汽车制造工艺学课程设计汽车变速器二轴五档齿轮工艺规程设计.docx

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汽车制造工艺学课程设计汽车变速器二轴五档齿轮工艺规程设计

课程设计

（说明书）

题目：

汽车变速器二轴五档齿轮工艺规程设计

班级/学号：

84060111/2008040601376

学生姓名：

指导教师：

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称汽车制造工艺学课程设计

院（系）机电工程学院专业机械（汽车）

班级84060111学号2008040601376姓名

课程设计题目汽车变速器二轴五档齿轮工艺规程设计

课程设计时间:

2011年12月26日至2012年1月13日

一、课程设计原始资料

1.齿轮零件设计图

2.生产类型大批量

二、课程设计的内容：

1.绘制零件图及设计毛坯图

2.制定该零件的工艺规程

3.设计零件某一工序的专用机床夹具（教师指定）

4.编写机械加工工艺规程（含夹具设计）说明书

三、主要参考资料

1.赵如福金属机械加工工艺手册上海科学技术出版社1996

2.张耀晨机械加工工艺设计手册北京航空工业出版社1987

3.王宝玺汽车拖拉机制造工艺学机械工业出版社1988

4.徐知行汽车拖拉机制造工艺设计手册北京理工大学出版社1997

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字戴慧堪2011年12月26日

目录

摘要............................................................4

第一章零件的分析..................................................5

1.1零件的工作状态及工作条件..................................5

1.2零件的技术条件分析........................................5

1.3零件的其它技术要求........................................6

1.4零件的材料及其加工性......................................6

1.5零件尺寸标注分析..........................................7

1.6检验说明...................................................7

1.7零件工艺分析..............................................8

第二章齿轮毛坯的设计..............................................9

2.1毛坯种类的确定.............................................9

2.2毛坯的工艺要求.............................................9

2.2.1毛坯加工余量与公差...................................9

2.2.2拔模斜度.............................................9

2.2.3圆角半径............................................10

第三章工艺规程设计...............................................11

3.1工艺路线的制定............................................11

3.1.1加工方法的选择.......................................11

3.1.2加工工艺路线.........................................11

3.1.3加工阶段划分.........................................11

3.1.4工序的分散与集中.....................................12

3.1.5基准的选择...........................................12

3.1.6热处理工序及辅助工序的安排...........................13

3.1.7加工工序的设计.......................................14

3.2有关工序机床、夹具、量具的选择说明........................16

3.2.1机床的选择...........................................16

3.2.2切削刀具的选择.......................................17

3.2.3量具的选择...........................................17

3.2.4夹具的选择...........................................17

第四章磨内孔及端面夹具设计.......................................19

4.1专用机床夹具设计的基本要求和步骤..........................19

4.1.1对专用机床夹具设计的要求.............................19

4.1.2专用机床夹具的设计步骤...............................20

4.1.3专用机床夹具的制造精度...............................21

4.2滚齿夹具的选择............................................21

4.3滚齿夹具工作原理简介......................................21

4.4夹具零件的设计与调整......................................21

4.4.1主要部件设计.........................................21

4.4.2其他部件的选择.......................................22

课设总结..........................................................23

参考资料..........................................................24

摘要

齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。

汽车同步器变速器齿轮起着改变输出转速传递扭矩的作用，所以在加工齿轮的要求相对严格一些。

变速器齿轮应具有经济精度等级高，耐磨等特点，以提高齿轮的使用寿命和传动效率，齿轮在工作时传动平稳且噪音要小，结合时冲击不宜过大。

齿轮的精度指标主要变现为运动精度、工作平稳性、接触精度和齿侧间隙四个方面。

一般的汽车齿轮采用的是6到7级精度，根据齿轮不同的技术要求可以采取不同的加工路线。

包括如何去选取毛坯的锻造方法，和毛坯的加工余量及毛坯的公差。

工艺线路的制定，相关工序的机床夹具量具的选取，工艺尺寸公差，位置公差，以及粗糙度的选取，同轴度，圆度，垂直度的相关选取。

关键字

齿轮毛坯；齿轮零件图；加工工艺路线；插齿夹具

第一章零件的分析

1.1零件的工作状态及工作条件

汽车行驶时，齿轮始终在重载荷、高转速中工作。

在换挡时，还承受冲击载荷，所以要求齿轮具有较高的耐磨性和抗冲击性。

在齿轮加工中，为保证齿轮能满足以上要求，应对齿轮在滚齿之后采取磨齿，对齿轮的热处理应采用渗碳淬火，在最终加工中还应采取磷化处理以提高齿轮的防腐性能。

第五速齿轮从结构上来分析属于多联齿轮，由结合齿和传动齿组成。

为使润滑用能充分的起到润滑作用，在齿轮钻出三个油孔。

换挡时为减少齿轮的冲击，在齿轮大端加工出四个止口。

1.2零件的技术条件分析

齿轮加工分为齿坯和齿轮轮齿加工。

齿轮的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂和内孔。

齿坯的加工精度对齿轮的加工、检验和装配精度影响很大，所以其加工精度应满足GB/T10095-2008的要求。

齿轮轮齿的加工部位有齿形和倒角，同时还要进行热处理，以提高承载能力和使用寿命。

热处理后还要进行内孔、内孔端面的磨削加工和齿形的精整加工。

综上所述，零件的技术条件主要分以下两种：

1.零件的表面粗糙度和加工精度

如图1-1零件图所示：

齿面的粗糙度Ra0.8，加工精度IT7~IT8;

齿轮内孔尺寸Φ30+0.0250,由于齿轮与第二轴上的轴承有配合要求故其不仅加工经济公差等级比较高而且其表面粗糙度为Ra0.8。

一般载货汽车变速器和拖拉机变速箱齿轮的精度一般是6到7级精度，表面粗糙度不大于Ra6.3。

2.各表面间的位置精度

如图1-1零件图所示零件的大小端面及内孔三处具有形位公差要求:

小端面对于定位基面的定位基准垂直度为0.08mm，平面度为0.08mm；

大端面对于内孔的定位基准的垂直度为0.08mm，端面的平面度为0.08mm；

小端面对于大端面的定位基准的同轴度为0.012mm。

图1-1第五速齿轮零件图

1.3零件的其它技术要求

1.未注明倒角1X45

2.应除去加工时产生的毛刺，夹角平滑。

3.强力喷丸处理（磨齿后）。

4.热处理：

渗碳淬火表面硬度650~800HV;以大端齿根部为准，渗碳层厚度为0.7~1.1mm；心部硬度513HV。

5.表面电镀磷化处理。

1.4零件的材料及其加工性

20CrMnTi是应用广泛，用量很大的一种合金结构钢，用于造汽车中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件，如齿轮轴、齿圈、齿轮、十字轴、滑动轴承支撑的主轴、蜗杆、爪牙离合器。

20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。

汽车上多用其制造传动齿轮。

是中淬透性渗碳钢中CrMnTi钢,其淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的强度和韧性,特别是具有较高的低温冲击韧性。

20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。

良好的加工性,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。

用途:

用于齿轮,轴类,活塞类零配件等。

用于汽车、飞机各种特殊零件部位。

对于汽车变速箱第五速齿轮而言其毛坯可以采用20CrMnTi,其力学性能如下：

抗拉强度σb（MPa）：

≥1080（110）

屈服强度σs（MPa）：

≥835（85）

伸长率δ5（％）：

≥10

断面收缩率ψ（％）：

≥45

冲击功Akv（J）：

≥55

冲击韧性值αkv（J/cm2）：

≥69（7）

硬度：

≤217HV

综合所述，第五速齿轮的毛坯选择20CrMnTi的锻造件。

1.5零件尺寸标注分析

齿坯的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂、内孔，齿轮的轮齿加工部位有齿形及倒角。

尺寸链的建立主要依靠内孔的轴线和大小端端面。

以钻油孔为例，其工序基准是小端端面，工序尺寸13mm;以精车小端外圆为例，其应保证的工序尺寸是Φ47.5990-0.016，其工序基面是内孔，工序基准是齿轮的轴线。

1.6检验说明

在第五速齿轮的加工过程中，要进行如下的检验：

齿坯加工后的检验，热处

理后的检验和最终检验。

前两项为中间检验，是针对各加工项目进行的；最终检

验是作全面的检查。

为了保证检验准确，检验前工件要清洗干净。

齿坯的检验：

齿坯的加工质量，在很大程度上影响齿轮的加工质量，尤其是对定位基准，要仔细的检查齿轮加工完后的精度和表面粗糙度。

不合格的齿坯不能流到下一道工序。

成批生产时，一般要全部检查，大量生产时，齿坯质量稳定时可做部分抽检。

齿轮热处理后的检验：

对于有些齿轮热处理后要进行检查以便找出热处理时齿面的变形规律，以确定热处理前切齿的技术要求。

齿轮的最终检验：

齿轮精度的验收可根据齿轮副的使用要求和生产规模，按GB/T10095-2008中的规定在各公差组中，任选一个检验组来检验。

1.7零件工艺分析

由于齿轮用途的特殊性，零件的部分加工面精度要求较高，所以从齿轮的尺寸和形状位置要求来看主要保证工件的表面粗糙度和各表面的位置关系。

对于齿轮的端面、外圆，内孔的粗加工及半精加工可采用数控车床进行加工。

对于粗糙度要求较高的内孔和端面一般采用精磨便可达到设计要求。

在最终加工时采用强力喷丸机及电镀磷化处理以提高齿轮的强度和使用寿命。

第二章齿轮毛坯的设计

2.1毛坯种类的确定

毛坯的种类决定零件的材料、形状、生产性质及生产中获得的可能性。

对于汽车传力齿轮的毛坯而言其结构相对而言比较简单，故一般采用模锻件，当孔径大于25mm，长度不大于孔径的两倍，内孔一般直接锻出。

另外作为变速器齿轮在工作过程中要求承受的作用，所以要使毛坯内部纤维对称于轴线，以提高材料的强度，故采用胎锻毛坯，则工件中的止口可以在锻造过程中直接锻造成型。

2.2毛坯的工艺要求

2.2.1毛坯加工余量与公差

参考《金属机械加工工艺人员手册》第五章加工余量中的毛坯的机械加工余量的相关信息，对于此次第五速齿轮的轴向加工余量选取如下：

查表2.2-11胎膜锻件加工余量与公差（JB/T9179.1-1999）

a=4.0+1.5-1.0mm

b=4.0+2.0-1.0mm

c=6.0+2.0-1.5mm

止口的余量为4.0+1.5-1.0

特殊要求：

1．错差不大于1.00mm；

2.表面缺陷不大于1.00mm；

3．残余飞刺不大于1.00mm；

技术要求：

1.未注明内拔模角为10度，外拔模角为3度

2．未注明圆角为R3；

2.2.2拔模斜度

模锻斜度的功用是使锻件成型后能从模膛中顺利取出。

模锻斜度的要求如下：

外模锻斜α—模锻件外侧的斜度。

当模锻件冷缩时与模壁分开，有助于锻件出模。

内模锻斜度β—锻模件封闭剖面内侧斜度。

当模锻件冷缩时将紧贴模臂，阻碍锻件出模。

在此零件中，再有顶出装置模具内锻造时，模锻外部斜度为3度，内部拔模斜度为10度。

2.2.3圆角半径

为了便于金属在型槽内流动和考虑模锻强度，在模锻件的转角处，应该带有适当的圆角，生产上把锻件的凸圆角半径称为外圆角半径R，凹圆角半径称为内圆角半径R。

经查表外圆角半径选取R1，内圆角半径选取R2。

毛坯图如图2-1所示。

图2-1第五速齿轮毛坯图

第三章工艺规程设计

3.1工艺路线的制定

3.1.1加工方法的选择

齿轮的加工工艺路线的选择应考虑到零件材料的可加工性、工件结

构形状和尺寸以及各种加工方法所能达到的经济精度等级。

加工表面技术要求是决定表面加工方法最重要的因素。

这些技术要求零件设计图样上所规定以外，还包括基准不重合而提高对某些表面加工要求，以及选择作为精基准而可能对其提出更高加工要求。

主要加工表面的工艺路线可安排如下：

内孔：

粗车→半精车→精车→磨削

小齿：

粗车→精车→插齿

大齿:

粗车→精车→滚齿→磨齿

3.1.2加工工艺路线

在对齿轮零件图各种加工要求分析之后，决定采用以下工艺路线对齿轮毛坯进行加工：

下料→锻造毛坯→正火→检查→粗车小端外圆、端面，粗车内孔、倒角→粗车大端外圆、端面，粗车止口，半精车内孔、倒角→精车小端外圆、端面，车端

面空刀槽，倒角→精车大端外圆、端面，精车止口、内孔，车止口环槽、倒角→滚齿→齿端倒角→铣油槽→加工小端接合齿→钻油孔→清洗→热处理→磨孔及止口→精磨小端端面→磨齿→对齿面进行强力喷丸→磷化处理→检查

3.1.3加工阶段划分

对于第五速齿轮的加工阶段可以分为：

齿坯加工、齿面加工和热处理后的精加工。

工艺路线如上所示大体分为以下阶段：

粗加工阶段：

主要任务是切除各表面上的部分余量，包括粗车小端外圆到粗车止口

半精加工阶段：

完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备，包括半精车内孔

精加工阶段：

保证各主要表面达到图样要求，包括精车小端外圆到精车大端端面

光整阶段：

对于表面粗糙度和尺寸精度要求都很高的表面需进行光整加工阶段，包括磨内孔及大端端面、磨小端端面、磨齿

最终加工阶段：

根据变速器的工作状态和环境，需增加齿轮的强度和耐腐蚀性，所以在光整阶段后还要对齿轮进行最终处理，包括对齿面进行强力喷丸、电镀磷化处理。

3.1.4工序的分散与集中

工序集中：

把加工内容集中在一个工序，一台设备上进行，工序集中便于提高生产率，减少装夹次数，便于保证各加工表面之间的形状位置公差，有利于组织生产和计划工作。

为保证每一道工序所保证的工序尺寸，有时需将一个大的工序拆成几个小工序。

总之，对于第五速齿轮的加工可以分以上几个阶段进行不同工位的加工。

3.1.5基准的选择

在第五速齿轮加工中的定位基准有粗基准和精基准。

粗基准的选择有两个出发点：

一是保证各表面有足够且均匀的加工余量；二是保证不加工表面与加工表面间的尺寸和位置符合设计要求。

精基准的选择主要考虑以下几个方面：

一是尽可能选择用设计基准或工序基准作为定位基准：

二是尽可能选用同一组定位基准加工各个表面，即遵守“基准统一”原则：

三是应保证工件的装夹稳定可靠，机床夹具结构简单，工件装夹操作方便。

根据上述基准的选择原则，粗基准用未加工过的毛坯表面做基准，精基准用以加工过的表面做基准。

具体基准的选择如下：

粗车小端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端端面作为轴向的定位基准

粗车大端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以小端端面作为轴向的定位

基准粗车内孔时以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端外圆轴线作为定位基准

精车与粗车的基准选择一致

滚齿和插齿时以内孔轴线作为定位基准，小端端面作为基准加紧

磨削内孔及端面止口时以大齿分度圆圆心作为定位基准，大端面做基准夹紧

3.1.6热处理工序及辅助工序的安排

1．为了使后续的加工工序能保证了所需的加工精度，需提高了材料的硬度，因此热处理工序安排在下料之后以及粗加工之后。

2．辅助工序安排在精加工阶段即保证各个尺寸不破坏主加工表面，包括检验工序、磷化处理、清洗工序。

3．20CrMnTi为低碳合金，采用正火处理，有利于提高机械加工性能，可以减小工件内的残余应力。

正火处理要安排在毛皮锻造完成之后，粗加工之前。

该工件在工作过程中受力要求外部较硬而芯部较韧，因此采用渗碳淬火，为保证渗碳深度的均匀，将渗碳安排在磨削加工之前。

4.渗碳深度的计算：

根据试验,渗层深度=0.7-1.1该工件成品尺寸为Φ30+0.0250现预备加工尺寸至Φ29.5+0.0390。

问题归结为热处理工艺应如何确定渗层深度，方可保证在渗碳淬火后当内孔磨至尺寸30时,恰好能保证成品的渗碳层深度正是所要求的0.7-1.1。

显然,这正是尺寸链计算所要解决的问题。

从图3-1显然可见,L0是图纸要求保证的渗碳层深度,L1是渗碳淬火后内孔要磨削达到的尺寸即成品内孔尺寸,L2是热处理工艺上要确定的渗碳层深度,L3是预加工到的尺寸,L0是间接获得的尺寸,是封闭环,不难判断L1是减环,L2、L3是增环,如图3-1所示。

根据尺寸链的计算公式方：

L0max=

Lzmax-

Ljmin

L0min=

Lzmin-

Ljmax

图3-1尺寸链

式中：

L0max；L0min——封闭环最大及最小极限尺寸

Lzmax；Lzmin——增环最大及最小极限尺寸

Ljmax；Ljmin——减环最大及最小极限尺寸

因而可列出：

1.1=L2max+（29.539-30）/20.7=L2min+（29.5-30.025）/2因为是半径尺寸，所以除以2，解得：

L2max=1.3305L2min=0.9625

因此，热处理工艺上应确定的渗层深度为0.96～1.33mm。

3.1.7加工工序的设计

齿轮加工工艺路线：

1锻造毛坯

2正火

3检查

4车序如表3-1至3-4所示

表3-1车序

（1）

粗车小端外圆、端面、内孔、倒角

表面粗糙度

精度等级

加工余量

粗车外圆至小端Φ49.0990-0.025mm

Ra=6.3

IT12

2.5

粗车小端端面至35.80-0.21mm

Ra=12.5

IT12

2

粗车内孔至Φ27+0.210mm

Ra=6.3

IT12

3

车倒角2×45°

表3-2车序

（2）

粗车大端外圆、端面、止口、半精车内孔、倒角

表面粗糙度

精度等级

加工余量

粗车大端外圆至Φ60.2550-0.25mm

Ra=6.3

IT12

2.5

粗车大端端面至34.60-0.25mm

Ra=6.3

IT12

1.2

粗车止口至Φ31.4+0.340mm

Ra=6.3

IT12

2.3

半精车内孔至Φ28.6+0.10mm

Ra=3.2

IT10

1.6

车倒角2×45°

表3-3车序（3）

精车小端外圆、端面、倒角

表面粗糙度

精度等级

加工余量

精车小端外圆至Φ47.5990-0.016mm

Ra=3.2

IT7

1.5

精车小端端面至340-0,025mm

Ra=3.2

IT7

1.8

车倒角2×45°

表3-4车序（4）

精车大端外圆、端面、端面止口、内孔、倒角

表面粗糙度

精度等级

加工余量

精车大端外圆至Φ58.7550-0.046mm

Ra=3.2

IT8

1.5

精车大端端面至33.20-0.025mm

Ra=3.2

IT7

1.4

精车止口端面至Φ37.2+0.0390mm

Ra=3.2

IT8

1.9

精车内孔至Φ30+0.0250mm

Ra=1.6

IT8

1.6

车倒角2×45°

5滚齿

6齿端倒角

7铣油槽R5深0.8mm

8加工小端接合齿插接合齿z=18

9钻孔钻油孔均布3-Φ3

10清洗

11热处理渗碳淬火

12磨内孔及止口磨内孔至φ30+0.0250磨端面至Φ37+0.250

13精磨小端端面33-0.27-0.332Ra=0.8

14磨齿磨斜齿Z=38

15强力喷丸

16磷化处理

17最终检查

注：

精车削加工外圆的加工余量的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》表8-10；磨削端面的加工余量的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》表8-20；磨齿加工齿厚留磨余量2mm由《机械加工工艺设计实用手册》表8-48查的；各种加工方式的经济精度和表面粗糙度的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》第四章列表；标准公差数值的选取根据《机械加工工艺设计实用手册》表3-2

3.2有关工序机床、夹具、量