【文章內容簡介】 平衡這個差異，就要左邊輪子慢一點，右邊輪子快一點，用不同的轉速來彌補距離的差異。 如果后輪軸做成一個整體，就無法做到兩側輪子的轉速差異，也就是做不到自動調整。為了解決這個問題，早在一百年前，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯 .雷諾就設計出了差速器這個東西。當汽車直行時，左、右車輪與行星輪架三者的轉速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉彎時三者平衡狀態(tài)被破壞，導致內側輪轉速減小，外側輪轉速增加。差速器的這種調整是自動的，這里涉及到“最小能耗原理”， 也就是地球上所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。例如把一粒豆子放進一個碗內，豆子會自動停留在碗底而絕不會停留在碗壁，因為碗底是能量最低的位置（位能），它自動選擇靜止（動能最?。┒粫粩噙\動。同樣的道理，車輪在轉彎時也會自動趨向能耗最低的狀態(tài)，自動地按照轉彎半徑調整左右輪的轉速。 當轉彎時，由于外側輪有滑拖的現象，內側輪有滑轉的現象，兩個驅動輪此時就會產生兩個方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導致兩邊車輪的轉速不同，從而破壞了三者的平衡關系，并通過半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產生自轉，使外側 半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，從而實現兩邊車輪轉速的差異。 驅動橋兩側的驅動輪若用一根整軸剛性連接，則兩輪只能以相同的角度旋轉。這樣，當汽車轉向行駛時，由于外側車輪要比內側車輪移過的距離大，將使外側車輪在滾動的同時產生滑拖，而內側車輪在滾動的同時產生滑轉。即使是汽車直線行駛，也會因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動。 [] 課題研究的目的和意義 在汽車零部件的生產過程中，要分析并優(yōu)化零件的生產工藝及其夾具方案，以達到提高汽車零件生產 質量和生產效率，以降低生產成本，從而增強自己的競爭力，擴大市場占有率。通過對課題的分析與設計能夠減少原材料的消耗，降低工人的生產成本。另外對增強企業(yè)的競爭力業(yè)有重大的意義。 研究內容和研究方法 通過查找資料，研究差速器十字軸的加工工藝，繪制工藝流程圖和工序圖，同時設計其中一道工序的夾方案，詳細內容如下： 1. 首先仔析要加工的零件圖，分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學性能，并結合供選用的加工設備規(guī)格及制造條件、生產批量等因素，分析零件的加工工藝性。良好的加工工藝性應保證材料 消耗少、工序數目少、占用設備數量少、產品質量穩(wěn)定、操作簡單。 2. 確定工藝方案和主要工藝參數的計算。在分析了零件的工藝性后，找出零件的加工難點，根據實際情況提出各種可能的加工方案，內容包括工序性質、工序數目、工序順序及組合方式等。有時同一工序也存在多個可行的工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點，應從產品質量、生產效率、設備占用情況、零件制造的難易程度和壽命高低、生產成本、操作方便與安全程度等方面進行綜合分析、比較，確定出適合于現有生產條件的最佳方案。方案確定好后，應確定各工序的切削用量，如背吃刀量、主軸轉速、 加工余量等參數。 3. 選擇加工設備。根據要完成的工序性質和各種機床設備的特點，在保證零件的加工質量的同時，提高生產效率。在加工零件時，主要用到銑床、車床、鉆床、磨床。如在銑端面時，可以選擇在普通銑床上加工，也可以在雙端面銑床上加工，在雙端面銑床上加工零件的效率更高，因此可以選擇雙端面銑床來銑端面。 4. 夾具設計。在加工零件時，都會用到夾具，機床一般都一套通用夾具，適合加工形狀不是很復雜的零件。但當零件的形狀較復雜，加工精度要求較高時，如果只用機床配套的夾具時，有可能影響零件的加工精度，也不便于提高生產效率。十字軸是大批量生產，零件形狀雖不復雜，但加工精度要求較高。在保證零件加工精度的同時提高生產效率，結合機床特點，設計一套適合十字軸加工的專用夾具，那么生產效率將會得到很大提高。 論文正文的結構 本文共分 4 章，內容包括：緒論（簡述了該課題的背景及國內外研究現狀和研究方法以及意義和目的）；零件工藝總體設計（包括零件材料的分析和工藝方案的設計等）；各工序參數的計算（包括背吃刀量、進給速度等參數的確定）；夾具設計（包括定位誤差和夾緊力的計算及液壓系統(tǒng)夾緊的設計）。 第 2 章 零件的工藝總體設計 差速器十字軸零件介紹 該零件形狀相對比較簡單，從圖中可以看到零件有四個軸頸及軸頸上的幾個平面，主要通過銑、車、磨、鉆等加工方法來完成零件的加工 批量：年產 30000 件產品，單班生產；該零件的尺寸精度要求較高，因此，在設計工藝時要考慮其加工質量和生產效率。 圖 21 差速器十字軸實物圖 零件材料分析 十字軸的毛坯材料一般選用 20CrMnTi,毛坯采用模鍛方法制造。 20CrMnTi 材料介紹： 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 CrMnTi 鋼 ,其淬透性較高 ,在保證淬透情況下 ,具有較高的強度和韌性 ,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 ,特加工變形微小 ,抗疲勞性能相當好 .用途 :用于齒輪 ,軸類 ,活塞類零配件等 .用于汽車 ,飛機各種特殊零件部位 . 特性及適用范圍： 20CrMnTi 是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面＜ 30mm 的承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪 、齒圈、齒輪軸十字頭等。 化學成份 分 ： 碳 C： ～ 硅 Si： ～ 錳 Mn： ～ 硫 S：允許殘余含量≤ 磷 P：允許殘余含量≤ 鉻 Cr： ～ 鎳 Ni：允許殘余含量≤ 銅 Cu：允許殘余含量≤ 鈦 Ti： ～ 力學性能： 抗拉強度σ b MPa ：≥ 1080 110 屈服強度σ s MPa ：≥ 835 85 伸長率δ 5 ％ ：≥ 10 斷面收縮率 ψ ％ ：≥ 45 沖擊功 Akv J ：≥ 55 沖擊韌性值α kv J/cm2 ：≥ 69 7 硬度：≤ 217HB 試樣尺寸：試樣毛坯尺寸為 15mm[4] 工藝難點和特征 以下是十字軸零件圖 圖 22 差速器十字軸零件圖 十字軸的主要加工表面及技術要求： 四個軸頸尺寸為 mm，長度為（ 177。 ） mm 各軸頸中心線的不相交度公差為 ,軸頸中心線的垂直度公差為。 表面滲碳層的深度為 ～～～ [5] 通過分析零件圖可以看出，各軸頸的表面精度要求比較高， 在加工時要考慮各軸頸中心線的不相交度公差和垂直度公差。因此，加工軸的中心孔是非常重要的一步，直接影響零件的精度。在設計工藝時，即要保證零件的加工質量，又要考慮提高零件的生產效率，二者兼顧。 通過分析，在工藝的設計中需要著重解決好以下問題 : （ 1）軸頸表面所要求的精度。 （ 2）各軸頸中心線的不相交度和垂直度公差所要求的精度。 （ 3）盡量減少工件的裝夾時間，以提高生產效率。 設計依據 生產綱領：年產 30000 件產品，單班生產； 產品圖紙：零件圖如圖 22 所示。 工藝方案的設計 通過查找資 料，最終擬定兩套方案： 方案一：銑四軸頸端面→鉆四軸頸端面中心孔→頂中心孔車四軸徑外圓、倒角、車槽→銑平面→頂磨四軸頸→端面靠平→滲碳淬火處理→檢測形位公差和校正→鉆四軸頸中心孔→頂磨四軸徑→磷化處理。 [6] 方案二：銑端面→鉆中心孔→中間檢查→車外圓、倒角、車槽→銑平面→中間檢查→熱處理→粗磨軸頸→精磨軸頸→最終檢查→磷化處理； [5] 方案比較：方案一的工序較多，需鉆兩次中心孔，銑兩次端面，工件經過磨削后再進行熱處理，在熱處理過程中，工件會變形，影響零件的精度，方案二工序較少，工件經過熱處理后再進行磨削，零件的精度可以得到保證。方案一有部分工序需重復，生產效率較低，對批量生產不利。方案二工序雖較少，但生產效率較高。從總體看，結合零件的生產要求，方案二更合理。 毛坯尺寸的確定 零件圖給出了零件的最終尺寸，是經過各種工序加工后得到的產品，因此要查出各工序的加工余量，倒推零件的毛坯尺寸。 根據工藝方案，可以發(fā)現： 在加工過程中“銑端面” 這一道工序使毛坯的總長度變短，車外圓粗磨及精磨使各軸頸的尺寸變小。因此只要查出這三道工序的加工余量就可以知道毛坯的尺寸。 通過查詢機械加工工藝手冊 [7]可知： 精磨加工余量： 粗磨加工余量： 半精車加工余量： 粗車加工余量： 精銑加工余量： 由此可以得到軸頸的尺寸為： 28++++ 十字軸毛坯的長度為：（ +） *2 200mm 查手冊可知，模鍛件中心尺寸距尺寸偏差在 0～～ 因此，零件的毛坯尺寸便可以確定下 來 軸頸尺寸為： mm 十字軸中心線到軸端面的毛坯尺寸為： mm 根據各工序的加工方法及加工所能達到的經濟精度 [8]，可以定出各工序的加工作量： →→→→ 第 3 章 工藝設計計算 銑端面的工藝設計計算 由文獻 [9,669]表 894 選擇銑刀直徑，可得如下表格： 表 31 銑刀直徑的選擇 刀具名稱 硬質合金端銑刀 背吃刀 /mm ≤ 4 ~5 ~6 ~7 ~8 ~10 側吃刀 /mm ≤ 60 ~90 ~120 ~180 ~260 ~350 銑 刀 直 徑 /mm ~80 100~125 160~200 200~250 320~400 400~500 銑十字軸端面采用端銑刀，根據十字軸的加工余量可知： 背吃刀量 ≤≤ 3mm 側吃刀量 32mm 根據背吃刀量和側吃刀量，可知： 銑刀直徑 80mm 由于背吃刀量 ≤≤ 3mm，所以銑削時可一次加工完成，根據端面的表面粗糙度 ，由文獻 [9， 670]表 896 可知：銑刀每轉進給量為 : f ~由于工件材料為 20CrMnTi，為低碳鋼，毛坯的硬度為 200∽ 230HB, 由文獻[9， 673]表 899，可查得硬質合金刀具銑削速度范圍，如下 表所示： 表 32 硬質合金刀具銑削速度推薦范圍 加工材料 硬度 HB 銑削速度 / 低、中碳鋼 220 225~290 300~425 ~ ~ ~ 這里選擇銑削速度范圍為 ~ 考慮到背吃刀量和每轉進給量，取 根據公式 ， 式中，――銑削速度 ――銑刀直徑 n――銑刀轉速 可得銑刀轉速： 根據機床的轉速，取 n 340r/min 。所以實際切削速度為 所以確定切削用量為： 3mm， f ； ； n 。 采用的銑刀為：硬質合金可轉位錐柄面銑刀 直徑 80mm，銑刀總長度為 157mm，銑刀的國標為 GB/T 。 銑端面這一工序采用雙端面銑削機床，工件只需裝夾兩次便可以完成四個端面的銑削。工件通過三個 V 形塊以十字軸的外圓來定位。下圖為這一工序的定位原理： 圖 31 工件的定位原理 V V V3 分別表示 3 個 V 形塊， V V3 限制了十字軸沿 Z 軸和 Y 軸的轉動和移動， V1 限制了十字軸沿 X 軸的轉動， V1 同時還起到了一個定位的作用，即只要確定 V1 的中心 線到端銑刀的距離，同時確定兩端銑刀之間的距離便可保證十字軸兩端面之間的對稱度要求。這樣只要把工件安裝好之后，再把工作臺沿Y 軸移動，便可同時加工零件的兩個端面。加工好后，再把工件取下來旋轉 90度，便可加工另個兩個端面。 鉆中心孔的工藝設計計算 鉆中心這一工序的要求相對較高，這一工序直接影響到零件精度，即各軸線之間的不相交度公差和垂直度公差，考慮到在普通機床上加工中心孔難以保證零件軸線之間的垂直度誤差，同時在普通機床上裝夾工件較費時，這一工序在四軸組合鉆床上完成，由機床四個主軸的位置精度來保證其中心孔的 位置精度。因此，零件各軸線之間的不相交度公差和垂直度公差都可以得到保證。 在鉆中心孔時，先調整好鉆頭的位置，零件裝夾好之后，鉆頭只需向前移動，當達到規(guī)定的深度后再退刀。 這里選用不帶護錐的 A 型中心鉆來加工中心孔，得到如下圖所示的中心孔： 圖 32 中心孔的尺寸數 由于軸頸的尺寸不是很大，取 d ，由文獻 [9， 133]表 31，可查得如下表的尺寸： 表 33 中心孔的尺寸參數 d mm D mm mm T mm 參考尺寸 mm 鉆削用量計算 （ 1）選擇鉆頭 選用不帶護錐的 A 型中心鉆， d ， D 。 （ 2）選擇切削用量 背吃刀量 mm 確定進給量，由文獻 [9， 647]表 869，可查得高速鋼鉆頭鉆孔時的進給量： f ~按機床說明書，取 f 。 （ 3）切削速度 由文獻 [9， 64