齿轮工艺过程设计

机械与电子控制工程学院

小组成员： 

授课教师： 

2013年12月

一、问题提出：

零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否合理将直接影响零件的加工精度。针对车床主轴箱齿轮，应用所学的机械制造基础知识进行一次加机械工工艺过程设计的综合性工程应用训练。

二、专题研究的目的：

（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；

（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；

（3）掌握工艺分析方法；

（4）掌握定位基准的选择方法；

（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；

（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。

三、研究内容：

        图1所示为车床的一根传动轴车床主轴箱齿轮，完成该齿轮零件的机械加工工艺过程设计。

 图1 齿轮

工艺设计的具体内容包括：

（1）进行零件主要部分的技术要求分析研究；

（2）确定传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺；

（3）进行加工工艺分析；

（4）确定定位基准；

（6）制定齿轮的加工顺序；

（7）制定齿轮的加工路线；

四、设计过程：

车床主轴箱齿轮主要用于降低主轴转速，增加扭矩。一般车床主轴箱齿轮属于中速、中载荷的一般齿轮。所以，齿轮精度选7级。既能完成工作要求，又能保证一定的稳定性和寿命。

(一)零件各部分设计：

① 齿轮的工作面为齿面，齿轮在传动过程中，接触的两齿面会产生一定相互滑动。发生滑动摩擦，导致齿面发生磨损。磨损严重时，会加大齿侧间隙而引起传动不平稳和冲击。为保证齿轮传动的平稳性，并且减小摩擦等要求，应采用较高的表面粗糙度，此处选择2.5um；

② 齿轮Φ40H7内孔表面与传动轴为过盈配合，并且其内孔表面为摩擦表面，应采取较高的表面粗糙度要求，此处选择2.5um；

③ 齿轮端面和齿顶面为非工作表面，表面粗糙度要求较低，此处为5um。

④ 齿轮端面采用端面圆跳动，这样同时保证了端面与基准轴的垂直度要求与齿轮轴向的圆柱度要求。

⑤ Φ40H7内孔选用了直线度、垂直度、圆柱度等形位公差，保证了内孔对基准轴的高精度要求。

(二)坯料的选择及制备：

1、由于齿轮要大批量运用，同时要传递转矩，要求具有良好的机械性能，综合这几项要求，再考虑经济因素，材料选用45号钢。

2、在齿轮工作过程中，由于在齿面位置要承受弯曲载荷而不能承受急切应力，所以要求其内部杂质分布不能沿其工作方向。因此为了获得良好的流线，毛坯选用锻造后进行调质的毛坯。

锻造:下料-自由锻-正火处理。

3、热处理工艺

⑴.正火

工艺:将齿轮放人炉中加热到840-880℃，保温约3 h。出炉空气中分散冷却。目的是充分消除锻造引起的内应力，细化晶粒，适当提高齿轮的硬度，为以后的机加工作性能准备。同时为后序的热处理作组织准备。

⑵. 表面淬火+回火

①表面淬火：通常利用感应加热淬火装置，只对轮齿部位进行局部感应加热表面淬火。工艺：将齿轮置于感应器内，通入交流电，轮齿温度达到860—900℃后。随后用水快速冷却，淬火后表面不得有裂纹。目的是提高轮齿表面硬度和耐磨性，淬火后表面硬度可达到48～53 HRC，淬硬层可达3—4mm.

②回火工艺：将齿轮放人回火炉中加热到200-240℃，保温约1h，出炉空气中冷却。目的是消除在淬火时产生的内应力，防止齿轮在工作中的变形和开裂；获得稳定的组织，保证尺寸的稳定性；提高齿轮的韧性，调整齿轮的强度和硬度，获得较好的综合力学性能.

(三)定位基准的选择：

由于齿轮要与轴和其他的齿轮进行配合，所以其内孔和齿顶圆精度有较高要求，因此选择齿轮的端面为粗基准，内孔轴线为精基准。

(四)工序设计和加工方法

1.工序设计

工序        粗车端面和外圆

工序       钻孔和粗镗

工序      半精镗

工序Ⅳ      半精车端面和外圆

工序Ⅴ      滚齿

工序Ⅵ      渗碳和淬火

工序Ⅶ      去毛刺

2.加工方法

（1）内孔，粗糙度要求Ra2.5μm，需要粗镗和半精镗

（2）端面，粗糙度要求Ra5μm，需要粗车和半精车

（3）齿顶要求粗糙度为Ra5μm，需要进行粗车和半精车

(五)制定齿轮的加工顺序

   齿轮下料后，一般先锻造，锻造后再进行去除锻造引起的内应力，然后车成合适形状，先粗车，后精车，车后再滚齿，做出齿轮的形状后再进行提高齿轮表面强度、硬度的热处理工艺，如表面淬火/回火去应力，再进行的是消除在淬火时产生的内应力工序，最后再磨齿，磨到设计的粗糙度。

五、制定工艺路线：

①加工工艺路线：

下料——锻造毛坯——正火 ——粗车——精车——滚齿——其他加工——钳工去毛刺——齿面的高频淬火——回火——磨——磨齿——总检入库

②机床主轴箱齿轮机械加工工艺路线图

【1】《机械制造技术基础》【M】21世纪高等院校机械设计制造及其自动化专业系列教材

【2】黄劲枝《机械设计基础》【M】高职高专机电工程类规划教材

【3】梁旭坤.《机械制造基础.1,公差配合材料热加工分册》【M】

【4】何永熹《几何精度规范学(第2版)》【M】高等学校机械基础课程系列教材

【5】《齿轮设计手册》【M】

【6】廖念钊.《互换性与测量技术基础》【M】中国计量出版社