齿轮泵主动轴课程设计书

1 齿轮泵主动轴课程设计书 零件的分析 （一） 零件的作用 轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支撑齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传动扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面的反映轴类零件的加工规律和共性。 所设计的为齿轮油泵的主动轴。其作用是：一是支撑回转零件，支撑主动齿轮使其正常转动；二是把旋转运动通过主动齿轮传递给其他部件。如在 18安装齿轮，以传递扭矩使其正常工作。在工作中主轴不仅承受扭转力矩 ，而且承受弯曲力矩。 （二） 零件的工艺分析 通过对该零件的重新绘制知，原样图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。根据零件的尺寸图，可以初步拟定零件的加工表面，其间有一定位置度要求。 所设计的轴 的尺寸图中 下图所示 ： 2 分述如下： 1、 外圆柱表面： 外圆柱加工表面包括一个 18圆柱面，要求粗糙度为 及 两个圆柱面 , 其中 圆柱面粗糙度要求为 余粗糙度为 2、 键槽、通孔： 以轴线为中心的键槽 宽度为 5半圆键槽， 槽的两侧面 平行于基准 A（ 的轴线），通孔为 4通孔无要求。 3、 槽口： 左端以 以轴线为中心的 槽口宽度为 6槽。 槽的两侧面平行于基准 B（ 的轴线）， 根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该 3 零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证， 由以上分析可知可以先加工外圆柱面，然后借助专用夹具加工键槽、通孔及槽口，并保证它们之间的位置要求。 二、工艺规程的设计 （一） 确定轴的 材料及毛坯的制造形式 1、材料 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。 金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于 2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于 2%的称为铁。 （ 1）、铸铁 常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集 中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。 （ 2）、钢 4 钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。 钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于 特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如 般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于 其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用 于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在 间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在 高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于 2%或合金元素总量低于 5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为 2%5%或合金 5 元素总含量为 5%10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于 5%或合金元素总含量高于 10%的称为高合金 钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。 用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于 10，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。 2、 材料选用原则 从各种各样的材料中选 择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则： （ 1） 载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况 对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。 （ 2） 零件的工作条件 在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损 6 之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗 碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。 （ 3） 零件的尺寸及质量 零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。 （ 4） 经济性 选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零 件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。 3、确定轴的材料 由以上分析可以选择轴的材料， 35钢、 45钢、 40为 45钢的硬度在 220250综合力学性能好、承受交变弯曲载荷或交变扭转荷。结合以上两点以及其经济性选用 45钢。 4、确定毛坯的制造形式 7 零件材料为 45钢，本可以先用模锻，其精度高加工余量小又可以用与形状复杂、大批量生产，但其设备昂 贵。又考虑到轴的应用场合在齿轮泵中其受力不大强度要求不高生产纲领又不是太大。结合生产条件以及经济性故选取型钢又因为其最大直径处为 18 23 （二） 、基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 1、粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件的上面和右面的直角平面为粗基准。 2、精 基准的选择：主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸链换算。 （三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析 1、工艺路线的拟定 为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。 由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。 该轴材料为 45钢且为 23主动轴应首先车削成形，对于精度较高在车削之后还应磨削。车削和磨削时以 8 两端的中心孔作为定位精基准，中心 孔可在粗车之前加工。因此，该传动轴的工艺过程主要有 加工中心孔、粗车、半精车和磨削四个阶段。结合以上几点制定加工工艺路线如下： 工艺路线如下： 工序 1 车端面、钻中心孔，表面粗糙度 工序 2 加工 2 1 退刀槽； 工序 3 粗车 18用一夹一顶，表面粗糙度 寸公差 14级。 工序 4 半精车各阶梯轴，直径余量 工序 5 精加工各阶梯部分表面，粗糙度 寸公差 6级； 工序 6 钻 4 孔 工序 7 加工 槽口宽度为 6槽 根据此工艺方案制定出详细的工序划分如下所示： 工序 1：车端面，以 23 工序 2：车 2 1退刀槽 ,车后直径为 16工序 3：粗车左端 径余量 1面粗糙度 寸公差 14级； 工序 4：粗车右端 18径余量 1位基准都用左端 9 表面粗糙度 16、尺寸公差 14级； 工 序 5：半精车各阶梯轴，直径余量 车倒角，表面粗糙度 寸公差 9级 ,倒圆角 1 45； 工序 6：淬火 ; 工序 7：钻 4用专用夹具立式钻床加工 , 麻花钻 ； 工序 8：铣 6口，采用专用夹具，卧式铣床，盘形槽铣刀，表面粗糙度 工序 9：精加工整个轴的各阶梯部分 ,直径余量 面粗糙度 寸公差 8级； 工序 10：磨 18表面粗糙度 工序 11：划线铣半圆键槽，采用专用夹具卧式铣床加工表面粗糙度 用 是 宽度为 5刀 ； 工序 12：质检。 根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。见附表1：机械加工工艺过程卡；附表 2:机械加工工序卡。 （四） 机械加工余量及毛坯尺寸的确定 齿轮油泵主动轴零件材料为 45钢，硬度为 220 2500产类型为中小批量生产，结合生产条件及其经济性选用 23 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械 10 加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下（机械加工余量及其工序尺寸可用反求法计算即从零件的最后一道工序向前推算）： 1磨削余量查简明手册可预留 2精加工余量 ; 3半精加工余量 0.9 1 ; 4粗加工余量 2.5 从毛坯到成品总的加工余量为 4.2 的最大直径处为 18 18(4.2 选用 23 (五 )、 各工序的定位夹紧方案、切削用量选择 及基本工时 工序 1、车削端面。 工件材料： 45钢正火，硬度 220250毛坯为 23 加工要求：车端面，表面粗糙度值为 机床： 具、刀片材料为 杆尺寸为 1625具几何角度： 90、 15、 8、r （ 1）确定端面最大加工余量：已知毛坯总长 129端面 11 都应切削且应平均分配，一端面切除 度公差 13。 （ 2） 确定进给量 f：根据切削用量简明手册（以下简称切削手册）表 刀杆尺寸为 1625 3 6 f r 按 f r （ 3）计算切削速度：按切削手册表 削速度的计算公式为（寿命选 T 60 a f= 式中 242 ， ， ， m=k 见切削用量简明手册表 1 . 4 4 , 0 . 8 , 0 . 8 3 , 0 . 8 1 vm s v k v k r vk k k k 所以 0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 5242 1 . 4 4 0 . 8 0 . 8 1 0 . 8 3 9 9 / m i 2 . 5 0 . 4cv m m （ 4）确定机床主轴转速 1000 1 0 0 0 9 9 / m i n 1 3 7 1 / m i 1 4 2 3cs r 按机床说明书 ， 与 1371r/400r/现选取1400r/以实际切削速度 1 0 1 . 2 6 / m i m m 12 （ 5）切削工时 按金属切削原理与刀具 13 . 1 4 2 3 3 8 2 . 5 / m i n 0 . 0 8 m i 0 0 1 0 0 0 2 . 5 0 . 4 1 0 1m f v （ 6） 校验机床功率 查金属切削原理与刀具由表 2 . 7 / / m i n ) W m m 由表 25 时， 1 。故切削功率为 61 0 0 0 1 0 0 0 u c c f f F k Fp p v a K 速为 1400r/要求 . （ 7） 校验机床进给机构的强度 查 金属切削原理与刀具 表 2知比切削力21 9 6 2 / m m 故主切削力为 : 1962 s f F k FF k a f k K 查表 2r 75时 / 0 . 3 5 , / 0 . 4P V f F F= 因此 0 . 4 4 3 0 8 1 5 0 7 0 . 3 5 4 3 0 8 1 5 0 7r 若机床进给导轨与溜板磨擦系数为 给机构在纵向进给方向受力为 : 13 ( ) 1 5 0 7 0 . 1 ( 2 6 9 3 1 5 0 7 ) 1 9 2 7 f v rF u F F N 由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于 工序 2：车 2 1退刀槽 ,车后直径为 16工件材料： 45钢正火，硬度 220250坯为 23 加工要求：车 2 机床： 具、刀片材料为 杆尺寸为 1625刃宽度为 2（ 1）确定端面最大加工余量： 1 2） 确定进给量 f：根据切削 用量简明手册（以下简称切削手册）表 刀杆尺寸为 1625 3 16f r 按 f r （ 3）计算切削速度：按切削手册表 削速度的计算公式为（寿命选 T 60 a f= 式中 242 ， ， ， m=14 切削用量简明手册表 1 . 4 4 , 0 . 8 , 0 . 8 3 , 0 . 8 1 vm s v k v k r vk k k k 所以 0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 5242 1 . 4 4 0 . 8 0 . 8 1 0 . 8 3 9 9 / m i 1 0 . 4cv m m （ 4）确定机床主轴转速 1000 1 0 0 0 9 9 / m i n 1 3 7 1 / m i 1 4 2 3cs r 按机床说明书 ， 与 1371r/400r/现选取1400r/以实际切削速度 1 0 1 . 2 6 / m i m m （ 5）切削工时 按金属切削原理与刀具 13 . 1 4 2 3 3 8 2 . 5 / m i n 0 . 0 8 m i 0 0 1 0 0 0 2 . 5 0 . 4 1 0 1m f v （ 6） 校验机床功率 查金属切削原理与刀具由表 2 . 7 / / m i n ) W m m 由表 25 时， 1 。故切削功率为 61 0 0 0 1 0 0 0 u c c f f F k Fp p v a K 速为 1400r/ 15 （ 7） 校验机床进给机构的强度 查 金属切削原理与刀具 表 2知比切削力21 9 6 2 / m m 故主切削力为 : 1962 s f F k FF k a f k K 查表 2r 75时 / 0 . 3 5 , / 0 . 4P V f F F= 因此 0 . 4 4 3 0 8 1 5 0 7 0 . 3 5 4 3 0 8 1 5 0 7r 若机床进给导轨与溜板磨擦系数为 给机构在纵向进给方向受力为 : ( ) 1 5 0 7 0 . 1 ( 2 6 9 3 1 5 0 7 ) 1 9 2 7 f v rF u F F N 由机床的说明书可知机 床允许的最大进给力不低于 工序 3、 粗车左端 工件材料： 45钢正火，硬度 220250坯为 23 加工要求： 粗车左端 直径余量 1面粗糙度值为 寸公差 14级。 机床： 刀具：刀片材料为 03075， 16 0 6 0=8。 2计算切削用量 （ 1）粗车 A切削深度 按加工余量计算 的结果粗加工应加工到 19机械制造工艺与机床夹具课程设计指导 239可分为二次切削加工即 4pa 进给量 查机械设计指导表 2 之间并结合机床说明书取 。 C切削速度 工件材料 45钢正火查机械设计指导表 2考虑已选 的 切 削 深 度 和 进 给 量 得0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 5242 1 . 4 4 0 . 8 0 . 8 1 0 . 8 3 1 0 2 . 6 4 / m i 2 0 . 4cv m m ，刀具寿命 60 。 D确定机床主轴转速 机床主轴转速的计算值为 1000 1 0 2 . 6 4 1 0 0 0 1 4 2 1 / m i 1 4 2 3 对照机床主轴转速表取实际转速为 1400 / 故实际切削 17 速度为 3 . 1 4 2 3 1 4 0 0 1 0 1 . 1 / m i 0 0 1 0 0 0wc m m E计算切削工时 3 . 1 4 2 3 3 8 m i n 0 . 0 4 m i 0 0 1 0 0 0 4 0 . 4 1 0 1 . 1Am f v F校验机床功率 查金属切削原理与刀具由表 2 . 7 / / m i n ) W m m 由表 25 时， 1 。故切削功率为 61 0 0 0 1 0 0 0u c c f f F k Fp p v a K K 速为 560r/ 查 金属切削原理与刀具 表 2知比切削力21 9 6 2 / m m 故主切削力为 : 1962s f F k FF k a f k K 查表 2r 75时 / 0 . 3 5 , / 0 . 4P V f F F= 因此 0 . 4 4 3 0 8 1 5 0 7 0 . 3 5 4 3 0 8 1 5 0 7r 若机床进给导轨与溜板磨擦系数为 给机构在纵向进给方向受力为 : 18 ( ) 1 7 2 2 0 . 1 ( 4 3 0 8 1 5 0 7 ) 2 3 0 3 . 5f v rF u F F N 由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于 工序 4： 粗车右端 18步骤及参数与工序 2相同。 工序 5：半精车各阶梯轴，直径余量 件 工件材料： 45钢正火，硬度 220250坯为 23 加工要求：半精车阶梯轴外圆柱面，直径余量 面粗糙度值为 寸公差 9级，倒圆角 1 45。 机床： 刀具：刀片材料为 03090，60a ， 0。 2计算切削用量 （ 1）半精车 A切削深度 按加工余量 计算的结果粗加工应加工到 19机械制造设计指导表 2p 19 B进给量 查金属切削表 44 1 /f m m r 。 C切削速度 工件材料 45钢调质查金属切削表 4考虑已选的切削深度和进给量得 10 ，刀具寿命 60 。 D确定机床主轴转 速 机床主轴转速的计算值为 1000 1 0 0 0 1 1 0 6 6 0 / m i 对照机床主轴转速表取实际转速为 710r/实际切削速m 1 61 0 0 0 7 1 0 0 E计算切削工时 0 . 1 7 m i f v （ 2）半精车 18 是削切工时不同。详见工序卡片 2 工序 6：淬火 工序 7：钻 4用专用夹具立式钻床加工 , 麻花钻 ； 20 工件材料： 45钢正火，硬度 220250坯为 23 加工要求： 钻 4机床： 刀具：选用标准高速钢麻花钻头，其直径为 4 2计算切削用量 （ 1）、决定进给量 1)、根据加工要求，及表 给量 f=018mm/r。 由于 L/d=应该乘以孔深修正系数 给量 f=（ r r 2）、按钻头强度决定进给量：根据表 知钻头允许进给量为 f=r。 根据 择进给量 f=r 由于是加工通孔，为了防止在即将钻穿时钻头折断，应该在即将钻穿是停止自动进给改为手动进给。 (2)、根据表 具最大磨损量为 命 T=15 （ 3）、切削速度，由表 类。 由表 加工性为第 5类时，切削速度为 2 2 / m i 削速度修正系数 1 1 0 . 8 5 1 0 . 8 5 1 0 0 0 1 0 0 0 2 2 0 . 8 5 1 4 8 8 / m i 1 4 4 21 根据 择 1 3 6 0 / m i 。 （ 4）、检验机床扭矩及功率 根据表 、 计算基本工时 其中 L=入切量 +超切量 +切削量 =300 0 . 2 2 m i 1 1 3 6 0 工序 8：铣 6口 1、 加工条件 工件材料： #45 加工要求：以轴线为基准， 铣 6 槽口 机床：铣床， 式万能铣床。 刀具：高速钢盘形铣刀。铣削深度 8度 据切削手册表 3刀具外径 d=100选择刀具前角 o 10，后角 o 16，副后角 o =8，主刃 0 ,过渡刃 30 ,副刃 =5， z=12。由于其表面粗糙度值为 进行一次铣削即可达到要求。 2、 切削用量 （ 1）确定切削进给量 根据参考文献 2表 5卧式万能铣床的功率为 22 艺系统刚性为中等，细齿盘形铣刀加工 45 刚，查表 z，现取 z。 （ 2）铣刀磨钝标准及寿命 根据参考文献 2表 高速钢盘铣刀粗加工 45刚，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 刀直径 d=100用度T=120 （ 3）确定切削速度和工作台每分钟进给量 f 铣削速度可以通过计算得出，但是其计算公式比较复杂，实际生产中使用并不多，这里通过查表确定。查表 5，高速钢铣刀铣削速度为 15 20m/所需铣床主轴转速范围是 m 71 001 00 0 （式 根据 床的标准主轴转速，由表 5取 n=60r/实际铣削速度为 v=作台每分钟的进给量 12 60=72mm/ （式 根据参考文献 2卧式万能铣床工作台进给量表 5择 5mm/实际每齿的进给量 f /5 （ 4）校验机床功率 根据参考文献 2表 5表 5的计算公式，铣削是的功率（ 1000（式 )( （式 23 式中 0， 0mm，z=12， d=80n=60r/ 将上述数据带入公式可得 V= 卧式万能铣床主电动机功率为 所选用切削用量可以采用，所确定的切削用量为 z， 5mm/n=60r/v= 3、基本时间 根据参考文献 2表 5形铣刀铣槽口的基本时间为 fi v 1 （式 。，式中， 1()(,260 1 05mm/ 序 9： 精加工整个轴 同工序 5：精车轴各部位只是切削时各主要参数不同，详见 工序 10： 磨 18加工要求： 磨 18表面粗糙度值为 机床： 床 。 （ 1）选择砂轮 查机械加工工艺设计手册选砂轮选择结果为： 00 50 230。查金属工艺人员手册砂轮耐用度为 1800s。 24 （ 2）确定切削用量 砂轮转速 =1500r/机械制造工艺设计手册 )， V 砂=2032 08m/ 3）计算基本工时12 2 7 4 3 7 . 6 8 0 . 2 1 . 1 0 . 6 0 9 m i 0 0 1 0 0 0 1 8 2 0 0 . 0 0 5 6b b Z k x x x f f x x x 工序 11：铣键槽 按铣削用量的选择原则为保证表面质量增加切削速 度减小进给量。 削手册表 z 3 采用高速钢 半圆键槽 铣刀 铣刀 d=16=3则主轴转速为 m 31 0 0 01 0 0 0 现选用 据机床使用说明书取 n=750r/实际切削速度为： 3 . 1 4 2 4 . 6 / m i 0 0