本科學生畢業(yè)設計 HGCU2變速器輸入軸結構 及加工工藝設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 摘 要 變速器是完成傳動系任務的重要部件，也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的設計水平對汽車的動力性、燃料經濟性、換擋操縱的可靠性與輕便性、傳動平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，轎車變速器的設計趨勢是增大其傳遞功率與重量之比，并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。本設計以車型HGCU2變速器為基礎設計輸入軸，在給定發(fā)動機輸出轉矩、轉速及最高車速、最大爬坡度等條件下，著重對變速器輸入軸的結構參數進行設計計算以及對其進行工藝分析等。 我國的制造工藝與技術裝備相對落后于工業(yè)發(fā)達的國家，我國大多數企業(yè)目前還采用較落后的制造工藝及技術裝備生產，優(yōu)質高效率低耗工藝的普及率不足10%數控機床及高效設備不足5%。在產品開發(fā)設計的技術手段方面，我國CAD的覆蓋率僅為5%。不能及時開發(fā)設計具有創(chuàng)新和獨占性的市場的新產品。總之，我國的制造技術與水平還存在階段性的差距，而我國的機械制造裝備產業(yè)也是大致如此。 當前，制造技術的發(fā)展趨勢是：必須強化具有自己創(chuàng)新技術的產品開發(fā)能力，縮短產品的上市時間，提高產品質量和生產效率，從而提高企業(yè)的市場應變能力和綜合競爭能力。重視先進的基本制造工藝與特種工藝的研究，重視使能技術的研究和先進機床、刀具的研究，研究高性能的自動化加工機床，開發(fā)基于新工藝的裝備等，乃是當誤之急。 關鍵詞：變速器輸入軸；結構；工藝；夾具；設計。 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 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1汽車變速器的概述 1 1.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果 1 1.3汽車變速器輸入軸設計的目的和意義 4 1.4研究內容 5 第2章 載貨汽車主要參數的確定 7 2.1 軸的結構設計 7 2.1.1最小軸徑的確定 7 2.1.2各段軸的確定 7 2.2軸的校核 8 2.2.1軸的剛度校核 8 2.2.2軸的強度校核 15 2.3 本章小結 18 第3章 變速器輸入軸的工藝方案的確定 19 3.1零件的作用 19 3.2零件的工藝分析 19 3.3確定毛坯的制造形式 19 3.4定位基準的選擇 19 3.5制訂工藝路線 20 3.6本章小結 22 第4章 銑床、車床切削用量及工時的計算 23 4.1 機床夾具參數計算 23 4.2輸入軸加工工藝步驟 25 4.3本章小結 42 第5章 夾具設計 43 5.1夾具設計的目的 43 5.2夾具設計的步驟 43 5.3車床夾具設計 43 5.4銑床夾具設計 45 5.5夾具設計及操作的簡要說明 47 5.6本章小結 47 結論 48 參考文獻 49 致謝 50 第1章 緒 論 1.1汽車變速器的概述 汽車是一種快速機動的道路交通工具。一般是指自帶動力裝置的可以獨立行駛并完成運載任務的輪式車輛，具有四個或四個以上的車輪。按照國家標準中有關規(guī)定，汽車可分為載貨汽車，越野汽車，自卸汽車，牽引汽車，專業(yè)汽車，客車，轎車等種類。汽車的基本組成是相同的，均由發(fā)動機，底盤，車身和電氣設備四大部分組成，現代汽車將以往復活塞式內燃機為主要動力源，而發(fā)動機的扭矩、轉速與汽車的牽引力、車速要求之間的矛盾，靠現代汽車的內燃機本身是無法解決的。為此，在汽車傳動系中設置了變速器和主減速器。既可使驅動車輪的扭矩增大為發(fā)動機扭矩的若干倍，同時又可使其轉速減小到發(fā)動機轉速的若干分之一。 變速器用于改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下，滿足驅動車輪牽引力及車速不同要求的需要。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，今后要求汽車車型的多樣化、個性化、智能化已成為汽車的發(fā)展趨勢。但變速器設計一直是汽車設計中最重要的環(huán)節(jié)之一，它是用來改變發(fā)動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，同時使發(fā)動機在最有利的工況范圍內工作。因此它的性能影響到汽車的動力性和經濟性指標。變速器能使汽車以非常低的穩(wěn)定車速行駛，而這種低的車速只靠內燃機的最低穩(wěn)定車速是難以達到的。變速器的倒檔使汽車能倒退行駛；其空檔使汽車在啟動發(fā)動機、停車和滑行時能長時間將發(fā)動機和傳動系分離。 變速器的結構除了對汽車的動力性、經濟性有影響同時對汽車操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率等都有直接影響。變速器與主減速器及發(fā)動機的參數做優(yōu)化匹配，可得到良好的動力性與經濟性；采用自鎖及互鎖裝置，倒檔安全裝置，其他結構措施，可使操縱可靠，不產生跳檔、亂檔、自動脫檔和誤掛倒檔；采用同步器可使換檔輕便，無沖擊及噪聲；采用斜齒輪、修形及參數優(yōu)化等措施可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪聲低，不同的傳動比還可以使在其不同路面提高汽車的動力性和經濟性，使汽車和發(fā)動機有良好的匹配性。 1.2汽車變速器研究狀況、發(fā)展趨勢及成果 現代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對汽車的要求不斷的變化，機械式變速器不能滿足人們的需要。從40年代初，美國成功研制出兩檔的液力-機械變速器以來，自動變速器技術得到了迅速發(fā)展。80年代，美國已將液力自動變速器作為轎車的標準裝備。1983年時，美國通用汽車公司的自動變速器裝車率已經達到了94%。近些年來，由于電子技術和電子計算機技術的發(fā)展，自動變速器技術已經達到了相當高的水平。自動變速器與機械式變速器相比，具有許多不可比擬的優(yōu)勢：提高發(fā)動機和傳動系的使用壽命；提高汽車的通過性；具有良好的自適應性；操縱更加方便。 目前，國內變速器廠商都朝無級變速器和自動變速器方向發(fā)展，國內現已有好幾款轎車已經應用上無級變速器，而重型汽車則采用多中間軸的形式，將低速檔和高速檔區(qū)分開。 現在市場上的變速器細分為5類手動變速器(MT)，手動自動一體變速器(AMT)，無級變速器(CVT)、雙離合器變速器(DCT)和自動變速器(AT)，各自都有不同的優(yōu)勢。國內外的汽車制造與銷售數據顯示人們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐洲市場，原本是手動變速器的市場，不斷被自動變速器占領。如在英國，現在裝配自動變速器的汽車占汽車總量的15%。而5年前，這個數字是13.5%。日前，世界著名的變速器制造商——德國ZF公司預測說到2012年，北美市場出售的汽車中將只有6%是手動擋2013年歐洲變速器市場上，配備手動自動一體的變速器將占20%，可以預見帶有自動功能變速器的汽車是未來市場的主導產品發(fā)展和掌握自動變速器制造技術是追趕世界變速器制造潮流的方向。而優(yōu)先開發(fā)手動自動一體變速器具有技術上的延續(xù)性，對我國來說具有更大的優(yōu)勢。 AMT是在M下基礎上增加ASCS自動換擋控制系統組成的。ASCS由微控制器控制的執(zhí)行機構(液壓氣壓或電機)組成以電控液壓(氣壓)或電機機構代替人力控制離合器和選換擋機構實現自動變速功能。AMT具有自動換擋的功能能大幅提高離合器、同步器壽命(先進的AM下技術還可實現無離合器和無同步器下的自動換擋)和行車安全性且保留了傳統有級機械變速器傳動效率高、體積小、機構簡單、使用可靠，易于制造、成本低燃油消耗少和維護與使用費用低等優(yōu)點特別適合我國國情。目前公司AMT項目正在按計劃實施。 汽車行駛的速度是不斷變化的，這就要求汽車的變速器的變速比要盡量多，這就是無級變速(Continuously Variable Transmission簡稱"CVT") 。盡管傳統的齒輪變速箱并不理想，但其以結構簡單、效率高、功率大三大顯著優(yōu)點依然占領著汽車變速箱的主流地位。 在跨越了三個世紀的一百多年后的今天，汽車還沒有使用上滿意的無級變速箱。這是汽車的無奈和缺憾。但是，人們始終沒有放棄尋找實現理想汽車變速器的努力，各大汽車廠商對無級變速器(CVT)表現了極大的熱情，極度重視CVT在汽車領域的實用化進程。這是世界范圍尚未根本解決的難題，也是汽車變速器的研究的終極目標。 圍繞汽車變速箱四個研究方向，各國汽車變速器專家展開了激烈的角逐。 1、摩擦傳動CVT 金屬帶式無級變速箱 (VDT-CVT)的傳動功率已能達到轎車實用的要求，裝備金屬帶式無級變速箱的轎車已達100多萬輛。據報道：大排量6缸內燃機（2.8L）的奧迪A6轎車上裝備的金屬帶式無級變速箱Multitronic CVT ，能傳動142kw（193bhp）功率，280 N·m扭矩。這是真正意義的無級變速器。 另一種摩擦傳動CVT(名為Extroid CVT)是滾輪轉盤式。日產把它裝在概念車XVL上首次于去年東京車展展示，新款公爵(Cedric)車也裝用這種CVT?？膳c3L以上排量的大馬力內燃機(XVL的引擎輸出為330 N·m /194kw)搭配使用，可謂汽車變速箱發(fā)展史上又一重要進步。從V形橡膠帶CVT到V型金屬帶CVT再到滾輪轉盤式CVT，摩擦傳動CVT的研究已持續(xù)了整整一個世紀，盡管摩擦傳動無級變速器的發(fā)展已經達到很高的水平，也已經裝備上汽車達到了實用的水平。但齒輪變速箱依然占據著半壁河山，這至少說明了四個問題： （1）無級變速（CVT）是汽車變速箱始終追逐的目標。 （2）摩擦傳動CVT實現大功率的無級變速傳動是極為困難的。 （3）摩擦傳動CVT傳動效率低是必然的。 （4）摩擦傳動CVT的效率，功率無法與齒輪變速相比。 2、液力傳動 人們經常把液力自動變速器（AT）和無級變速器（CVT）兩個概念混為一談。實際上這兩種變速器工作原理完全不同。液力自動變速器免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，使開車變得簡單、省力。但是， 液力自動變速器（AT）不是無級變速，是有級變速的自動控制，沒有從根本上滿足汽車對變速器的要求。從原始橡膠帶無級變速箱到現代金屬鏈無級變速箱、滾輪轉盤式CVT，百年大回轉說明：無級變速箱是汽車變速箱的最終歸屬，液力自動變速器只不過是一種過渡產品。 3、電控機械式自動變速器 電控機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission簡稱"AMT")和液力自動變速器（AT）一樣，不是無級變速器，是有級變速器的自動換檔控制。其特點是機械傳動部分沿用了傳統的有級變速箱，但控制參量太多，實現自動控制相當困難。 4、齒輪無級變速器 齒輪無級變速器（Gear Continuously Variable Transmission）這是一種全新的設計思想，是利用齒輪傳動實現高效率、大功率的無級變速傳動。 據最新消息：一種"齒輪無級變速裝置"(Gear Continuously Variable Transmission簡稱"G-CVT")已經試制成功，并已經進行了多次樣機試驗。"齒輪無級變速裝置"結構相當簡單，只有不足20種非標零件，51個零件，生產成本甚至低于手動變速箱。預計今年進行裝車試驗。 齒輪無級變速器的優(yōu)勢表現為： （1）傳動功率大，200KW的傳動功率是很容易達到的； （2）傳動效率高，90%以上的傳動效率是很容易達到的； （3）結構簡單，大幅度降低生產成本，相當于自動變速箱的1/10； （4）對汽車而言，提高傳動效率，節(jié)油20%； （5）發(fā)動機在理想狀態(tài)下工作，燃料燃燒完全，排放干凈，極大的減少了對環(huán)境的污染。 1.3汽車變速器輸入軸設計的目的和意義 汽車制造是車輛工程專業(yè)的主要培養(yǎng)方向，進行汽車零件結構設計及加工工藝規(guī)程與專用機床夾具設計，目的是為了能使我們綜合運用所學專業(yè)知識，如機械制圖、測量與公差配合、金屬材料與熱處理、工程力學、機械制造基礎、機械設計、汽車設計、汽車制造工藝等，通過理論聯系實際，使這些知識得到進一步鞏固、加深和拓展，熟悉機械加工工藝規(guī)程編制、機床夾具設計的方法，培養(yǎng)我們設計能力和解決實際問題的能力，對CAD繪圖、運用設計資料（如手冊、圖冊、技術標準、規(guī)范等）以及進行經驗估算等技能得到綜合訓練，力求設計合理，理論聯系實際，設計手段具有一定的先進性。 變速器軸在工作中承受著轉矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會產生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產生過大的噪聲，降低齒輪的強度、耐磨性及壽命。 變速器軸在工作時承受扭矩、彎矩，因此應具備足夠的強度和剛度。軸的剛度不足，在負荷作用下，軸會產生過大的變形，影響齒輪的不常嚙合，產生過大的躁聲，并會降低齒輪的使用壽命。這一點很重要，與其它零件的設計不同。 設計變速器軸時主要考慮以下幾個問題：軸的結構形狀，軸直徑、長度、軸的強度和剛度，軸上花鍵型式和尺寸等。軸的結構主要依據變速器結構布置的要求，并考慮加工工藝，裝配工藝而最后確定。 變速器用于轉變發(fā)動機曲軸的轉矩及轉速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅動車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 變速器由變速器傳動機構和操縱機構組成。根據需要，還可以加裝動力輸出器。按傳動比變化方式，變速器可以分為有級式、無級式和綜合式三種。 有級式變速器應用最為廣泛。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系形式不同，有軸線固定式（普通變速器）和軸線旋轉式變速器（行星齒輪變速器）兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3～5個前進檔和一個倒檔。 變速器由變速器傳動機構和操縱機構組成。變速傳動機構可按前進檔數或軸的形式不同分類。具體分類如下： 根據前進擋數：三擋變速器、四擋變速器、五擋變速器、多擋變速器。 根據軸的形式；固定軸式、旋轉軸式。 固定軸式可分：兩軸式變速器、中間軸式變速器、雙中間軸式變速器、多中間軸式變速器 固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上，中間軸式變速器多用于發(fā)動機前置后輪驅動的汽車上。旋轉軸式主要用于液力機械式變速器。然后對輕型貨車來說，采用中間軸式變速器為多見，為此我以兩軸式變速器的輸入軸及齒輪作為設計對象。 1.4研究內容 在本次設計中，主要是針對HGCU2輕型變速器輸入軸進行結構和工藝設計。 我除了對汽車變速器輸入軸的結構進行了合理的布置外，還運用了材料力學、機械原理、機械設計等知識，對其進行受力分析，強度、剛度的校核，以及為這些零件選擇合理的工程材料和熱處理方法。 在設計的初期，我專門去一汽輕型汽車有限公司的特約維修站參觀汽車的整體構造尤其是變速器輸入軸的功用；在設計的第二階段，通過參考學校實驗室里的松花江中型貨車的變速器輸入軸結構，對變速器輸入軸進行整體結構布置，校核軸和齒輪的強度、剛度，選擇材料和熱處理方法；在第三階段的主要任務是繪制變速器輸入軸的裝配圖和重要的零件圖，確定個零件的精度等級及其它參數；第四階段對輸入軸進行工藝分析以及工藝，工序卡片的編制最后，是對整體論文的編寫整理整個設計過程中的各種資料，以及對前期設計中的錯誤做出修改。 本次設計主要是依據參考的乘用車的參數，通過對變速器輸入軸參數的選擇和計算，設計出一種基本能滿足HGCU2工作要求的輸入軸結構。本文主要完成下面一些主要工作： 1、根據HGCU2車型變速器輸入軸基本參數確定設計方案； 2、設計變速器輸入軸，繪制零件圖和毛坯圖； 3、制定零件加工工藝路線； 4、進行工序設計； 5、設計兩道工序的夾具； 6、繪制夾具圖紙； 7、編寫設計說明書。 第2章 載貨汽車主要參數的確定 2.1 軸的結構設計 2.1.1最小軸徑的確定 在已知兩軸式變速器中心距時，軸的最大直徑和支承距離的比值可在以下范圍內選取：對輸入軸，=0.16～0.18；對輸出軸，0.18～0.21。 輸入軸花鍵部分直徑（mm）可按下式初選?。? 式中： ——經驗系數，=4.0～4.6； ——發(fā)動機最大轉矩（N.m）。 輸入軸花鍵部分直徑： =22.16～25.48mm 初選輸入、輸出軸支承之間的長度=265mm。 按扭轉強度條件確定軸的最小直徑： （2-1） 式中： d——軸的最小直徑（mm）； ——軸的許用剪應力（MPa）； P——發(fā)動機的最大功率（kw）； n——發(fā)動機的轉速（r/min）。 將有關數據代入（3.22）式，得： mm 所以，選擇軸的最小直徑為25mm。 2.1.2各段軸的確定 根據軸的制造工藝性要求，將軸的各部分尺寸初步設計如圖2.1所示： 圖2.1 軸的結構尺寸 2.2軸的校核 2.2.1軸的剛度校核 對齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內產生的撓度和軸在水平面內的轉角。前者使齒輪中心距發(fā)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合；后者使齒輪相互歪斜，致使沿齒長方向的壓力分布不均勻。初步確定軸的尺寸以后，可對軸進行剛度和強度驗算。 圖2.2 變速器軸的撓度和轉角 軸的撓度和轉角如圖2.2所示，若軸在垂直面內撓度為，在水平面內撓度為和轉角為δ，可分別用下式計算： （2-2） （2-3） （2-4） 式中： 　 ——齒輪齒寬中間平面上的徑向力（N）； 　——齒輪齒寬中間平面上的圓周力（N）； 　 ——彈性模量（MPa），=2.1×105 MPa； 　 ——慣性矩（mm4），對于實心軸，； 　 ——軸的直徑（mm），花鍵處按平均直徑計算； 、——齒輪上的作用力距支座、的距離（mm）； ——支座間的距離（mm）。 軸的全撓度為mm 軸在垂直面和水平面內撓度的允許值為=0.05～0.10mm，=0.10～0.15mm。齒輪所在平面的轉角不應超過0.002rad （1）軸上受力分析 一檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=30mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mm mm rad 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=45mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 二檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=44mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=42mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 三檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=95；b=170mm；L=265mm；d=53mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： =mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=72mm；b=193mm；L=265mm；d=40mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 四檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=144mm；b=121mm；L=265mm；d=53mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=144mm；b=121mm；L=265mm；d=35mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 五檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=166mm；b=99mm；L=265mm；d=35mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm rad 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=30mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 倒檔工作時： N N N 輸入軸的撓度和轉角的計算： 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=32mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 輸出軸的撓度和轉角的計算： 輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等，方向相反。 已知：a=218mm；b=47mm；L=265mm；d=30mm，把有關數據代入（2-2）、（2-3）、（2-4）得到： mm mmmm mm 由以上可知道，變速器在各檔工作時均滿足剛度要求。 2.2.2軸的強度校核 變速器在一檔工作時： 對輸入軸校核： 計算輸入軸的支反力： N N N 已知：a=24mm；b=241mm；L=265mm；d=30mm，c=53mm 1、垂直面內支反力 對B點取矩，由力矩平衡可得到C點的支反力，即： （2-5） 將有關數據代入（2-5）式，解得：=3148.0N 同理，對A點取矩，由力矩平衡公式可解得： 2、水平面內的支反力 由力矩平衡和力的平衡可知： （2-6） （2-7） 將相應數據代入（2-6）、（2-7）兩式，得到： 3、計算垂直面內的彎矩 B點的最大彎矩為： N·mm N·mm N·mm B點的最小彎矩為： N·mm 4、計算水平面內的彎矩 N·mm 5、計算合成彎矩 N·mm N·mm 軸上各點彎矩如圖2.3所示： 圖2.3輸入軸的彎矩圖 作用在齒輪上的徑向力和軸向力，使軸在垂直面內彎曲變形，而圓周力使軸在水平面內彎曲變形。在求取支點的垂直面和水平面內的支反力之后，計算相應的彎矩、。軸在轉矩和彎矩的同時作用下，其應力為 (2-8) 式中：（N.m）； ——軸的直徑（mm），花鍵處取內徑； ——抗彎截面系數（mm3）。 將數據代入（2-8）式，得： MPa MPa 在低檔工作時，400MPa，符合要求。 2.3 本章小結 本章主要計算出HGCU2變速器輸入軸的主要參數以及受力情況，并對其進行強度和剛度的校核，為接下來的畫圖奠定基礎。 第3章 變速器輸入軸的工藝方案的確定 3.1零件的作用 題目所給為HGCU2變速器輸入軸的設計，它位于變速箱內，主要作用是轉遞扭矩使齒輪獲得轉動的動力。軸上的齒輪與花鍵用于與別軸傳動力與運動。 3.2零件的工藝分析 該零件圖的視圖正確，完整，尺寸，公差及技術都符合要求。但是，零件的加工過程，需要有較高垂直度和徑向跳動誤差，兩端軸徑需要較細的表面粗糙度，各裝配基面要求有一定的尺寸精度，否則會影響機器設備的性能和精度。由于零件的結構較規(guī)則，加工時不需要較復雜且專用夾具就能準確的定位，并保持適當的夾緊力。 零件材料為20CrMnTi鋼，考慮到主軸經常作順逆時針方向的旋轉帶動齒輪和轉速常變化，故在工作過程中常交變扭矩，這樣就需要對毛坯進行鍛造，在經過鍛打后內部纖維組織分布均勻，抗壓抗扭強度提高，保證零件工作可靠性；耐磨性，耐熱性也大大提高。 3.3確定毛坯的制造形式 零件材料為20CrMnTi號鋼，它是最常見的材料，其優(yōu)點是：價格便宜，用途廣泛，力學性能好，工藝性好。又因為該零件為大批量生產，毛坯的質量約為35kg，它的外型尺寸簡單適宜采用膜鍛，毛坯精度較高，加工余量可適當減少，也節(jié)約材料。 3.4定位基準的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得到提高。否則，加工工藝過程中會出很多問題，進而導致生產無法正常進行。 1、粗基準的選擇 粗基準的作用主要是決定加工面與不加工面之間的位置關系，以及保證加工面的余量均勻，對于軸類零件選取外圓為粗基準。 2、精基準的選擇 在兩端面加工出頂尖孔為精基準。由于頂尖孔為精基準除了使設計基準與定位基準重合外，還可以提高二次裝夾精度，從而減少了多次裝夾的裝夾誤差。在不能用頂尖孔定位時或為了提高零件的剛度，可采用外表面定位，外圓表面與一端頂尖孔定位。在加工鍵槽時為了保證與軸線對稱并達到一定的深度，就用鍵槽所在的外圓株面定位。鉆通孔用錐套心軸定位。 3.5制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度以及位置精度等技術要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定為大批量生產的條件下，可以考慮采用萬能機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率，除此以外，還應考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降.根據各表面加工要求和各種方法能達到的經濟精度，確定各表面的加工方法如下: 1、在加工外圓柱表面時，為避免降低工件剛度，應先加工大直徑外圓后才加工小直徑外圓。 2、孔加工安排在調質后進行。因為調質處理工件變形大，如果加工孔安排在前由調質引起的變形無法修正；保證深孔與外圓同心和主軸壁厚均勻，應安排在外圓粗車或半進車后，就回有一個較精確的軸頸作伸孔加工的定位基準。 3、主軸上的鍵，螺紋和斷面上的螺紋孔安排在外圓粗精磨之前車削之后。這是因為在車削加工是繼續(xù)切削會引起振動，影響質量。對于主軸螺紋，與主軸支撐軸頸有同軸度要求，它的加工安排在精加之后。 根據先面后孔，先主要表面后次要表面，先粗加工后精加工的原則初步擬訂加工工藝路線如下: 工藝路線方案一: 工序1:備料。 工序2:鍛造 工序3:正火熱處理 工序4:銑端面鉆頂尖孔 工序5:粗車外圓 工序6:調質處理 工序7:車左端各部分（車大端外圓、端面及切槽） 工序8:車右端各部分 （仿形車小端各部分外圓） 工序9：熱處理 工序10：精車外圓 工序11：粗磨外圓 工序12:銑鍵槽 工序13:車螺紋 工序14:粗磨外錐面 工序15:精磨外錐面 工序16:倒角去毛刺 工序17:檢驗 工序18:入庫 上述方案遵循了工藝路線制訂的一般原則，但某些工序有些問題還值得進一步討論。 工藝路線方案二: 工序1:備料。 工序2:鍛造 工序3:正火熱處理 工序4:車端面鉆頂尖孔 工序5:粗車外圓 工序6:調質處理 工序7:車右端各部分 工序8:車左端個部分 工序9:熱處理（高頻淬火） 工序10：精車外圓 工序11：粗磨外圓 工序12:銑齒輪 工序13:銑鍵槽 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:檢驗 工序19:入庫 工藝方案的比較分析： 以上加工方案大致看來還是合理的。但通過仔細考慮零件的技術要求及可采取的加工手段之后，就會發(fā)現仍有問題。在進行精車時應安排在淬火處理之前，因為淬火使零件的表面的更度增加，切削應力增加，同時淬火使零件微小變形，我精車時可以進行補賞。倒角和切槽安排在磨削之前，就方便磨削。為了提高后面加工方便可靠，在進行精加工前安排一道劃線工序。 上面兩道工藝路線大至相同，前九道工序相同，每個方案只是顧及到一方面，在兩種方案中比較再進行總結。軸類零件便于裝夾先加工出小端為大端的加工精度作保證。我們在銑槽時應該先銑端面，這樣就為銑槽加工精度和測量精度作基礎，就要很容易到達技術要求。在銑端面可用車床進行車削，因為在后面的幾道工序中都是用了車削加工，可以減少運輸工件的輔助時間，提高生產效率。前兩種方案都沒有完全編出加工零件的所有工序，現在上面兩組基礎上總結，擬訂完整加工路線工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。 3.6本章小結 本章主要是針對變速器一軸進行工藝分析，制定工藝路線，確定工藝方案，列出加工過程中所需要的工序，為下邊編制機械加工工序卡片做鋪墊。 第4章 銑床、車床切削用量及工時的計算 4.1 機床夾具參數計算 1、三道工序 模鍛，正火熱處理毛坯，車兩端面。 2、加工條件 工件材料：20CrMnTi鋼正火σb=0.6mpa，模鍛。 加工要求：粗車，半精車，主軸兩端面，并鉆中心孔表面粗糙度值Ra均為6.3μm， 機床選擇：c620-3臥式車床。 刀具選擇：刀具材料YT15，刀桿尺寸20×30mm2，kr=90，r0=5，rs=0.05mm2， 查《機床加工工藝設計實用手冊》12-7。 3、計算切削用量 已知毛坯長度方向的加工余量為10，粗車時分兩次加工，ap=4.5計長，半粗車加工為1次 ap=1mm計長。 進給量f 根據《機床加工工藝設計實用手冊》表15-11。 當刀桿尺寸為20×30mm2，ap為3~5時，以工件直徑為90mm時 f=0.5~0.7mm/r ， 取f=0.5mm/r。ap為5~8時，以及工件直徑為400時，f=0.6~0.8mm/r，取f=0.6mm/r。 4、計算切削速度 查《機械加工工藝手冊》表8.4-8 當f=0.7時，其中Cv=242；Xv=0.15；m=0.2時： 確定機床主軸轉速： 按《機械加工工藝手冊》表3.1-18，與400r/min 相近的機床轉速為315r/min和430r/min，所以選取430r/min。 實際切削速度為： 大端得： 確定機床主軸的轉速： 與20CrMnTi.6r/min相近的機床轉速為250r/min，所以選取250r/min，故實際切削速度為 5、計算切削工時 L1=20CrMnTimm；L1=2，L2=5，L3=0；L2=70mm 半精車時： 確定機床轉速： 按機床說明書《機械加工工藝手冊》，選取nw=500r/min，Nw=350r/min，其實際切削速度為： 切削工時的計算： 4.2輸入軸加工工藝步驟 1、工序鉆中心孔 機床的選擇 ZC35A搖臂鉆床 刀具的選用：A型中心孔《機械加工工藝手冊》表4.3-2 進給量f=0.08mm/r 查《機械加工工藝設計實用手冊》表15-39 切削速度V=18m/min： 按機床選取n=2000r/min 《機械加工工藝手冊》表2.5-7 所以實際切削速度： 切削工時的計算： 查《機械加工工藝手冊》表2.5-7 2、工序粗車外圓 機床的選擇：c620-3臥式車床 刀具：刀具材料 YT15刀桿尺寸20×30mm2，kr=90，r0=15，a0=5，λs=0.5mm。 查《機械加工工藝設計實用手冊》表12-7 3、粗車?25d6 外圓 粗車?25d6外圓同時應校驗機床功率及進給機構強度 切削深度，單邊余量 Z=4.6mm； 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得，選用f=0.6mm/r； 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8。 確定主軸轉速： 按機床選取n=350r/min，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力F按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其中： Xfc=2650；xfc=1.0；yFc=0.75；nFZ=-0.15；Kmp= =0.94；kr=0.89所以： FZ=2876.5N 切削時消耗功率 查《機械加工工藝實用手冊》C620-3主電機功率為7.5kw，所以機床主軸功率足夠可以正常加工。 檢驗機床進給系統強度：已知主切削力，徑向切削里Fp按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示公式計算： 式中： CFP=1950；XFP=0.9；yFP=0.6；nFp=-0.3；所以： 而徑向切削力： 式中：CFf=2880；XFf=1.0；YFf=0.5；nFf=-0.4； 軸向切削力： 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數=0.1； 則機床切削力在縱向進給方向對進給機構的作用為： F=Ff+μ(FC+FP) =1376.5+0.1(2876.5+49.8)=1576.3N 而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N見《切削手冊》表1.10，故機床進給系統可正常工作。 切削工時的計算：，其中，《機械加工工藝手冊》表2.5-3，所以 T=0.48(min) 4、粗車?30到?40的外圓 切削深度，單邊余量 Z=5mm，共進行6次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得 選用f=0.6mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 確定主軸轉速： 按機床選取n=430r/min，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力FC按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其中：cfc=2650，xfc=1.0，yft=0.75，nft=-0.15 ，Kmp=() =0.94，kr=0.89所以 FC=1473N 切削時消耗功率 查《機械加工工藝實用手冊》C620-3主電機功率為7.5kw，所以機床主軸功率足夠可以正常加工。 檢驗機床進給系統強度：已知主切削力FC=1473.5N，徑向切削里Fp按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示公式計算： 式中：CFP=1950，XFP=0.9，yFP =0.6 nFp=-0.3 所以： 而徑向切削力： 式中：CFf=2880，XFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4 軸向切削力：Ff=772.7N 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數=0.1; 則機床切削力在縱向進給方向對進給機構的作用為： F=Ff+μ(Fc+Fp) =987.5N 而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N見《切削手冊》表1.10，故機床進給系統可正常工作。 切削工時的計算： 其中了l=77，l1=2，l2=0，《機械加工工藝手冊》表2.5-3 所以 T=1.537(min) 5、粗車?32外圓 切削深度，單邊余量 Z=3.5mm，共進行4次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10可得，選用f=0.6mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 確定主軸轉速： 按機床選取n=430r/min，所以實際切削速度： 切削工時的計算： 其中l(wèi)=315，l1=2，l2=4，《機械加工工藝手冊》表2.5-3所以: T=3.73(min) 6、粗車外圓 切削深度，單邊余量 Z=3.5mm共進行3次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得 選用f=0.6mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 確定主軸轉速： 按機床選取n=430r/min，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力F按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其各值與5相同故: FC=1783.23(N) 切削時消耗功率Pc為: 所以4.86<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工時的計算： 其中l(wèi)=23，l1=2，l2=4，《機械加工工藝手冊》表2.5-3 所以，T=0.34(min) 7、粗車?69gd1外圓 切削深度，單邊余量 Z=3.5mm，共進行2次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得 選用f=0.6mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 確定主軸轉速： 按機床選取n=560(r/min)，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力F按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其各值與5相同故: FC=1357.8(N) 切削時消耗功率Pc為: 所以3.8<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工時的計算： 其中l(wèi)=29，l1=4，l2=2，《機械加工工藝手冊》表2.5-3，所以 T=0.21(min) 8、粗車?57外圓 切削深度，單邊余量 Z=3 mm，共進行3次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得 選用f=0.6mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 確定主軸轉速： 按機床選取n=430(r/min)，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力F按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其各值與5相同故: FC=1543.6(N) 切削時消耗功率Pc為: 所以3.47<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工時的計算： 其中l(wèi)=38，l1=4，l2=2，《機械加工工藝手冊》表2.5-3，所以 T=0.48(min) 9、粗車?47外圓 切削深度，單邊余量 Z=2 mm，共進行3次切削 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表15-10 可得 選用f=0.8mm/r 計算進給量根據《機械加工工藝設計實用手冊》表8.4-8 當>0.7時，CV=235，xv=0.15，yv=0.45，m=0.2 確定主軸轉速： 按機床選取n=430(r/min)，所以實際切削速度： 檢驗機床功率：主切削力F按《機械加工工藝手冊》表8.4-10所示計算： 其各值與5相同故: FC=3154.3(N) 切削時消耗功率Pc為: 所以6.5<7.8 (KW)，故可以正常工作 切削工時的計算： 其中l(wèi)=29，l1=2，l2=4， 《機械加工工藝手冊》表2.5-3所以 T=2.26(min) 10、仿形車?48d6外圓 由《機械加工工藝實用手冊》表15-11 當Ra3.2時，f=0.4mm/r時，切削深度，單邊余量Z=0.75一次切除 計算切削速度：見《機械加工工藝手冊》表8.4-8 其中：CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2所以： Vc=184.3(m/min) 確定主軸轉速： 查《機械加工工藝手冊》確定n=1200(r/min) 檢驗機床功率：主切削力Fc按《機械加工工藝手冊》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 切削時消耗功率: 由《機械加工設計手冊》表3.1-16機床主電機的功率為4.5KW，所以機床功率足夠可以正常加工。 11、仿形車?50dg外圓面 切削深度，單邊余量Z=0.5 一次切除，進給量f=0.7mm/r時， 計算切削速度：見《機械加工工藝手冊》表8.4-8 其中 CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2 所以Vc=131.6(m/min) 確定主軸轉速： 查《機械加工工藝手冊》確定n=821.7(r/min)，取n=960(r/min) ，檢驗機床功率：主切削力Fc按《機械加工工藝手冊》表8.4-8 式中:CFC=2650，xFC=1.0，yFC=-0.15，Kmp=0.94，KFr=0.89 所以 ，Fc=410N 切削時消耗功率 因為0.9KW<4.5KW， 故可以正常加工。 切削工時的計算： 其中l(wèi)=27，l1=3，l2=4，《機械加工工藝手冊》表2.5-3 所以，T=0.1(min) 12、仿形車?58外圓面 切削深度，單邊余量Z=0.75 一次切除 進給量f=0.7mm/r時， 計算切削速度：見《機械加工工藝手冊》表8.4-8 其中：CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2 所以， Vc=117.3(m/min) 確定主軸轉速： 查《機械加工工藝手冊》確定n=560(r/min) 檢驗機床功率：主切削力Fc按《機械加工工藝手冊》表8.4-8 式中CFC=2650，xFC=1.0，yFC=-0.15，Kmp=0.94，KFr=0.89 所以， Fc=435N 切削時消耗功率 因為0.85KW<4.5KW， 故可以正常加工 切削工時的計算： 其中l(wèi)=169，l1=3，l2=4， 《機械加工工藝手冊》表2.5-3 所以，T=0.20CrMnTi(min) 13、仿形車25外圓面 切削深度，單邊余量Z=0.75 一次切除 進給量f=0.7mm/r時， 計算切削速度：見《機械加工工藝手冊》表8.4-8 其中CV=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2