外球笼加工工艺设计说明书.doc

常州工学院机电工程学院毕业论文KC021-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： VW01101外球笼外壳制造工艺设计 二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2007年 6 月摘 要VW011外球笼又称球笼式等速万向节，是驱动汽车车轮的传动部件之一，其作用是等速传递扭矩和改变传动方向，使汽车平稳行驶。常州超宇机械设备有限公司为了保证加工质量和提高生产率，要求对该部件的主要零件外球笼外壳、星行套及保持架进行制造工艺设计和制造装备设计。本课题是VW100-01外球笼外壳制造工艺设计，具体包括工艺编制、夹具设计、检测装置设计、三维造型、数控编程。关键词:等速万向节 外球笼外壳 工艺设计AbstractBall cage outside the VW011 also calls the ball cage type of Constant velocity joint. drive the automobile felloe to spread to move one of the parties, its function is to constant deliver the pitch of strand and change the spread direction, making automobile steady to drive. ChangZhouChaoYu machine equipments limited company processes the quality and the exaltation rate of production for the sake of assurance, requesting to the main parts of that include outside ball cage outer shell, spiders and keeper to carry on making the technological design and manufacturing to equip a design.This topic is the VW100 - 01 outside ball cage outer shell manufacturing technological design, concretely including a craft to draw up, tongs design, examines equip design,3D shape creation, numerical control assemble .Key Word: Constant Velocity Joint CVJ outer shell Technological design目 录第一章 绪论 51.1 引言61.2 等速万向节的性能比较61.3 等速万向节的振动、噪音8 1.4 等速万向节的其他问题91.5 等速万向节的摩擦与润滑9第二章 外球笼外壳的机械加工工艺设计132.1 确定生产纲领132.2 分析零件图132.3 锻造加工13 2.3.1 确定毛坯13 2.3.2 确定加工锻造方法13 2.3.3 模锻件的公差与加工余量14 2.3.4 模锻件图14 2.3.5 计算毛坯体积14 2.3.6 确定毛坯直径D坯和长度L坯14 2.3.7 选择设备吨位15 2.3.8. 制坯工步选择及模锻工艺方案152.4 冷挤压加工15 2.4.1 冷挤压工艺的实质15 2.4.2 冷挤压的优点16 2.4.3 冷挤压图162.5 机械加工工艺过程设计16 2.5.1 定位原理与定位基准16 2.5.2 选择定位基准17 （1）选择粗基准17 （2）选择精基准182.5.3 拟定工艺过程19 （1）选择各表面加工方法19（2） 各种加工方法的经济精度和表面粗糙度19（3） 各种加工方法能够达到的形状和位置精度19 （4） 制订工艺路线19 2.5.4 加工顺序的安排24 2.5.4.1加工阶段的划分24 2.5.4.2机械加工顺序的安排原则24 2.5.4.3热处理工序的安排252.5.5 确定各工序加工余量25 2.5.6 机床及工艺装备的选择25 2.5.7 确定切削用量及工时定额27 2.5.7.1车外圆切削用量的确定27 2.5.7.2车外圆工时定额的确定27 2.5.7.3 确定粗车端面的工时定额第三章 机床夹具设计283.1 机床夹具概述283.2 机床夹具的分类28 3.2.1 专用夹具的组成283.2.2 确定切削用量应注意的问题283.3 车端面和外径的夹具设计283.3.1 夹具图28 3.3.2 车端面和外径的夹具的夹紧力计算293.4 铣六沟槽的夹具设计29 3.4.1 铣六沟槽的夹具图29 3.4.2 铣六沟槽的夹具的夹紧力计算30第四章 检测装置的设计314.1 计算器具的选择方法31 4.1.1 按计算器具的不确定度选择31 4.1.2 按计算器具的测量方法极限误差选择314.2 确定各工序所需量具314.2.1外球笼精车外形检验314.2.2 外球笼精车内球面检验314.2.3 外球笼铣沟道件检验324.2.4球笼磨内球面件检验334.2.5 外球笼磨沟道件检验344.2.6外球笼外观及试装检验35 1.外球笼外壳外观检验35 2.球笼试装检验36第五章 三维造型与数控编程375.1 三维造型图385.2 车端面和内倒角385.3 车外圆，轴径395.4 精车外轮廓405.5 磨内球面42第六章 结论43第七章 致谢44第八章 参考文献45第一章 绪论1.1 引言汽车工业的发展，及用户对汽车使用、转向的更高追求，要求汽车有更好的动力性、操纵性及舒适性，促使了FF 及4WD 型车的出现。它们的前轮必须具有转向和驱动两种功能，作为转向轮，要求车轮能在一定的转角范围内任意偏转某一角度；作为驱动轮，则要求半轴在车轮偏转过程中以相同的角速度不断地把动力从主减速器传到车轮。在这样两个轴线不重合，且位置还经常变化的两轴间传递动力的机构就是等速万向节。转向驱动桥半轴不能制成整体而要分段，在车轮和半轴间用等速万向节将两者联接起来。即使采用后轮驱动，由于居住性的要求，使用独立悬挂，车轮和半轴轴线不重合，也需等速万向节传动。在现代汽车上，等速万向节传动装置是由等速万向节、传动轴、和支承组成。等速万向节把两轴连接起来，并使两轴以相同的角速度传递运动。VW011外球笼又称球笼式等速万向节，是驱动汽车车轮的传动部件之一，其作用是等速传递扭矩和改变传动方向，使汽车平稳行驶。常州超宇机械设备有限公司为了保证加工质量和提高生产率，要求对该部件的主要零件外球笼外壳、星行套及保持架进行制造工艺设计和制造装备设计1.2等速万向节的性能比较汽车用等速万向节按其性能可分为定心型和轴向滑移型两大类。表1列举了现在投入使用的等速万向节及其性能要求。表1 等速万向节的分类表1分类定心型轴向滑移型性能要求等角速活动角大(40-50)寿命长等角速能够形成活动角(20-30) 能轴向作足够的移动寿命长强度高种类RF(Rzeppa 等速万向节)BJ(拨菲尔德式等速万向节)GE(三柱轴式等速万向节)UF(球叉式等速万向节) DOG(双遍移距式等速万向节) GJ(三柱轴式等速万向节)VL(交叉槽等速万向节)根据使用部位，等速万向节还可分如下两类：(A) 外置式等速万向节(车轮一边用即定心型，O/B 节)(B)内置式等速万向节(差速器一侧用即轴向滑动型，I/B节)等速万向传动轴，一般采用定心型等速万向节+ 轴+ 轴向滑动型等速万向节的组合形成，这样即可解决运动学上的问题，同时也可用来降低噪音、振动和减少滑动阻力。不同类型的等速万向节其工作原理大致相同，但其性能却有较大的区别。表2表明了等速万向节的特性比较1表2 等速万向节特性比较 表2项 目 定心型 轴向移型 BJ GE VF DOJ VL GI外径H /扭矩容量+0+量H /扭矩容量+最大允许角+0+常用允许角+0+0温升+0+耐久性+NVH+0+滑动量+0+滑动阻力0+转动引起的轴向力0+0注：0可以使用,+好,+最好1.3 等速万向节的振动、噪音汽车发动机、轮胎、变速箱、差速器等是噪音和振动的整体。4w的驱动系比2w多，属于大噪音车。另一方面，由于要满足低油耗、低成本的要求，汽车必须轻量化，汽车变得更易产生振动。因此，对驱动系主要部位之一的等速万向节的振动特性必须进一步进行改善。目前国内外都面临以NVH(噪音、振动、啸声)为中心的许多急待解决的问题，等速万向节的噪音、振动特性，大致可以分为由其内部产生的，发动机产生的和路面传递而来的三大部分21.3.1 回转方向间隙当等速万向节回转方向间隙过大、内部零件之间发生干涉时，等速万向节会产生冲击、噪音，此外，它还会受其它驱动系的影响产生振动所以，对大幅度减少回转方向间隙的要求比较强烈，在目前批量生产的等速万向节中，只有交叉槽型等速万向节可以没有回转方向间隙，因其传递力矩的钢球在动作时起滚动机构的作用，而其它形式的等速万向节都伴有或大或小的滑动，故回转力向间隙不可能为零。由于回转方向间隙不为零的特性和小的诱发轴向力，将会得到有效的应用，高级车的后独立悬挂采用LJ 型等速万向节将会越来越普遍。通过选配来减少内、外圈与钢球之间的游隙是减少等速万向节回转间隙的一种常用的简便方法，为了进一步减少间隙，就要提高内、外圈的精度，也就是必须提高制造技术水平。文献3 曾详细研究了球笼式等速万向节配合间隙问题，定量地给出了零件公差对回转间隙的影响关系。1.3.2 诱发轴向力当滑动式等速万向节形成活动角传递动力时，基于内部零件的相对滑动，产生了摩擦力，其轴向分力(也即诱发轴向力)变成了起振力。DOJ (双偏距)型等速万向节，有六个传递力矩的钢球，因而回转一周呈现六次较强烈的振动，GI( 三柱轴) 型等速万向节有三个球面滚子，呈现三次较强烈的振动。虽然VL( 交叉槽)型等速万向节边有六个钢球，由于其球滚道轴向相互交叉倾斜，六次振动表现与三次振动相当，其强烈程度小于DOJ及GI 型。六次诱发轴向力常与四缸发动机的二次谐振，使机罩产生拍音；三次诱发轴向力在汽车低速加速时，使发动机座摇晃而引起车身横摆。由于诱发轴向方随活动角及传递力矩等的增大而增大，解决这个问题的最好办法是减小活动角，但随之要改变汽车的基本设计，所以这种想法几乎是不能成立的，那么就迫切要求对等速万向节本身进行改进。实现这以目标的最佳方案是减少等速万向节内部摩擦力，主要途径有两条，一是改善润滑方式，二是减少滑动，增设滚动零件之类的措施进行结构的改进。1.3.3 滑动阻力滑动式等速万向节在一边传递力矩一边产生滑动时，基于摩擦产生了滑动阻力。若滑动阻力过大，由于滑动不吸收从发动机、路面等传来的振动，这些振动传至车体，常使车身手柄等部位产生振动。如A/T 车在开动发动机、脚踏刹车停止行车时产生的空转振动就是典型的事例。GI型等速万向节滑动阻力较小，几乎不发生此类问题，而滑动阻力较大的DOJ 型及VL型则频频发生。减少滑移阻力仅靠低摩擦润滑脂效果不大，必须对等速万向节结构进行改进。1.3.4 折弯阻力Fold curved resistance当传经等速万向节的振动方向与现成活动角方向相对时，折弯阻力会引起等速万向节振动，因此固定式等速万向节与振动也有关系。BJ型是固定式等速万向节的典型，将其传力钢球与保持架窗口之间设定一个小间隙，虽然能大大地改善折弯阻力，但在转向行车时，这种配合间隙会产生拍音，设计时必须慎重考虑。DOJ 型当钢球与保持加窗口之间常常有间隙，故折弯阻力较少。对于零回转间隙的VL 型等速万向节，即使采用窗口间隙，由于钢球与滚道间的过盈，表现新的折弯阻力乃较大。1.4 等速万向节的其它问题1.4.1 大活动角汽车的最小回转半径取决于转向时最大车轮切角，因而要求外置等速万向节能有尽可能大的活动角。目前固定端正在研制最大允许夹角为5的等速万向节，滑移端也超过30.5。1.4.2 左右轴的等长化发动机横置放置时，左右传动轴不等长，有时会使大功率汽车左右万向节的安装角度产生误差而影响传递扭矩。现有一些厂家利用加装中间轴的方法使左右等速万向节传动轴等长。1.4.3 防护罩The protection cover等速万向节的防护罩用密封润滑脂防止水、泥等杂物浸入，一旦被破坏，由于润滑不良等速万向节内部产生磨损，很快导致异常声音。防护罩常常暴露于大气中，容易受到损伤、同时现场活动角旋转在伸缩疲劳等工作条件苛刻的环境下使用，使用温度达到-40 100C左右。对内置差速器端的防护罩来说，研制耐高温的防护罩更是当务之急。1.4.4 小型化Small scaled turn除防护罩外，等速万向节主体寿命、强度等是否是高于现有的水平，对汽车是否必要，目前尚难定论。但对保持现有的寿命、强度水平下更加小型化的等速万向节却迫切需要。轻量化、低成本、节省空间是其主要目标。 对于小型化的等速万向节，应考虑开发新结构，对材料、热处理、内部精度和润滑等方面要进行深入研究4。1.5 等速万向节的摩擦与润滑等速万向节广泛应用在汽车工业中,由于现代轿车追求车辆具有耐久性和舒适性,这就要求等速万向节具有长寿命和低振动、低噪声等性能,能够平稳地传递动力。为此,除了改善产品的结构外,还需要研究它们的摩擦与润滑,因为摩擦与润滑直接决定着产品的使用寿命和性能。当今市场上使用的等速万向节有4 种结构:只有轴间角运动而没有轴向移动的中心固定型等速万向节;既有轴间角运动又可轴向移动的球笼等速万向节;交叉滚道式中心固定型等速万向节;三球销式等速万向节。按接触应力来划分,前3 种为点接触型,后1 种为线接触型。1.5.1 中心固定型等速万向节的摩擦与润滑中心固定型等速万向节结构见图1 ,它由外套、保持架、星形套以及6 个钢球组成。当中心固定型等速万向节在轴间角的状态下工作(轴间角即外套轴线与星形套轴线形成的锐角) ,由于钢球被保持架窗口控制在轴间角的补角角平分面上,中心固定型等速万向节旋转一周的过程中,每个钢球在内、外沟道内按正弦曲线完成一次摆动。这个摆动是钢球在内、外沟道中低速滑动和滚动的合成运动。由于内、外沟道曲率半径和承受载荷不同,使钢球在内、外沟道中存在不同的滑移量,通过改变接触压力角来调整钢球的滑移量。除了内、外沟道的压力使钢球与沟道之间产生摩擦之外,钢球与保持架窗口之间也产生摩擦,同时保持架内、外球面与星形套、外套球面之间的接触也产生摩擦。1.5. 2 钢球与沟道间的摩擦钢球与沟道之间的摩擦,是中心固定型等速万向节摩擦中的重要组成部分,直接影响中心固定型等速万向节的使用寿命,因此要解决沟道间摩擦,需获得较为理想的接触椭圆形状。推荐接触椭圆长短半轴之比为0. 10 左右,保证短半轴和钢球运动方向保持一致,长半轴的长度和钢球半径几乎相等。这与Hertz 接触理论的一个基本假设条件相违背(接触面的线性尺寸与表面弯曲半径比很小) 。在正常工作条件下,钢球与沟道接触应力为2 0004 000 MPa ,在如此高的接触应力下滑动摩擦所产生的热量是很大的,可引用温升公式来计算。Tf =pmaxVS ( / 2)k1 ( V1/ b) 0. 5 + k2 ( V2/ b) 0. 5 (1)式中:Tf 为温升; Tf 为由摩擦产生的瞬时温度;为摩擦系数; p 为接触应力; VS 为滑动速度; k为表面热量因数, k =c ; V 为表面速度; b 为接触椭圆短半轴;为材料密度;为线性压力移动系数; c 为材料表面承压能力。根据温升选择确定润滑脂的化学吸附作用和物理的吸附作用, 由于内外沟道存在不同数量的滑动,在星形套的沟道中存在较高的压力和较大的接触面积,只有润滑脂中添加剂的化学作用才能使润滑脂在两个不同接触表面和不同等级应力下保持不同的反应速度, 同时还能保护表面在低温时也具有吸附作用。而润滑脂物理作用只能在滑动小的表面起作用。一个新制造的中心固定型等速万向节, 表面是由相间的波峰和波谷组成的,内、外沟道表面的波峰间距和大小都是不相同的。同时由于采取不同的磨削方式将会造成不同的接触状态。例如外沟道表面磨削使用指状砂轮, 由于砂轮的旋转作用,采取纵向磨削,得到的磨纹垂直于钢球的运动方向,同时又平行于接触表面的长半轴;而星形套沟道由于砂轮沿着轴向方向磨削, 因此表面层波纹是平行于钢球运动和接触表面的短半轴方向。新使用的万向节, 钢球是在较高的波峰表面上滑动,完全处于磨损或发生塑性变形阶段,所认为最初的运行状态是处于非稳定的滑动状态, 同时伴随着滑动并出现很大的噪声,润滑脂也处于非润滑状态。此时的摩擦被认为是由滑动和粘着两种状态组成,即总=粘着+滑动(2)这两种摩擦是由内外沟道的局部实际接触表面状态所决定的。在光滑表面上,实际接触面积较大,因此粘附磨损起主要作用,也就是说趋于把润滑脂挤出接触表面,从而出现局部粘着状态,如果表面是连续的,粘着作用就会扩大,使表面出现损伤。而较粗糙表面,波峰和表面凹槽趋于互锁,使接触和负载变得更加严重, 需要犁出一条运动通道,则滑动作用占据支配地位。在外沟道中,即使钢球和沟道表面发生局部粘着,但由于磨削纹理的作用, 粘着作用出现增大的机会很小, 因此摩擦是由滑动作用来决定的。由于钢球在外环沟道中运动的速度较快,在这种状态下工作, 润滑脂很容易被钢球带到外环沟道中, 从而实现理想的润滑。润滑脂中的MoS2 和石墨通常填充在表面的波谷中, 新制造万向节经过数百次循环运动, 就可以正常工作,表现为表面变得较为光滑, 出现一个明显的接触痕迹。在星形套沟道中, 由于钢球的运动是沿着砂轮的磨削方向,局部粘着长大的机会大为增加,因此粘着作用决定着摩擦系数。任何液体润滑剂都会从槽中泄露, 只有使用具有稠化性和固体润滑剂的润滑脂被吸附在表面,才能产生润滑。为了增加钢球的旋转, 给钢球一个合理的压力角度以打破粘着作用并减少表面摩擦是设计万向节的一个关键。1. 5.3钢球与保持架窗口以及保持架内外球面副间的摩擦在正常的工作条件下, 为了达到较高的接触能力,在安装时,钢球和保持架窗口应有一定的过盈量。在动态状态下,钢球受到的压力远高于窗口过盈配合所产生的压力, 这时钢球沿着窗口的一个侧面产生滑动,这个滑动对钢球是有益的,它可以促进钢球现合成运动。汽车从驱动到制动的变化过程中, 万向节沟道受到一个反向载荷将导致钢球产生新的运动。因此钢球的运动不是纯的滑动,而是一个滑动滚动旋转的合成运动。钢球的旋转运动给万向节带来2 个好处:首先,处于很高的接触应力状态下, 旋转运动能使钢球的接触点经常发生变换, 有利于提高接触点的循环次数,从而提高钢球的使用寿命;其次,钢球的旋转运动有利于充分接触润滑脂,在通常情况下,钢球大约有一半表面被润滑脂覆盖, 通过旋转运动可以把新的润滑脂带入到内、外沟道中,使润滑脂能够覆盖整个接触表面。保持架内、外球面间需要很小的配合间隙,以保证万向节具有高精度的等角接触,以利于减小振动,降低噪声。但过小的间隙又使这些球面的接触运动为100 %的滑动, 表现为润滑脂被挤出接触区, 造成干摩擦, 因此需要把MoS2 、石墨以及其他表面防化剂加到润滑脂中,以提高吸附性。1. 5.4中心固定型等速万向节的润滑应根据现有工作条件合理选用润滑脂, 以满足万向节的使用要求。润滑脂的主要性能依据于基础油,由于润滑脂主体部分为基础油,可用下式计算弹性流体润滑( EHD) 油膜的最小厚度为Hmin = 3. 630 uERx0. 68E30. 49 wER2x- 0. 073(1 - e - 0. 68 k) (3)其中: k = 1. 03RyRx0. 64式中:0 为在大气压力下润滑脂动力粘度; u 为润滑脂的带走速度; E 为材料的弹性模量; R 为元件的曲率半径; E3为简化的弹性模量;为润滑脂压力粘度系数; w 为承受载荷; k 为侧面流动调节系数。例如使用中等系列万向节的轿车,在高速公路上正常行驶,万向节沟道表面粗糙度为0. 60. 8m ,钢球表面粗糙度为0. 025m ,那么运动副合成粗糙度为0. 6m ,计算油膜厚度为70 nm ,膜厚比为0. 11 ,这说明中心固定型等速万向节是在极度边界润滑条件下工作。如此薄的油膜,如果是用在轴承上,只有很短的使用寿命。这充分说明中心固定型等速万向节和轴承的润滑并不相同,用经典EHD 理论是难以解释的,但在等速万向节中确实存在如此薄的油膜。可见用现有的理论计算非稳态接触,其适用性是有限的,需要不断发展新的理论来解决中心固定型等速万向节的纳米级润滑问题。虽然EHD 薄膜在理论上接近于0 ,但总是能够维持一定的薄膜厚度,使润滑脂残留在接触表面,其关键在于使用一种剪切稳定的稠化剂,以确保润滑脂具有固体状态,同时可以防止润滑脂脱离接触表面飞溅到密封罩上。万向节零件在加工后需要进行清洗,这就需要润滑脂具有吸收少量水分的能力以防止内部金属发生腐蚀。随着前置前驱轿车数量的增加,大功率发动机的应用及要求车辆低振动、低噪声,需要驱动半轴总成具有更小的体积,更轻的重量,这就对润滑脂提出了更高要求,特别是耐高温性方面。1.5.5可轴向移动的球笼等速万向节和交叉滚道式等速万向节的摩擦与润滑这两种具有轴向位移功能的万向节与中心固定型等速万向节相类似,都是使用钢球作为传动件,同为点接触类型,接触应力为2 0004 000MPa 。所不同的是钢球在内外沟道中有轴向运动,允许最大轴向滑移量为50 mm ,可轴向移动的球笼等速万向节(图2) 的内、外沟道沿着轴线方向排列,而交叉滚道式万向节(图3) 的内、外滚道是沿着轴向方向呈螺旋线排列的。可轴向移动的球笼等速万向节,在形成轴间角的过程中,钢球由保持架和内、外沟道共同作用才能保持在角平分面内,采取的独特设计使可轴向移动的球笼等速万向节架窗口和钢球有合适的过盈量,同时要求保持架内外球面与星形套、外套的球面之间有精确的接触以增加滑动。虽然增加滑动摩擦会产生大量的热量,但可以降低噪声。交叉滚道式万向节不仅用于前轮驱动,也大量用于不受悬挂约束的后轮驱动,和中心固定型等速万向节相比,最大区别在于保持架窗口接触应力很高,如果没有合适的润滑,将发生严重的磨损,除了轴向滑移外,其他运动和中心固定型等速万向节基本上一致。但钢球的运动速度更快,使润滑脂薄膜变厚。保持架的内、外球面不接触,保持架的作用就是控制钢球在角平分面上,所使用MOS2的最大颗粒为50m ,远大于中心固定型等速万向节所用润滑脂中的颗粒,这样可保证表面有80 nm 的油膜层来分隔接触表面。在前轮驱动中,中心固定型等速万向节安装在车轮部,在周围环境中不存在其他热源,有利于中心固定型等速万向节热量散发,而可轴向移动式和交叉滚道式万向节安装在减速器上,离发动机很近,由于差速器的功率损失会产生热量,在周围环境中存在热源,不利于万向节散热,因此需要使用有耐高温稠化剂的耐高温润滑脂,以便于在高温下正常工作,但却同时难以满足轿车在低温条件下的正常润滑。1.5.6三球销式万向节的摩擦和润滑三球销式万向节(图4) 同样具有轴向运动的功能,这类产品由3 个球环安装在三销架上,中间依靠滚针来支承,球环同时又可在外套沟道内运动,在形成轴间角和轴向滑移的运动中,球环在外套沟道中产生纯滚动。而球环与滚针则产生滑动,球环和滚针的接触将决定万向节的使用寿命,接触为线接触, 正常接触应力为1 500 2 500MPa ,性质和点接触不同。作为三球销式万向节的润滑脂,除了要求具有活性外,也需要固体润滑,以防止滚针的相互分离,由于接触应力较小,只使用中等极压油,密度是三球销式万向节所用润滑脂的一项重要特性指标。这是因为润滑脂的密度会影响润滑性能,如果选用的润滑太硬和密度较大,会产生较大的滑移阻力,导致振动增大。另外润滑脂装填量也比中心固定型等速万向节多。三球销式等速万向节从油膜厚度上分析,球环的运动速度与形成轴间角的速度成正比,大约是中心固定型等速万向节的2 倍。对于同一尺寸的万向节来说,带走润滑脂的速度同样也是中心固定型等速万向节的2 倍。因此要求基础油的粘度应是中心固定型等速万向节用润滑脂的50 % ,这有利于提高万向节的耐低温性能。同时,由于三球销式万向节在形成相同轴间角时所产生滑移数量较少,因此产生的热量相对就少。可轴向移动式和交叉滚道式万向节一样,外部环境会给三球销式万向节的散热带来不利影响,因此美国和日本使用聚脲脂,它的基础油是低挥发性的,稠化剂为聚脲脂,点是耐高温,抗氧化,可以在150 下正常工作,使用酸性化合物或硫化物作为添加剂。三球销式万向节有一特殊现象,即在5轴间角时,球环将产生很大的轴向力,为了降低轴向力,须选用摩擦系数为0. 08 的润滑脂,而普通润滑脂的摩擦系数为0. 120. 15 。由于添加剂发生化学反应,降低了润滑脂的使用寿命,由此可见低摩擦润滑脂并不能提高耐磨性,同时还会降低使用寿命。试验证明,只有当万向节的轴间角达到8时,低摩擦润滑脂才能表现出优良的性能。第二章 外球笼外壳的机械加工工艺设计2.1 确定生产纲领已知该零件的年生产纲领为10万件，零件质量为3kg,查表可知其生产类型为大批量生产。该件刚性好，部分要求精度高，工艺适宜分散，较多使用数控车床、铣床及专用磨床。2.2分析零件图VW011外球笼外壳与星行套和保持架构成等速万向节。VW011外球笼又称球笼式等速万向节，是驱动汽车车轮的传动部件之一，其作用是等速传递扭矩和改变传动方向，使汽车平稳行驶。2.3锻造加工2.3.1 确定毛坯由于该零件起到传递扭矩和支承的作用，同时还要和星行套及保持架精密配合，故刚度要求高，精度要求高，采用圆钢作为毛坯。查机械加工工艺手册，45钢抗拉强度为539-637MPa，屈服点为314，伸长率为6%-13%，收缩率为30%-40%，硬度为255HB,可以达到所需要求，故采用45钢作为毛坯材料。2.3.2.确定加工锻造方法锤上锻造是在自由锻、胎模锻基础上最早发展起来的一种模锻生产方法，适合成批或大批量锻件锻制。它是将上、下模块分别固紧在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模型腔中，借助与上模向下的冲击作用，迫使金属在锻模型槽中塑性流动和填充，从而获得与行腔形状一致的锻件。锤上模锻的优点有：工艺灵活，适应性广，可以生产各类形状复杂的锻件，如盘行件、轴类件等；可单型槽模锻，也可以多型槽模锻；可单件模锻，就、还可以多件模锻或一料多件连续模锻。锤头的行程、打击速度或打击能量均可调节，能实现轻重缓急不同的打击，因而可以实现镦粗、拔长、滚挤、弯曲、卡压、成形、预锻和终锻等各类工步。锤上模锻是靠锤头多次冲击坯料使之变形，因锤头运动速度快，金属流动有惯性，所以填充型槽能力强。模锻件的纤维组织是按锻件轮廓分布的，机械加工后仍基本保持完整，从而提高锻制零件的使用寿命。单位时间内的打击次数多，对110t的模锻锤约为40100次/分。故生产效率高。模锻件机械加工余量小，材料利用率高，锻件生产成本低。开式模锻中毛边金属的损耗较大，通常毛边占锻件质量的10%50%，为减少金属损耗，提高材料利用率，采用闭式模锻。2.3.3.模锻件的公差与加工余量普通模锻方法很难满足机械零件的要求，一般说来存在如下两个方面的问题，即：（1）锻件走样（2）表面质量不易保证确定锻件机械加工余量和公差大小的方法主要有两种：一是按锻锤吨位大小确定；另一种方法是按锻件形状尺寸大小查表选定。钢质模锻件的 机械加工余量按JB3835-85确定。确定是，根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由机械制造工艺设计简明手册表2.5-25可查的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查的。表中余量值为单面余量。该零件采用查表法确定，各主要外径的单边余量为2.5mm,轴向长度余量为2.5mm。各尺寸的偏差取0.32.3.4.模锻件图2.3.5.计算毛坯体积V坯=Vi=/4*292*80.5+/12*23*（682+792+68*79）+/12*14*（792+952+79*95）+/4*952*30-/12*9*（602+202+60*20）-/4*602*44=310388mm3式中 V坯毛坯体积 Vi各分段的体积2.3.6.确定毛坯直径D坯和长度L坯计算毛坯直径 D可由下式计算：D=0.9V坯-1/3=0.9*310388-1/3=60.9mm 根据查标准圆钢的直径，取D坯=60mmL坯=V坯/A坯=310388/（/4*602）=109.7mm圆整为，L坯=110mm2.3.7.选择设备吨位根据公式 G=(1-0.005D)(1.1+2/D)-1/2(0.75+0.001D2)D =(1-0.005*6)(1.1+2/6)-1/2(0.75+0.00162)*6*60 =0.393t此锻件属于长轴类和顶镦类零件复合体，适当增加比例，确定取0.5t的锻锤。2.3.8.制坯工步选择及模锻工艺方案次锻件应采用压肩、拔长、局部镦粗、冲孔制坯工步。模锻工艺方案为：压肩拔长局部镦粗冲孔预锻终锻2.4 冷挤压加工2.4.1 冷挤压工艺的实质冷挤压的加工方法是利用金属材料的塑性变形的原理，在室温的条件下，将冷态的金属毛坯放入装在压力机上的模具行腔内，在强大的压力和一定的温度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模出口，挤出空心或断面比毛坯断面要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。冷挤压是无切削、少切削零件加工工艺之一，所以是近代金属塑性加工中一种先进的加工方法。2.4.2 冷挤压的优点显著降低原材料的消耗提高生产效率可成形复杂形状的零件提高零件的力学性能可获得较高尺寸精度及较小表面粗糙度值的零件减少工序，缩短生产周期减少设备投资降低零件的生产成本2.4.3冷挤压图2.5 机械加工工艺过程设计2.5.1定位原理与定位基准在设计机械加工工艺规程时，要考虑的重要的问题之一是怎样将工件装夹在机床上或夹具只。这里装夹有两个含义，即定位与夹紧。定位是指工件在机床或夹具中占有正确的位置的过程。夹紧是指工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置的不变的操作。六点定位原理是指一个物体在空间可以有六个独立的运动，这六个独立运动成为六个自由度，如果采取一定措施，消除物体的六个自由度，则物体被完全定位。基准是在用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。从设计和工艺两个方面看基准，可分为两大类。即设计基准和工艺基准根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸的起始位置，这些尺寸的起始位置称为设计基准。零件在加工工艺过程时所采用的基准成为工艺基准。工艺基准又进一步可分为：工序基准，定位基准，测量基准，装配基准。2.5.2.选择定位基准（1）选择粗基准粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相对位置，影响到加工余量的分配，并且第一道粗加工工序首先遇到粗基准的选择问题，因此正确选择粗基准对保证产品质量将有重要影响。在选择粗基准时，一般应遵循下列原则：保证相互位置要求的原则保证加工表面加工余量合理分配的原则便于工件装夹的原则粗基准一般不得重复使用的原则根据以上原则，选择冷挤压出的六沟槽作为粗基准（2）选择精基准基准重合原则统一基准原则互为基准原则自为基准原则便于装夹原则根据以上原则，选择中端面及外径作为精基准2.5.3拟定工艺过程（1）选择各表面加工方法外圆各表面加工方法粗车精车内球面加工方法粗车精磨六沟槽加工方法铣精磨花键加工方法冷挤压成型螺纹加工方法滚丝机滚压加工方法加工方法（2）各种加工方法的经济精度和表面粗糙度外圆表面加工的经济精度与表面粗糙度序号加工方法经济精度（IT）表面粗糙度适用范围1粗车11-13256.3适用与淬火钢以外的各种金属2粗车半精车8-106.33.23粗车半精车精车6-91.60.8（3）各种加工方法能够达到的形状和位置精度圆度、圆柱度的经济精度加 工方 法精加工半精加工粗加工精车、精镗、磨研、精铰半精车、镗、铰、拉、精扩及钻粗车及镗、钻公差等级567-910-12同轴度、圆跳动、全跳动的经济精度加 工方 法精加工半精加工粗加工精车、磨、内圆磨及镗（一次安装加工）半精车、镗、铰、拉、粗磨粗车及镗、钻公差等级567-910-12（4）制订工艺路线 工序1：六沟槽为定位，粗车端面，使段距为52.3+0.3 0使内口径为730.3工序2：粗车外径1为90.5+0.05 0，外径2为23.7+0.05 0，外径3为20.50 -0.10，段距1为620.075，段距2为50，段距3为510.075工序3：挤花键使大径为240.05，小径为21.80.05注意事项：1.经常检查花键是否光滑。2.花键齿部是否饱满。工序4：车小端面，使段距为139.5730.2，打中心孔，使其外径为10，其与该零件中心轴的径向跳动允许为0.05注意事项：1.打中心孔时，花键定位部分尽量在花键的右部。工序5：车内口径，为740.25工序6：数控车床，精车外球笼外壳，达到段距1为61+0.1 0，段距2为780.2，段距3为50.15，段距4为11，段距5为16，段距6为12，段距7为13.5，段距8为3.50.1，段距9为500.1，段距10为5，段距11为2.5，外径1为900 -0.1 ，外径2为510 -0.1，外径3为650.15，外径4为700.15，外径5为23.280 -0.04 ，外径6为18.9+0.02 -0.03外径7为17.50.15，外径8为86.50 -0.1工序7：车内球面，使球内径尺寸为S66.350.05,段距为160.05，内径为63.80.05，口径为74工序8：铣六沟槽，使其尺寸为S77.70.05工序9：滚螺纹，达到M20-6g注意事项：在滚丝时，必须认真确认滚齿时间，过短牙不到位，过长绘 造成牙齿有毛刺等。工序10：热处理，使其内沟道材料层达到HRC56-60，使花键材料层硬度达到HRC54-58注意事项：1.热处理时，必须堆放整齐，小心轻放。严禁碰伤碰毛。2.热处理后，必须及时防锈处理。工序11：普通车床，车段距为610.05，中端外径为35注意事项：1.小端的加工量为0.0