传动轴的工艺毕业设计完整版.docx
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传动轴的工艺毕业设计完整版
湖南省生物机电职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：
传动轴的工艺设计
系部：
机械及自动化系
专业：
机械制造与自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
欧赵福
2012年10月15日
传动轴的工艺设计
摘要
传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如：
齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动。
传动轴的主要作用为，传递力矩和扭矩。
传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接，这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不能承受弯矩。
应该使传动轴具有足够的强度和高临界转速，在强度计算中，由于所获取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现代规范增添了些表面处理的方法比如表面发蓝。
主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。
通过计算设计出加工传动轴的加工时间，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。
关键词：
传动轴；零件；刚度；强度；表面发蓝
Thedriveshaftoftheprocessdesign
Abstract
Shaftiscomposedofthemainpartsofthemachineparts,allofthetransmissionpartsmotion（forexample:
gear,gear,etc.）mustbeinstalledinthetransmissionofpowertoexerciseandshafttransmission,oftenusedintheconnectionbetweenthetransmissionanddrive.Theshaftgenerallyislong,andthehighspeed,canwithstandtorquenotinheritthemoment.Shouldmaketheshafthasenoughrigidityandhighspeed,strengthcalculation,becauseofthelargesafetyfactor,thusmakeshaftdimension,thispaperdiscussesthetransmissiontechnologydesignmethods,andaccordingtothecurrentstandardaddedsomewayofsurfacetreatment.Themaincontentishowtochoosethematerialtransmissionshaft,driveshaftandtheanalysisofthechoiceofprocessingmethods,transmissionshaftoftheprocessingschemeselectionandhowtochoosetheblank.Bycalculatingthedesignprocessingandtransmissionshaftoftheprocessingtime,doneinaplanneduseoftimetoproductiontoimproveproductionefficiency.
Keywords：
Shaftpartsstiffnessstrengthsurfaceflange
1绪论
在我们的日常生活中，传动轴的运用十分广泛。
传动轴的主要作用为，传递力矩和扭矩。
传动轴又分为两种，转轴跟心轴，转轴既能承受转矩又能承受弯矩。
心轴只能承受弯矩，不能承受转矩。
而传动轴只能承受转矩不能承受弯矩。
传动轴一般用来支撑齿轮等做回转运动的零件，所以对于传动轴有着严格的要求。
传动轴的组织性能直接影响到轴的使用寿命；表面质量的好坏直接影响到他的传动效率，所以为了达到轴的使用性能，对于轴的制造要有着严格的工序。
此次工艺设计就是为了解决这个难题。
1.1课题背景
传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。
就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。
很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。
1.2课题设计的目的及意义
本文研究的目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。
综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。
通过计算设计出加工传动轴的加工时间，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。
增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。
2零件的分析
2.1生产纲领
因为传动轴的年产量为360，由表一查得为小批量生产
生产类型
零件生产纲领
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
<5
<20
<100
小批生产
>5-100
>20-200
>100-500
中批生产
>100-300
>200-500
>500-5000
大批生产
>300-1000
>500-5000
>5000-50000
表一零件生产纲领明细表
2.2零件的作用
轴是组成机器零件的主要零件之一。
一切做回转运动的传动零件（例如：
齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。
工作中，既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
这类轴在各种机器中最为常见。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。
只能承受扭矩而不承受弯矩的轴叫传动轴。
2.3零件的工艺分析
零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这
样就能得到需要的表面硬度。
（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其工艺路线是：
正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。
（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。
在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。
在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。
（3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。
所以必须安排修研中心孔工序。
修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。
（4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。
因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。
但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。
（5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。
一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。
淬火工序则安排在磨削工序之前。
2.4零件表面加工方法的选择
传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽、切螺纹、小孔。
因此主要采用车削和外圆磨削。
因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的方法为：
粗车-半精车-磨削
外圆表面加工方案如表二
加工方案
经济加工精度等级（IT）
表面粗糙度Ra/μm
粗车
11~12
50~12.5
半精车
8~10
6.3~3.2
精车
6~7
1.6~0.8
磨削
6~7
0.8~0.4
表二零件外圆加工方案
键槽加工方案如表三
加工方案
经济加工精度等级（IT）
表面粗糙度Ra
铣
11~12
12.5
表三零件键槽加工方案
螺纹加工方法如表四
粗车
11~12
50~12.5
半精车
10~8
6.3~3.2
精车
6~7
1.6~0.8
表四零件螺纹加工方案
孔加工方案如表五
加工方案
经济加工精度等级（IT）
表面粗糙度Ra
钻
11~12
12.5
表五零件孔加工方案
3加工方案的选择
方案一
工序1铣轴的两端面，打中心孔
工序2粗车外圆大小端各外径
工序3半精车，倒角
工序4铣键槽
工序5精车，切退刀槽
工序6切螺纹
工序7调质
工序8去毛刺
工序9磨削
方案二
工序1车轴一端打中心孔
工序2车轴另一端打中心孔
工序3半精车倒角
工序4精车，切退刀槽
工序5铣键槽
工序6调质
工序7切螺纹
工序8去毛刺
工序9磨削
比较上面两方案，方案二在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。
综上所述方案一合理
本设计的加工方法如下：
①两端面：
公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5μm,需进行铣削加工。
②由于M20要车削外螺纹，故轴要先粗车至φ20公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5μm，需要进行粗加工。
③φ20外圆表面：
公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6μm，需进行半精车，精车或磨削加工。
④φ25外圆表面：
公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5μm，需进行半精车，精车或磨削加工。
⑤φ25外圆表面：
公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6μm，需要进行精加工或磨削加工。
4确定毛坯
4.1确定毛坯种类：
45钢。
切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需采取特殊工艺措施。
刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任
4.2确定锻件加工余量及形状：
加工表面
工序名称
加工余量
工序尺寸
尺寸公差
表面粗糙度（μm）
M20
粗车
5
20
Ra12.5μm
粗车
5
25
Ra12.5μm
毛坯
30
φ25
精车
0.5
25
H7
Ra1.6μm
半精车
0.5
25.5
H9
Ra6.3μm
粗车
4
26
H12
Ra12.5μm
毛坯
30
M20
粗车
4
20
Ra12.5μm
粗车
6
24
Ra12.5μm
毛坯
30
表六零件加工余量明细表
5工艺规程设计
5.1定位基准的选择
（1）粗基准的选择：
由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。
（2）精基准的选择：
本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中心线以及粗加工后的端面为主要的定位精基准。
5.2制定工艺路线
根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。
可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
加工条件：
加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件
图1工件零件图
工序
铣轴的两端面，打中心孔
机床：
采用组合车床加专用夹具
刀具：
YG6硬质合金端铣刀
粗铣M20的两端面，，以M20端面作为粗基准
工序
粗车外圆大小端各外径
机床：
CA6140卧式车床，转速n=400r/min
刀具：
查〈〈机械制造工艺简明手册〉〉选用YT6硬质合金外圆车刀，主偏角为90，后刀面最大磨损限度1.0~1.4,刀具寿命60min.
切削速度vc=πdn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min
进给量：
f=0.05mm/r
进给速度：
vf=fn=0.05x400=20mm/min
加工工时：
tm=L/vf
端面加工（以小端端面为基准）
毛坯φ30段
加工φ25从φ30切削至φ26，背吃刀量ap=2.00mm;
切削长度L=40mm;
加工工时tm=L/vf=2min
加工φ20从φ26切削至φ21.4，背吃刀量ap=2.30mm切削长度L=36mm
加工工时tm=L/vf=1.8min
加工φ20从φ26切削至φ21.4，背吃刀量ap=2.30mm切削长度L=70mm
加工工时tm=L/vf=3.5min
大端加工（以大端端面为基准）
毛坯φ30段
加工φ25从φ30切削至φ25，背吃刀量ap=2.5mm
切削长度L=135mm
加工工时tm=L/vf=6.75min
第二道工序所需工时Tm2=14.05min
工序
钻孔
机床：
Z4006台式钻床主轴转速1450~5800r/min
钻头：
根据〈〈切削用量简明手3版〉〉表2.1,2.5选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时钻头采用双锥后磨横刀，后角12，钻头直径4mm
切削用量
确定进给量：
f=0.08~0.1mm/r修正系数为0.75
修正后的进给量f=（0.08~0.1）x0.75=0.06~0.075mm/r
按照强度小于800Mpa从〈〈切削用量简明手3版〉〉查得f=0.08~0.1mm/r
选f=0.07mm/r取n=2000r/min
计算加工工时得tm=L/nf=0.0714min
确定钻头磨损标准及寿命
刀具后刀面最大磨损限度，查〈〈机械制造工艺简明手册〉〉为0.6mm,寿命为45min,
工序
半精车，倒角
加工φ25从φ26切削至φ25.8，背吃刀量ap=0.10mm切削长度L=240mm
加工工时tm=L/vf=0.52min
加工φ20从φ21.4切削至φ20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=36mm
加工工时tm=L/vf=1.8min
加工φ20从φ21.4切削至φ20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=70mm
加工工时tm=L/vf=3.5min
车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角
第四道工序所需工时Tm4=5.82min
工序
精车，切退刀槽
加工φ25从φ25.8切削至φ25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=135mm
加工工时tm=L/vf=6.75min
加工φ20从φ20.5切削至φ20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=36mm
加工工时tm=L/vf=1.8min
加工φ20从φ20.5切削至φ20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=70mm
加工工时tm=L/vf=3.5min
切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀
进给量f为手动,查<<切削用量简明手3版>>得v=0.17m/s
n=0.5
第五道工序所需工时Tm5=12.05min
工序
调质
淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
但表面硬度较低，不耐磨。
可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。
经热处理后，
表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。
所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。
工序
车螺纹
机床：
CA6140
螺距P=1mmf=P=1mm
L1=2~3pL2=2~5p=2~5mm
计算工时车M20得tm1=（L+L1+L2）/nf=0.125min
车M20得tm2=（L+L1+L2）/nf=0.235min
第七道工序所需工时Tm7=0.36min
工序
铣键槽
机床:
立式铣床X53T转速n=18r/min
纵向进给量为f1=10mm/min横向进给量为f2=10mm/min
h=4mm,L=6mm
计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min
tm横=L/f2n=0.033min
tm1=0.055min
h=4mm,L=42mm
计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min
tm横=L/f2n=0.233min
tm2=0.255min
第九道工序所需工时Tm9=0.31min
工序
去毛刺
毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。
经过去毛刺处理后会使零件表面
的精度大大提高。
所以去毛刺是不可或缺的一道重要工序.
工序X
磨削
机床:
万能外圆磨床M131W工作台移动速度v=100mm/min
加工φ25从φ25.3切削至φ25，背吃刀量ap=0.15mm
切削长度L=135mm
加工工时tm=L/vf=1.35min
加工φ20从φ20.3切削至φ20，背吃刀量ap=0.15mm
切削长度L=36mm
加工工时tm=L/vf=0.36min
加工φ20从φ20.3切削至φ20，背吃刀量ap=0.15mm
切削长度L=70mm
加工工时tm=L/vf=0.7min
第十一道工序所需工时Tm11=2.41min
综上所述,本设计所需总基本工时
Tm总=47.8928min
5.3夹具
5.3.1定位基准的选择
由零件的工艺分析可知，轴外键槽与轴外圆表面有对称度要求。
零件外圆已经精车过，则应以零件外圆柱表面为定位基准。
为了简化夹具的结构，方便操作，准备采用手动夹紧。
5.3.2确定定位元件
工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆柱面的完整程度，加工要求及安装方式，可以在V形块，定位套，半圆套及圆锥套中定位。
本夹具是用来加工轴类零件的外键槽的，定位基准直径与长度均较大，且铣削加工是多刀多刃断续切削，切削用量和切削力都较大，且切削力的方向变化不
断，加工时极易产生振动。
因此选用长V形块作为定位元件，其定位支撑面积大，
定位可靠。
V形块定位的优点：
对中性好，可以使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上，不会发生偏移而且安装方便；应用范围广泛，不论定位基准是否经过加工，不论是否完整，都可以采用V形块定位。
V形块上两斜面间的夹角一般选用60°，90°，和120°。
随着V形块的夹角的增大，其定位误差减小，但夹角过大时，又会引起工件定位不稳定，综合两方面考虑选择90°的V形块。
本夹具中采用的定位元件如图1所示，V形块与工件接触的平面其表面粗糙度要求较高，工件定位误差较小，且夹具的使用寿命更长，定位更为可靠。
5.3.3确定夹紧机构及夹紧元件
夹紧机构常用的有斜楔，螺旋，偏心等夹紧机构，它们都是根据斜面加紧原理来实现夹紧工作的。
但是本工序采用数控铣床加工，考虑到切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动等因素。
不采用偏心夹紧机构，而采用螺旋压板组合夹紧机构。
图2V形块主视图
本夹具采用的夹紧机构。
其制造简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，
适合于手动夹紧。
运用双头螺杆——压板系统可以沿纵向移动而只起压紧作用。
5.3.4确定定位键
铣床夹具底面应该设置两个定位键。
通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床工作台的进给方向具有正确的位置关系。
定位键的位置相距越远，定位精度越高。
除了定位外，定位键还能承受部分切削转矩，增加夹具的稳定性。
定位键有矩形和圆柱型两种，矩形更为常用。
故此采用矩形定位键。
矩形定位键有A型和B型。
A型比B型更为常用，且B型与铣床工作台的T形槽配合，但较易磨损，故选用A型定位键。
本夹具采用的定位键如图2所示。
图3定位键
5.3.5夹具体的设计
夹具体用于连接，固定夹具上各定位与夹紧元件及装置，使其成为一个整体
的基础件。
本夹具采用的定位元件是V形块，为了避免零件装夹时发生干涉。
故此，本夹具体上的槽的宽度设计应该大于V形块的设计尺寸，则工件可以正常装夹，这样的设计是正确合理的。
本夹具的夹具体主视图如图3，俯视图如图4，左视图如图5所示。
图4夹具体主视图
图5夹具体俯视图
图6夹具体左视图
5.4夹具设计及操作的简要说明
本夹具属于铣床夹具，直接安装在工作台上。
工件以外圆柱面在V形块上定
位，拧紧双头螺杆，使压板夹紧工件。
采用螺旋压板夹紧机构，其结构简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，适合于手动夹紧。
运用双头螺杆——压板系统可以沿横向移动而只起压紧作用。
操作方便快捷。
采用V形块作为定位元件，对中性好，定位误差小，应用广泛。
采用本夹具加工轴类零件的外键槽，对称度误差较小，可以适应实际生产加工。
本设计结构合理，制造容易，定位可靠，对中精度高，操作方便，可以大大提高轴外键槽的对称度，同时还能提高键槽其他方面的加工精度，具有较高的实用价值。
需要指出的是，本设计从夹具的设计，制造，定位这些环节上讨论了提高键槽加工对称度的问题，实际上影响轴外键槽加工对称度的因素有很多。
比如：
（1）因为定位因素造成的键槽对称平面与轴的纵向对称面不重合，引起对称度误差。
（2）因为受力不均衡，导致铣刀微量变形引起的对称度误差。
（3）机床的精度与刚度不足引起的对称度误差。
（4）工件的质量低，引起的对称度误差。
（5）刀具的刃磨出现误差所引起的对称度误差。
（6）运动副的间隙引起的对称度误差。
上述原因都会对工件的加工精度造成影响，故使用本夹具时，必须考虑其他因素，对于相关的环节作以必要的改进，才能达到较高的加工精度。
结论
通过毕业设计，我发现了自身所存在的很多问题，同时也获得了许多知识。
整个毕业设计联系了以前所学的所有，及本期所学得课程，可以说是一项巨大的工程。
在设计中我发现，机械手册是我们机械专业的人员经常用到的专业书籍，同时我也发现我们上课所学的种种就只是本专业中的一点皮毛而已。
在设计中，我遇到了许多困难，通过查阅相关的书籍，发现，有些东西是自己闻所未闻的，见所未见的，通过大量的自学与查阅相关书籍，最终将问题得到解决。
通过设计，我体会到了学习的重要性，也体会到了查阅书籍收集材料的重要性。
作为一个学生，要有一定的自学与
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