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齿轮设计说明书
绵阳职业技术学院
机械制造工艺学课程设计说明书
题目：
设计“齿轮”零件的机械加工工艺
规程及工艺装备（年产量为4000件）
内容：
1.零件图1张
2.毛坯图1张
3.机械加工工艺过程综合卡片1张
4.结构设计装配图1张
5.结构设计零件图1张
6课程设计说明书1张
班级：
机制151
学生姓名：
蒋杰蒋金男钟升夏洋薛丁山
指导教师：
梁春光
2016年11月25日
一.零件的分析
（一）零件的作用
轮齿是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。
齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，齿轮在传动中的应用很早就出现了。
19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。
齿轮的作用是能将一根轴的转动传递给另一根轴，也可以实现减速、增速、变向和换向等动作。
本课题缩小到对齿轮轴的研究，本课题中的加工精度高，因此对技术也就会随之提高，包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度及表面粗糙度等。
使齿轮轴起到它的作用，更好的支撑传动部件、传递扭矩和承受载荷。
从而使产品更加畅销，寿命延续更长，具有长远的意义，齿轮轴机件的损坏、磨损、变形以及失去动平衡，严重时会导致相关部件的损坏。
本课题的研究主要是加工工艺的注意点和改进的方法，通过总结零件的的加工，提高所加工工件的质量，完善产品，满足要求，提高经济效益和劳动生产率
（二）零件的工艺分析
（1）齿轮零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
该齿轮齿面的表面粗糙度要求Ra1.6，虽然要求比较高，但对加工工艺设计无影响。
齿轮零件图
二.工艺规程设计
（一）选择毛坯
齿轮是最常用的传动件，要求具有一定的强度。
该零件的材料为45钢，轮廓尺寸不大。
形状亦不复杂，又屑成批生产，故毛坯可采用模锻成型。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量簇近。
部孔锻出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。
（二）定位基准的选择
本零件是带孔的投状齿轮，孔是其没计基准（亦是装配技基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
具体而轩，即选Φ68K7孔及一端面作为精基推。
由于：
本出轮全部表面都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，因此版选外因及一端面为精基准。
外圆Φ117mm处为分模面．表而不平整飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为精基准。
（三）零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、内孔、端而、齿而、槽及小孔等，材料为45钢。
参考本手册有关资料，其加工方法选择如下：
制订工艺路线的出发点，应当是零件的几个形状.尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批
生产的条件，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量
使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以
使生产成本尽量下降。
1.工艺路线方案
工序Ⅰ选料
工序Ⅱ锻造棒料40×60
工序Ⅲ采用等温正火工艺
工序Ⅳ锻坯检验
工序Ⅴ平两端面至Φ38×60，打中心孔
工序Ⅵ粗车外圆面37粗车外圆36
工序Ⅶ粗车外圆颈面
工序Ⅷ内孔8其中A端面扩孔至φ9
工序Ⅸ两端面倒角1×45°留退刀槽
工序Ⅹ外圆面C处两边倒圆角R2
工序Ⅺ仿形法加工齿轮
工序Ⅻ渗碳+淬火+低温回火
工序XIII磨内孔精度至Φ9H7
工序XIV磨端面至Ra=3.2
工序XV磨齿至齿顶圆至Φ9.2H7
工序XVI清除飞边、毛刺等
工序XVII齿圈径向跳动，端面跳动，公法线长度，公差
（四）机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定
齿轮零件的材料为20CrMnTi，硬度207~241HBS，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模锻毛坯。
齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面加工。
齿坯加工包括各圆柱表面及端面的加工，按照先粗后精的原则
根据上述原则及加工工艺，分别确定各加工表面的机械
加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1）首先下料φ40mm×60mm的毛坯，考虑其加工长度为60mm，与其联结的非加工外圆表面直径为
40mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取外圆表面直径为
40mm。
（2）加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、内孔、端而、齿而、槽及小孔等，材料为45钢。
参考本手册有关资料，其加工方法选择如下：
（1）Φ20mm外圆面：
为末注公差尺寸，根据GBl800一79规定其公差等级按ITl4，表面粗糙度为Ra12.5μm，需进行粗车及半精车。
（2）齿圈外圆面：
公差等级为IT11，表面粗糙度为Ra3．2μm，需粗车、半精车（表1.4-6）
（3）Φ32.5h11外圆面：
公差等级为ITl1，表而粗糙度兄6．3pm，粗车即可（表1.4-6）
（4）Φ10H7mm内孔：
公差等级为IT7，表面粗糙度为月Ra0.8μm，毛坯孔己锻出，为未淬火钢，根据表1．4—7．加工方法可采取粗镗、半精镗之后用精镗、拉孔或磨孔等都能满足加工要求。
由于拉孔适用于大批大量生产，磨孔适用于单件小批生产，故本零件宜采用粗镗、半精镗、精镗。
（5）Φ10mm内孔：
为未注公差尺寸，公差等级按IT14，表面粗糙度为及Ra6．3μm，毛坯孔已锻出，只需粗镗即可（表1.4-7）。
（6）端面：
本零件的端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra3．2μm及Ra12.5μm两种要求。
要求Ra3.2μm的端而经粗车和半精车，要求贸Ra12.5μm的端面，经粗车即可（表1.4-8）。
（7）齿面：
齿轮模数为2．25，齿数为50，梢度8FL，表面粗糙度为见1．6μm，采用A级单头滚刀滚齿即能达要求（表1．4—16、表1。
4—17）。
·
（8）槽：
槽宽和槽深的公差等级分别为ITl3和ITl4，表面粗糙度分别为Ra3．2μm和Ra6．3μm，采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣（参考表1．4—8）。
（9）Φ10mm小孔：
采用复合钻头一次钻出即成。
（五）制订工艺路线
齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面加工。
齿坯加工包括各圆柱表面及端面的加工。
按照先加上基准面及先粗后精的原则，齿坯加工可按下述工艺路线进行：
工序10：
将毛坯烧红，放在锻模镗内，用气锤加压，是胚料变形并充满锻模模镗，达到图样尺寸
工序20：
正火，将工件加热至800℃-900℃，保温三十分钟后空冷;硬度180～210HBS
工序30：
以Φ20mm处外圆及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆Φ32.5mm及台阶面，粗车外圆Φ32.5mm，粗螳孔Φ10mm。
工序40：
以租车后的Φ32.5mm外圆及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆Φ20mm及台阶面，粗镗Φ10H7mm孔，倒角C1。
工序50：
以粗车后的Φ32.5mm外圆及端面定位，半精车另一端面，半精车外圆Φ20mm及台阶面，半精车外因Φ32.5mm，半精镗Φ10mm孔，倒角。
加工区面是以孔Φ32.5mm为定位基准，为了更好地保证它们之间的位置精度，齿面加工之前，先精螳孔。
工序60：
已经淬火的钢重新加热到（350℃～650℃）一定温度之间进行，碳是以细均分布的渗炭体形式析出
工序70：
以Φ20mm外圆及端面定位，精镗Φ10H7孔，镗孔内的沟槽，倒角。
工序80：
以Φ32.5h11孔及端面定位，滚齿。
4个槽与4个小孔的加工安排在最后，考虑定位方便，应先铣掐后钻孔。
工序90：
以孔Φ32.5h11及端面定位，粗铣4个槽。
工序100：
以此Φ32.5h11孔、端面及粗铣后的一个槽定位，半精铣4个槽。
工序110：
以Φ32.5h11孔、端面及一个槽定位，钻4个小孔。
工序120：
钳工去毛刺。
工序130：
终检。
（六）确定机械加工系量及毛坯尺寸，设计毛坯图
6.1确定机械加工亲量
钢质模锻件的机械加工余量按JB3835—85确定。
确定时，根据估算的锻件质景、加工精度及锻件形状复杂系数，由表2．2—25可交很除孔以外各内外表面的加工余量。
孔的加工余量由表2.2-24查得。
表中余量值为单面余量。
（1）锻件质量根据零件成品重量1．36kg估算为2．2kg。
（2）加工精度零件除孔以外的各表面为—般加工精度F1。
（3）锻件形状复杂系数S
S=m锻件/m外廓包容体
假设锻件的最大直径为Φ40mm，长60mm
m外廓包容体=π〖（12.1/2）〗^2x6.8x7.85g=6.13kg
m锻件＝2．2kg
S=2.2/6.138=0.358
按表2.2-10，可定形状复杂系数为S_2，属一般级别。
（4）机械加工余量根据锻件重量、F_1、S_2查表2．2—25。
由于麦中形状复杂系数只列有S_1和S_3，则S_2参考S_1定，S_4参考定S_3。
由此查得直径方向为1．7—2．2mm，水平方向亦力1．7—2．2mm。
即锻件各外径的单向余量为1．7—2．2mm，各袖向尺寸的单面余量亦为1．7—2．2mm。
锻件中心两孔的单面余量按表2．2—24查得为2．5mm。
5．2确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6μm。
Ra＜1．6μm的表面，余量要适当增大。
分析本零件，陈Φ孔为32.5h11有Ra0.8μm以外，其余各表面皆Ra≥1．6μm因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据中的小值。
当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。
Φ10H7采用精镗达到Ra3.2μm，故需增加精镗的加工余量。
参考磨孔余量（表2．3—11）确定精镗孔单面余量为0.5mm，则毛坯尺寸如图7．5—1所示。
5．3设计毛坯图
5.3.1确定毛坯尺寸公差
表7.5-1齿轮毛坯（锻件）尺寸（mm）
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
Ø32.5
2.5
Ø35
Ø20
2
Ø22
Ø10
0
Ø0
Ø30
2.5
Ø32.5
50
1
51
毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从有关的表中差得。
本零件锻件重量2.2kg，形状复杂系数
，45钢含碳量为0.42％～0.50％，其最高含碳量为0.5％，按表2.2-11，锻件材质系数为
，采取平直模线，锻件为普通精度等级，则毛培公差可从表2.2-13、表2.2-16查得。
本零件毛坯尺寸允许偏差尺寸如表7.5-2所列。
毛坯同轴偏差允许值为0.8mm，残留飞边为0.8mm。
（表2.2-13）
5.3.2确定圆角半径
锻件的圆角半径按表2.2-22确定。
本锻件各部分的H/B皆小于2，故可用下式计算：
外四角半径r=0.05H+0.5
内圆角半径R=2.5r+0.5
为简化起见，本锻件的内外圆角半径分贝取相同数值。
以最大的H进行计算
r=（0.05X32+0.5）mm=2.1mm
r为圆整为2.5mm。
R=（2.5X2.5+0.5）mm=6.75mm
R圆整为7mm。
以上所取的圆角半径数值能保证个表面的加工余量
5.3.3确定拔模角
本锻件由于上、下模模膛深度不相等，起模角应以模膛较深的一侧计算．
＝
=1,
=
=0.291
按表2.2—23，外起模角α=5°内起模角β=-7°
5.3.4确定分模位置
由于毛坯是H＜D的圆盘类锻件，应采取轴向分模，这样可冲内孔，使材料利用率得到
提成。
为了便1；起模及便于发现上、下模枉模锻过程中错移，分模线位置选在最大外径的小部，分模线为直线。
5．3．5确定毛坯的热处理
钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均勾的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善了加工性。
图7．5—1所示为本零件的毛坯图。
5.3.2确定圆角半径
锻件的圆角半径按表2.2-22确定。
本锻件各部分的H/B皆小于2，故可用下式计算：
外四角半径r=0.05H+0.5
内圆角半径R=2.5r+0.5
为简化起见，本锻件的内外圆角半径分贝取相同数值。
以最大的H进行计算
r=（0.05X32+0.5）mm=2.1mm
r为圆整为2.5mm。
R=（2.5X2.5+0.5）mm=6.75mm
R圆整为7mm。
以上所取的圆角半径数值能保证个表面的加工余量
5.3.3确定拔模角
本锻件由于上、下模模膛深度不相等，起模角应以模膛较深的一侧计算．
＝
=1,
=
=0.291
按表2.2—23，外起模角α=5°内起模角β=-7°
5.3.4确定分模位置
由于毛坯是H＜D的圆盘类锻件，应采取轴向分模，这样可冲内孔，使材料利用率得到
提成。
为了便1；起模及便于发现上、下模枉模锻过程中错移，分模线位置选在最大外径的小部，分模线为直线。
5．3．5确定毛坯的热处理
钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均勾的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善了加工性。
图7．5—1所示为本零件的毛坯图。
6设计心得体会
采用以上工艺可以锻造出齿轮坯，之后只要在进行切削加工成形就能制造出齿轮了。
我想为什么不直接进行切削加工而是先进性锻造呢？
其原因一定是锻造不仅能使其初步成形而且更重要的是锻造可以改善零件的力学性能，提高它的韧性与强度。
所以关键部分的重要零部件都要先进行锻造然后切削成
通过这三个星期的学习，我们在老师的修改与指导下下，完成了此次设计。
在这次设计中历练了我的设计的能力，以及对于一个零件加工方法的认知。
经过这三个星期的设计，我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，学会了查找相关手册、说明书等，以及选择使用工艺装备等等。
通过这一次的热加工课程设计，我深刻的领会到了热加工在工业生产中的重要地位。
我做的是齿轮的工艺设计，对齿轮加工的各个过程进行了全面深入的讨论，这让我从中学到了很多，我以后也会更加努力去提高与完善自己的知识储备，来面对以后的工作岗位上遇到的更大的挑战。
在这次课程设计中xxx老师给了我很大的帮助，再次表示感谢，更要感谢的是我自己这些天的努力，付出的汗水会浇灌出成功的鲜花
总之，这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。
让我们对机械制造的知识有了更加全方位的了解，也让我们充分认识到了自己的不足，在有些数据的查找与使用方面略显不足，而且对于有些公式中的未知量也不是很熟悉。
轴类零件的加工工艺过程需根据轴类零件的技术要求、生产纲领、毛坯种类等地不同而制定出不同的工艺过程，轴类零件的工艺规程具有很大的共性，尤其是在单件小批量生产和维修中，都遵循工序集中原则，工艺过程极其相似。
本课题所需要的事项较多，在学校加工实习中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，是学生最后完工工件的质量总是很不理想，现在许多制造最终成品，常常会因为设备、技术或者工艺规程制定的不是很好，加工出来的部件无法满足使用要求。
本课题主要就是对轴类零件的工艺分析，工艺规程的合理制定，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。
齿轮轴尺寸设计是一个常见的设计问题。
通常情况下，齿轮轴除了传递恒扭矩或交变扭矩外，还承受一个或多个径向载荷，由于径向载荷方向固定，它所产生的弯曲应力使得轴上各处在每一转内部从纯拉应力状态到纯压应力状态不断变化。
因此，材料的疲劳是齿轮轴的主要失效形式。
实验研究表明，在扭矩、弯曲应力和剪应力恒定情况下，疲劳极限和剪切屈服强度可以拟合为一条椭圆曲线。
对于交变弯、扭相同，同样适用。
在毕业设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。
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