分析可知零件為回轉(zhuǎn)體零件，兩端面對孔的軸線都有較高的垂直度要求，并且兩端面 也有較高的平行度要求。由于是批量生產(chǎn)我們選用外圓和端面定位，用三爪自定心卡盤裝夾余量小的一端，在車床加工。這樣滿足了一次裝家中完成了外圓表面、切槽、鉆 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 13 孔、鏜孔的加工，減少了裝夾次數(shù)和定位誤差，保證了尺寸精度。符合使用一次原則和余量最小原則，故選用外圓和端面作為準(zhǔn)定位。 由于該零件是帶花鍵孔的盤齒類零件，需要拉床加工花鍵。加工過程中要保證花鍵的圓度和直線度。所以我們采用端面和拉到的導(dǎo)向部分作為定位基準(zhǔn)來保證圓度和直線度要求。 在齒形加工過程中，端面既是作為設(shè)計基準(zhǔn)又是定位基準(zhǔn)，符合“基準(zhǔn)重合”原則，避免定位基 準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生定位誤差，又能使齒形加工等工序基準(zhǔn)統(tǒng)一。只要嚴(yán)格控制內(nèi)孔精度，在專用心軸上定位時不需找正。故在大批量齒形加工過程之中，選用花鍵孔和端面作為定位基準(zhǔn)。 四、工藝路線 為保證達(dá)到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術(shù)要求，必須制定合理的工藝路線。 由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為批量生產(chǎn)，所以采用通用機(jī)床配以專用的工、夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機(jī)床數(shù)量，使生產(chǎn)成本下降。 為此我們給出兩種方案如下： 工藝路線一： 工藝路線二 鍛造、正火 鍛造、正火 1 粗車外圓及端面 1 粗車外圓及端面 2 拉花鍵孔 2 拉花鍵孔 3 去毛刺 3 去毛刺 4 精車外圓、端面 4 精車外圓及端面 5 檢驗 5 檢驗 6 滾齒 6 滾齒 7 插齒 7 倒角 8 倒角 8 去毛刺 9 去毛刺 9 剃齒 10 剃齒 10 滲碳及 齒部高頻淬火 11 滲碳及 齒部高頻淬火 11 推孔 12 推孔 12 衍齒 13 衍齒 13 總檢 14 總檢 兩個工藝方案中除第七道工序不同外，其他 的工序都相同，這二道工序都是為了獲得Z=44的切削加工。方案一是對 Z=51的齒形進(jìn)行滾齒加工后再對 Z=44的齒輪進(jìn)行插齒加工，這樣能保證切削加工順利地進(jìn)行下去。方案二是對 Z=51 的齒坯進(jìn)行滾齒加工后繼續(xù)對 Z=44的齒輪進(jìn)行滾齒加工，由于該零件是雙聯(lián)齒輪，兩齒輪間隔很小，若再對 Z=44 的齒坯進(jìn)行滾齒加工需得有專門的設(shè)備，增加了成本和加工難度 故從經(jīng)濟(jì)方面考慮我們選擇方案一，根據(jù)工序方案一制定出詳細(xì)的工序劃分如下所示 : 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 14 序號 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 1 毛坯鍛造 2 正火 3 粗車外圓及端面，留余量 ~2mm，鉆、鏜花鍵底孔至尺寸 Φ50H12 外圓及端面 4 拉花鍵孔 Φ50H12 孔及右端面 5 鉗工去毛刺 6 上心軸，精車外圓、端面及槽至尺寸要求 花鍵孔及右端面 7 檢驗 8 滾齒（ Z=51）留余量 ~ 花鍵孔及右端面 9 插齒（ Z=44）留余量 ~ 花鍵孔及右端面 10 倒角 （ Ⅰ 、 Ⅱ 齒輪 10176。 角） 花鍵孔極端面 11 鉗工去毛刺 12 剃齒（ z=51），公法線長度至尺寸上限 花鍵孔及右端面 13 剃齒（ z=44），公法線長度至尺寸上限 花鍵孔及右端面 汽車變速器雙聯(lián)齒輪加工工業(yè)設(shè)計 15 14 滲碳、淬火（ 52HRC）、低溫回火 15 推孔 花鍵孔及右端面 16 珩齒（ Ⅰ 、 Ⅱ ）至尺寸要求 花鍵孔及右端面 17 總檢入庫 五、工序余量工序尺寸的計算（公差，偏差） 該雙聯(lián)齒輪的加工是大批量生產(chǎn)，其加工余量的確定我們選用查表修正法，我們以 Φ159h6 外圓加工為例，我們通過查《 HB60772021 模鍛件公差及機(jī)械加工余量手冊》來確定其加工余量。 模鍛件的公差及機(jī)械加工余量按《 HB60772021 模鍛件公差及機(jī)械加工余量手冊 》確定。要確定機(jī)械加工余量，應(yīng)先確定如下各項