传动轴设计(20页).doc

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1、-德州科技职业学院毕业设计（论文）题目 传动轴的工艺设计 系（部）： 机电工程系 学生姓名： 苗壮青 学 号： 070201317 班级名称： 07机电3班 指导教师： 李 娟 答辩教师： 孙丽华 时 间： 2010年5月12日 摘 要 机械制造工业是在我国国民经济中起着极其重要作用的基础工业。近年来，随着现代科学技术的进步，机械制造工业的面貌发生了深刻的变化，呈现出激烈的国际性竞争的高速发展态势。机械工业的高速发展，对高职院校培养工程技术人才提出了新的更高的要求。机械制造工艺在机械制造工业中为国民经济各部门和自身的技术进步提供先进的技术、装备，在国民经济中具有重要的地位和作用，应用于各个领域

2、。机械工业的规模和技术水平是衡量国家科技水平和经济实力的重要标志。机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此，本课题的内容重视的是零件的作用，结构和工艺过程的拟制及夹具设计和加工方案的确定。即通过设计及车间调研来更好的体会，加深理解。本课题给出的仅是零件图，真正的设计与加工必须在不断的实践、理论循环中总结。 在研究本课题过程中通过各种渠道搜集了一些与本课题相关的资料。例如：图书查阅、上网搜集、请教老师及和同学之间的讨论。本课题的重点零件的工艺分析和工艺规程制定关键词：机电一体化，传动轴，零件，刚度，强度-第 16 页-ABSTRACTMechanical manufacturing industr

3、y in the national economy in China is plays an important role in the basic industry. In recent years, along with the development of modern science and technology progress, machinery manufacturing industry, great changes have taken place, the fierce international competition of high-speed development

4、 trend.The rapid development of industry, mechanical engineering in higher vocational colleges are put forward new talents of higher requirements. Mechanical manufacturing process in mechanical manufacturing industry for national economic sectors and its technical progress of advanced technology and

5、 equipment provided in the national economy, and has an important position and role, applied in various fields. Mechanical industrial scale and technology level of national science and technology level and measure is an important symbol of economic strength.Mechanical manufacturing process knowledge

6、 is strong practicality. Therefore, the importance of this topic is part of the content, structure and process of artificial and fixture design and processing of the scheme. Through the investigation and design and workshop, better to deepen understanding. This topic is only part of the design and f

7、abrication, in practice, and to summarize cycle theory. This topic in the research process through various channels and collected the data of topic. Example: the Internet access, collect books, consult teachers and classmates and the discussion between. The key parts of the subject of process analys

8、is and procedureKeywords：mechanical and electrical integration ，Shaft, parts, stiffness, strength目 录中文摘要英文摘要1概述1-51.1机电一体化的概要11.2机电一体化的发展趋势11.3本论文课题主旨及研究意22轴零件的分析3 2.1作用分析3 2.2工艺分析32.3表面加工方法的选择33轴的设计步骤4-73.1选材，确定许用应力43.2估算最小的直径43.3齿轮作用力的计算53.4轴的结构设计53.5校核轴的强度63.6键的选择63.7校核轴的刚度64加工方案的选择85确定毛坯95.1确定毛坯

9、种类95.2确定锻件加工余量及形状96工艺规程设计10-136.1定位基准的选择106.2制定工艺路线107心得体会138 致谢149 参考文献151 概述1.1机电一体化概要机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技

10、术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部

11、件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。1.2机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。1.3本论文课题主旨及研究意向传动轴先在广泛用于汽车行业，就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，传动轴生锈造成了一些机器无法正常工作，尤其是汽车方面，很对汽车因为传动轴的原因造成了很多交通事故。很多汽车生产商不得不把自己

12、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。研究意向：从传动轴生锈方面和防腐方面来说，通过查资料得知，现在有一种表面处理叫做表面发兰，就可以很轻松的做到防锈防腐。其过程如下：去油酸洗二合一-漂洗（清水。如果要求严，加一道中和工序，用1%碳酸钠水溶液)-氧化（发蓝）（氧化液可以自配也可以购成品，有低温氧化剂，室温即可）-漂洗烫干（热水）-涂油。结束后：工件表面呈均一的深蓝或兰黑或黑色。有一定的防锈装饰性，氧化层有微孔，须涂油进一步提高防锈性。还需注意一点：酸洗表面清理不良，会遗留产生锈点；处理温度高低，氧化液配比影响表面质量；不同钢种温度高低不同，处理

13、时间不一样，会使工件表面发红。酸洗后漂洗入氧化液的时间要加以控制，时间长了容易起风锈.2轴零件的分析 2.1 作用分析 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。2.2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

14、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HRC4246。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。2.3表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆，内孔，端面，小孔等，材料为45钢。根据参考手册相关资料得下表： 外圆表面加工方案加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra/m粗车11125012.5半精车8106.33.2精车671.60.8铣111212.53 轴的设计步骤3.1 选材，确定许用应力选用轴的材料为45号钢，调质处理。据机械设计基础表11-1可知650mpa， 用插值表11-3可知=60mpa3.

15、2 按扭转强度估算轴的最小直径根据机械基础d = =c从图1-1左端的直径最小为20mm，由机械设计基础11-2可知20mm c 由机械基础得c=118因此取3.3 齿轮作用力的计算据机械基础可知T=9.5510=9.55100.004N.M=38.210N.M齿轮作用力为:圆周力 Ft= 径向力 Fr=Ft= = 轴向力 Fa=Ft=3.4 轴的结构设计（1）轴上零件位置和固定方式左端轴承靠套筒实现轴向定位，右端轴承靠轴肩实现轴向定位，两轴承靠过盈配合实现周向固定，轴通过两轴承盖实现周向固定（2）确定各段轴径将左端轴径作为d1=20mm,第二段便于齿轮拆装取于齿轮配合处轴径d2=26mm，右

16、端取d3=24mm。（3）确定各段轴的长度L1=36mm L2=134mm L3=70mm3.5 校核轴的强度由机械设计基础可知：对不变的转距: 0.3对于脉动循环转矩: 对于对称循环的转矩:因此轴径公式可改为:d截面出开有键槽，应讲求得轴径增大3%-7%,计算出轴径应与结构设计中选的轴径进行比较若小于或等于原文轴径，则说明原定强度足够。3.6 键的选择齿轮安装在轴的中部两侧用轴肩和套筒实现轴向固定，用平键10*40，联接周向固定，据机械制图选择3.7校核轴的刚度轴在承受载荷后会发生变形，如果轴的刚度不够工作中产生过大的变形会影响轴上零件的正常工作，查阅工程力学 Ymax Qmax故轴必须要有

17、足够的钢度。4 加工方案的选择工序I 铣轴的两端面，打中心孔工序II 粗车外圆大小端各外径工序III 半精车，倒角工序 精车，切退刀槽工序 调质工序 车螺纹工序 铣键槽工序 去毛刺 本设计的加工方法如下：两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需进行铣削加工。由于M20要车削外螺纹，故轴要先粗车至20 公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5m，需要进行粗加工。20外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行半精车，。 25外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5m，需进行半精车，精车。铣键槽 保留粗车、半精车的外圆20、24、25。使用砂纸去处加工遗留的

18、毛刺5 确定毛坯5.1 确定毛坯种类：零件材料为45钢。考虑零件在机床运行过程中所承受的冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为小批量生产，故选择锻件毛坯。5.2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（m）M20车螺纹20半精车1.720.3IT10Ra3.2m粗车222IT11Ra12.5m粗车224IT11Ra12.5m粗车426IT11Ra12.5m毛坯03025磨削25精车0.225.3IT7Ra1.6m半精车0.525.5IT10Ra6.3m粗车426IT11Ra12.5m毛坯30M24车螺纹24精车0.524.3IT7Ra1.6m半精车1.224

19、.8IT10Ra3.2m粗车426IT11Ra12.5m毛坯306 工艺规程设计6.1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。6.2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

20、。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。查机械制造工艺设计简明手册第20页表1.4-7,1.4-8,1.4-11,选择零件的加工方法，工艺路线方案，确定切削用量以及时间定额如下： 加工条件：加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件 工序I 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II 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

21、限度1.01.4,刀具寿命60min. 切削速度 vc=dn/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30 段加工20 从30切削至26，背吃刀量ap=1mm;切削长度L=36mm; 加工工时tm=L/ vf=1.8min加工20 从26切削至24，背吃刀量ap=1mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从24切削至22，背吃刀量ap=1mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/

22、 vf=1.8min 第二到工序所需工时Tm1=5.4min 大端加工（以大端端面为基准）毛坯30段加工25 从30切削至26，背吃刀量ap=1mm 切削长度L=204mm 加工工时 tm=L/ vf=10.2min加工25 从26切削至25.5，背吃刀量ap=1mm 切削长度L=204mm 加工工时 tm=L/ vf=10.2min第二道工序所需工时Tm2=20.4min工序III 半精车，倒角加工25 从26切削至25.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=204mm 加工工时 tm=L/ vf=10.2min加工24 从26切削至24.8，背吃刀量ap=0.35mm切削长度L=70m

23、m加工工时 tm=L/ vf=3.5min加工20 从22切削至20.3，背吃刀量ap=0.85mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min车倒角 车刀 选用kr=45的直头通切车刀车45倒角第三道工序所需工时Tm4=15.5min工序IV 精车，切退刀槽加工25 从25.5切削至25.3，背吃刀量ap=0.1mm切削长度L=134mm加工工时 tm=L/ vf=6.75min加工24 从24.8切削至24.3，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,查得v=0.17m/

24、s n=0.5第四道工序所需工时Tm5=10.25min工序V 磨削 机床:万能外圆磨床M131W 工作台移动速度v=100mm/min 加工25 从25.3切削至25，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=135mm加工工时 tm=L/ v f=1.35min第五道工序所需工时Tm9=1.35min工序VI 铣键槽机床:立式铣床X53T 转速n=18r/min纵向进给量为f1=10 mm/min 横向进给量为f2=10 mm/minh=4mm, L=40mm计算工时得tm纵= h/f1n=0.4min tm横= L/f2n=4min tm1=4.4min h=4mm, L=40mm计算工时得

25、tm纵= h/f1n=0.4 min tm横= L/f2n=4 min tm2=4.4min第六道工序所需工时Tm9=8.8min工序VII 车螺纹 机床：CA6140 转速=60r/min车M20 螺距P=1 mm Tm1=0.6min车M24 螺距P=1.6mm Tm2=0.73min第七道工序所需工时Tm7=1.33min工序VIII 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VI 工序IX 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

26、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。综上所述,本设计所需总基本工时Tm总=56.9min7 心得体会 作为一名即将毕业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的三年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的

27、理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是未来工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，虽然本次课程设计没有要求用 auto CAD制图，但我却

28、在整个设计过程中都用到了它。用cad制图方便简洁，易修改，速度快，我的设计，大部分尺寸都是在cad上设计出来的，然后按这尺寸画在图纸上。这样，有了尺寸就能很好的控制图纸的布局。 另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。8 致谢踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方数不胜数。做一件事情，不必过于在乎最终的结果

29、，可贵的是过程中的收获。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，这次课程设计将是我生命中不可或缺的一部分本课题在选题及研究过程中得到老师的悉心指导。老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。在此次课程设计中要特别感谢孙丽华老师的指导，如果没有您的帮助，这次课程设计是无法完成的，对老师的感激之情是无法用言语表达的。还有感谢机电系所有老师对我生活和工作的关怀。在你们的帮助和陪伴下走过的大学岁月，给了我最好的锻炼和最快的成长，感谢各位老师等对我的教育培养。你们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。学生：苗壮青2010年05月12日9 参考文献肖诗纲.切削用量简明手3版.机械工业出版社, 1997年李益民.机械制造工艺简明手册.机械工业出版社, 1993年黄健求.机械制造技术基础.机械工业出版社, 2005年吴宗泽.机械设计课程设计手册. 高等教育出版社， 2006年.工程力学.北京理工大学出版社，2008年.金属工艺学. 高等教育出版社， 2000年杨老记.机械制图.机械工业出版社 ， 2008年