【導(dǎo)讀】中國人口眾多，汽車市場有著巨大的潛力，將為汽車零件的發(fā)展帶來更加廣。十字軸為驅(qū)動橋差速器總成中的一個零件，其主要作用為支承四個行星齒輪，從而實現(xiàn)汽車在轉(zhuǎn)彎時的差速轉(zhuǎn)動。本文通過對差速器十字軸的結(jié)構(gòu)特點進行分。析，制定了差速器十字軸的加工工藝及夾具。針對零件所要求的加工質(zhì)量，擬定加。工方案并從中選擇最優(yōu)方案。在保證加工質(zhì)量的同時盡量提高生產(chǎn)效率，選擇合理。的機床及夾具，以降低成本。以AUTOCAD和三維造形軟件UG為設(shè)。計平臺，分別繪制了夾具的裝配圖、零件圖和差速器十字軸零件的三維模型。國內(nèi)外研究狀況·······································································2. 全球主要國家汽車產(chǎn)量變化概述····················

　　

【正文】 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(shù) 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(shù) d(mm) D(mm) 2l (mm) T(mm) 參考尺寸 1l (mm) 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 20 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 ?? Da p 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， 648]表 871，可得高速鋼鉆頭鉆孔時的切削速度：smvc /? 按公式計算主軸轉(zhuǎn)速 srd vn c / 0010 00 0 ????? ?? 根據(jù)機床說明書，取 n=10r/s，故實際切削速度 smndv c / 0 0 0/10101 0 0 0/0 ????? ?? （ 4）計算鉆削力、扭矩 由文獻 [9， 654]表 878，可查得鉆孔時的軸向力和切削扭矩的公式及相關(guān)參數(shù)。 軸向力： 4 3 3 ?????? FYXFF KfdCF F N 切削扭矩： 30 10 ??? MYXMM KfdCM M = 3 3 ????? = MN? 上述計算結(jié)果與機床值相比，均允許，確定采用切 削用量 ?pa mm， f=， smvc /? ， n=10r/s。 車削的 工藝設(shè)計計算 這一工序主要車削軸頸的外圓以及車槽，都以中心孔為輔助精基準。第一次走刀為粗車，它能達到的經(jīng)濟精度為 IT11~IT13，第二次走刀為半精車，它能達到的經(jīng)濟精度為 IT8~IT9，第三走刀也為半精車。 為了減少零件裝夾的時間，提高生產(chǎn)效率，不用三爪卡盤，用兩個頂尖定位十字軸，并用一個夾具把十字軸和車床主軸連接起來，使十字軸和機床主軸的轉(zhuǎn)速一西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 21 致。夾具簡圖如下圖所示： 圖 33 車削所用的頂針夾具 車削這一工序在 CE7120U 半自動液壓仿形車床上完成，車外圓時選用的車刀為：可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸為 16mm? 25mm， 粗、精加工兼顧。 確定粗車時的切削用量 （ 1）確定背吃刀量 pa 由于粗車時直徑的加工余量為 3mm，因此，加工時的單邊余量為 ，即 pa =。 （ 2）確定進給量 f 由文獻 [9， 633]表 850，可查得硬質(zhì)合金及高速鋼車刀粗車外圓時的進給量，可知粗車時的進給量為 f=~，根據(jù)機床說明書，初步選定f=。 （ 3）選擇切削速度 cv 由文獻 [9， 638]表 857，可查得外圓切削速度參考表，可得切削速度范圍為 smv c /~6 6 ? 。取 smvc /? 。 （ 4）確定主軸轉(zhuǎn)速 n 由公式 )33/(????? ?? dvn c （ r/s） 根據(jù)機床說 明書，取 n=16r/s。此時切削速度為： smdnv c / 33 ?????? ?? ?? （ 5）校核機床功率 由文獻 [9， 640]表 859，可查得切削力的公式及相關(guān)參數(shù)。主切削力： cFcFcfCCFc FZcYXpFnc KvfaCF ?? = 7 ??????? ?? =693（ N） 切削功率： 33 ????? ??ccc vFP （ kW） 由機床說明書查得，機床電機功率 ?EP (kW)，取機床傳動效 率， ?? 時 ????? ?Ec PP (kW) 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 22 所以，機床功率足夠。最后選定粗車的切削用量為： pa =， f=， smvc /? ， n=16r/s 確定半精車時的切削用量 （ 1）確定背吃刀量 pa 取即 pa =。 （ 2）確定進給量 f 由文獻 [9， 635]表 851，可查得硬質(zhì)合金車刀和高速鋼車刀半精車與精車外圓和端面時的進給量。預(yù)估切削速度 cv ，可查得f=~。根據(jù)機床說明書，取 f=。 （ 3）確定切削速度 cv 與機床主軸轉(zhuǎn)速 由文獻 [9， 638]表 857，可得切削速度范圍cv =~。考慮到進給量取得較大，故取 cv =2m/s。按公式得主軸轉(zhuǎn)速 )/()29/(????? ?? 按機床說明書，取 n=20r/s。按公式算得實際切削速度為 smdnv c / 33 ?????? ?? ?? 此速度大于預(yù)估速度，故可用。由于半精車切削力較小，故一般不需驗算。最后選定半精車的切削用量為： pa =， f=， smvc /? ， n=20r/s。 倒角 差速器在工作時，四個行星齒輪安裝在十字軸的四個軸頸上， 倒角一方面便于行星齒輪的安裝，同時也可以減小十字軸在工作時應(yīng)力過于集中的問題。 由于外圓車刀可以倒 o45 的角，因此在半精車過后，機床可以不用停車，只需把刀具退回到軸的端面，由于外圓車刀可以倒 o45 的角，可以直接用外圓車刀來倒角。半精車過后，工件的尺寸變?yōu)?? ， 而零件的最終尺寸為 28? ，對好刀之后，工件的單邊加工余量： +1=。因此，倒角時的切削用量為： mmap ? ， f=， smvc /? ， n=20r/s。 車槽 （ 1）選用刀具 由文獻 [9， 210]表 413，可查車刀型號，選用成形切斷車刀，由于 槽 的 寬 度 為 , 所 以 ， 車 刀 寬 度 為 。 （ 2）確定進給量 由文獻 [9， 636]表 852，可查得切斷和切槽的進給量，工件直徑在 20~40 時的進給量為 f=~，初步選定進給量為 f=。 （ 3）確定切削速度 cv 與機床主軸轉(zhuǎn)速 由文獻 [9， 637]表 855，可查得切斷和切西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 23 槽時的切削用量。可得硬質(zhì)合金車刀在車槽時進給量為 f=smvc /? 。 切槽時，最終直徑與初始直徑之比不同應(yīng)乘下面的修正系數(shù)。 表 34 最終直徑與初始直徑不同時所對應(yīng)的修正系數(shù) 最終直徑 /初始直徑（ dd/1 ） ~ ~ 修正系數(shù) K 軸頸的最終直徑為 ? ，初始直徑為 33? 。因此 dd/1 =所以修正系數(shù) K= 所以，切削速度為 smv c /4 7 8 ??? 根據(jù)公式計算主軸轉(zhuǎn)速 )/()33/(????? ?? 根據(jù)機床的主軸轉(zhuǎn)速范圍，取 )/(14 srn? 所以 實際切削速度為 smdnv c / 33 ?????? ?? ?? 最后選定車槽時的切削用量為： mmap ? ， f=， srn /14? ， smvc /? 銑平面的 工藝設(shè)計計算 銑平面這一工序是在軸頸的外圓上銑平面，每個軸頸銑兩個平面，以軸頸表面為精基準，這樣工藝基準與設(shè)計基準重合。 銑平面時是在 ? 這段軸上加工，兩平面之間 的距離為 27mm,假設(shè)兩平面以中心軸完全對稱，則每個平面加工的深度為 h=()/2=。 選擇銑刀 由于是銑平面，這里選用莫氏錐柄立銑刀（高速鋼立銑刀）。這里背吃刀量為mmap ? ，經(jīng)計算所銑平面的寬度不超過 10mm，選用 mmd 200 ? ，齒數(shù)為 4，取側(cè)吃刀量 mmae 3? 。 選擇切削用量 （ 1）確定背吃刀量 mmap ? 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 24 （ 2）確定進給量 已知側(cè)吃 刀量，由文獻 [9， 673]表 898，可查得高速鋼立銑刀每齒的進給量，可取 Zmmf Z /~? ，取 ZmmfZ /? 。 （ 3）確定銑削速度和刀具轉(zhuǎn)速 由文獻 [9， 673]表 899，可查得高速鋼刀具銑削速度范圍，可得，低、中碳鋼在硬度為 225~290 時的銑削速度為smvc /~? 。由于背吃刀量很小，可當作精銑，可以取 smvc /? 。根據(jù)公式計算刀具轉(zhuǎn)速： )/()80/(????? ?? 根據(jù)機床的轉(zhuǎn)速范圍取 srrn / in/420 ?? 所以，進給量為 rmmZff Z / ????? 所以實際切速度為 smdnv c / 33 ?????? ?? ?? 最后選定銑平面時的切削用量為 mmap ? ， srn /? ， smvc /? ， rmmf /? 。 磨削的工藝設(shè)計計算 選擇磨料品種和結(jié)合劑 工件為低碳鋼，經(jīng)過熱處 理，由文獻 [9， 304]表 464，選擇白剛玉（ WA），因為白玉剛適于磨削淬火鋼、合金鋼、高碳鋼、高速鋼以及加工螺紋及薄壁件等。由文獻 [9， 308]表 470，可選擇陶瓷結(jié)合劑 V(A)。 確定刀具型號 選用平形砂輪，形狀尺寸為 3212150 ?? ，粗磨時磨具粒度為F36~F46，精磨時的磨具粒度 F60~100。 由文獻 [9， 685]表 8120，可得如下表所示的數(shù)據(jù) ： 表 35 工件回轉(zhuǎn)的圓周速度 工件回轉(zhuǎn)的圓周速度 1min/ ??mvw 工件磨削表面 的直徑 wd /mm 20~30 粗磨 11~22 精磨淬火鋼及耐熱鋼 22~35 縱進給量如下表所示： 表 36 磨外圓時的縱進給量 粗磨 sa bf )~(? （ sb 為砂輪寬度 ） 精磨 表面粗糙度 mRa ? sa bf )~(? 表面粗糙度 mRa ?~ sa bf )~(? 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 25 粗磨時，取 1m in/22 ??? mvw ，根據(jù)公式 1000/ ndv ?? 式中， wd —— 工件直徑（ mm）； wn —— 工件主軸轉(zhuǎn)速（ m/min）， wv —— 工件回轉(zhuǎn)的圓周速度（ m/min）。 可得 2210 0010 00 ????? ?? w ww d vn ? （ r/min） 由此可選擇磨床型號為： MMB1312[10]，此機床工件主軸轉(zhuǎn)速范圍為 120~940r/min，為無級調(diào)速。 取 230?wn r/min，得工件實際轉(zhuǎn)速為： 0 0 0/2 3 0281 0 0 0/ ????? ?? ndv （ m/min） 由文獻 [9， 686]表 8120，查得當工件每轉(zhuǎn)的縱給量為 ?af sb =6mm 時，工作臺單行程的橫進給量為 111 ??? stmft ? 。 精磨時，取 1m in/35 ??? mvw ，根據(jù)公式 1000/ ndv ?? ，可得 35100 0100 0 ????? ?? w ww d vn ? （ r/min） 取 370?wn r/min，得工件實際轉(zhuǎn)速為： 0 0 0/3 7 0281 0 0 0/ ????? ?? ndv （ m/min） 由文獻 [9， 687]表 8120，查得工件每轉(zhuǎn)的縱給量為 rmmfa /10? ，工作臺單行程的橫進給量 ??? stmft ? 。 計算砂輪切削速度： MMB1312 磨床砂輪主速有 1550r/min 和 2200r/min，粗磨時選用 1550r/min，精磨時選用 2200r/min。 根據(jù)公式 1000/0ndvc ?? 式中， cv —— 砂輪切削速度（ m/s）； 0d —— 吵輪直徑（ mm）； n —— 砂輪主軸轉(zhuǎn)速（ r/s）。 可得，粗磨時的砂輪切削速度為： 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 26 15015501000/01 ?? ???? ?? ndv c （ m/s） 精磨時的砂輪切削速度為： 15022021000/02 ?? ???? ?? ndv c （ m/s） 由于 1cv 、 2cv 均小于 35，故可用 。 所以 ,粗磨時的切削用量為： 111 ??? stmft ? ， ?cv m/s， ?wn m/min， ?af 6mm； 粗磨時的切削用量為： ??? stmft ? ， ?cv m/s, ?wv m/min， rmmfa /10? 。 熱處理 十字軸在工作時，四個行星齒輪在十字軸的軸頸處轉(zhuǎn)動，因此對十字軸四個軸頸有很高的要求：表面硬度要高，有較高的耐磨性和疲勞強度；心部要有較好的塑性和韌性。十字軸的材料為 20CrMnTi， 是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部 。因此，零件經(jīng)過表面熱處理，可以滿足零件的要求。 由于零件表面滲碳層深度為 ～ ， 考慮到熱處理后還需進行磨削加工，粗磨和精磨總的作余量為 ，因此，零件在熱處理時的表面滲碳層深度應(yīng)為～ 。 為提高效率，采用感應(yīng)加熱表面淬火方式。 感應(yīng)加熱表面淬火原理： 感應(yīng)線圈中通以交流電時，即在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一與電流相同頻率的交變磁場。若把工件置于磁場中，則在工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，并由于電阻的作用而被加熱。由于交流電的集膚效應(yīng)，靠近工件表面的電流密度大，而中心幾乎為零。工件表面溫度快速升高到相變點以上，而心部溫度仍在相變點以下。感應(yīng)加熱后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液 噴射淬火，淬火后進行 180200℃低溫回火，以降低淬火應(yīng)力，并保持高硬度和高耐磨性。 [11] 圖 34 感應(yīng)加熱表面淬火原理圖 西南科技大學 本科生畢業(yè)論文 27 由于零件的尺寸較小，淬硬深度在 ～ 2mm 范圍內(nèi)，因此采用高頻感應(yīng)加熱方式。高頻感應(yīng)加熱的頻率為 100～ 1000KHZ。 確應(yīng)感應(yīng)加熱加熱的頻率： 根據(jù)高頻感應(yīng)加熱公式： f/20?? 式中， f—— 為頻率，單位 KHz； ? —— 加熱深度，單位為 mm。 零件表面滲碳層深度為 ～ ，取 ?? 所以， 22 ??????????????? ?f (KHz) 熱處理工藝：淬火前先進行滲碳處理，滲碳溫度為 920～ 940℃。淬火時用專用高頻淬火設(shè)備，加熱頻率為 237KHz，高頻加熱至 830～ 870℃直接淬火（乳化液淬），淬火后再在 180～ 200℃回火。 磷化處理 十字軸在工作過程中，行星齒輪安裝在四個軸頸上，行星齒輪在軸頸上轉(zhuǎn)動 ，這樣行星齒輪與十字軸就會產(chǎn)生摩擦。十字軸經(jīng)過磷化處理后，在軸頸表面上就會產(chǎn)生一層磷化膜，這層磷化膜可起到減摩作用，同時磷化膜在行星齒輪轉(zhuǎn)動時還起到潤滑作用。 磷化 膜的作用 ：給基體金屬提供保護，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用