双联圆柱直齿齿轮(零件)的制造技术研究

1、窗体顶端双联圆柱直齿齿轮（零件）的制造技术研究     目录1. 实物图、零件图（1）2. 作用及特点（2）3. 齿轮材料的选择原则（2）4. 齿轮材料的选择（3）5. 齿轮的热处理（3）6. 齿轮在热处理后应满足的性能要求（4）7. 齿轮毛坯的选择和计算（4）8. 齿轮加工工艺分析（6）9. 加工阶段划分的原则及作用（10）10. 热处理工序作用分析（10）11. 定位基准的确定（11）12. 精基准修正（11）13. 时间定额计算（11）14. 生产纲领的计算（12）15. 尺寸链分析  （13）16. 总 结（15）17. 致

2、谢（15）18. 参考文献（16） 1双联圆柱直齿齿轮的实物相片和零件图双联圆柱直齿齿轮的实物图：     双联圆柱直齿齿轮的零件图：  2作用及特点：双联齿轮就是两同轴而又相隔一定距离的齿轮做成一体既为双联齿轮，    一般为同模数，多用于变速箱的滑移齿轮。它的作用就是改变输出轴的转速或速度.齿轮箱里,有滑移齿轮就可以有多种转速或速度,没有滑移齿轮就只有一种转速或速度.3齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，有一下几点：1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。

3、例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合计钢；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声，以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。2应考虑齿轮尺寸的大小毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，卡选用圆钢

4、做毛坯。齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料；碳化钢和调制钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30 -50HBS或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨

5、制，大齿轮齿面为常化或调制），且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。4齿轮材料的选择为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、

6、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。对于双联圆柱直齿轮的材料选择，我们选用40Cr。因为40Cr耐压、耐磨、耐热广泛应用于酸碱,高温,高压等腐蚀性介质中的轴承套圈和滚动体等。 5齿轮的热处理1）表面淬火  常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40

7、Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。2）渗碳淬火  常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。   3）渗氮  渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小

8、，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。4）调质  调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。 5）正火  正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮

9、传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。综合双联圆柱直齿齿轮所有因素，其采用正火方式进行热处理，其中冷却方式为油冷却。 6齿轮在热处理后应满足的性能要求：1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）。2）齿面具有较高的硬度和耐磨性。3）齿轮的材料及热处理对齿轮的内在质量和使用性能都有很大的影响。因此，要求设计人员合理地选择齿轮材料和制定热处理工艺。 7齿轮毛坯的选择和计算1）毛坯的选择（1）材料的使用性能使用性能主要是指在工作条件下，材料一个具有的力学性能、物理性能和化学性能，这是选材料时首先应予保证的。对于机械零件和工程构件，作重要的是力学性能。齿轮在机械中的

10、重要作用是传递功率与调节速度。在工作时，齿轮通过齿面的接触传递动力。周期的受弯曲应力和接触应力。在齿轮的吃面上，还承受强烈的摩擦力和冲击力等。因此要求齿轮材料具有：较高的弯曲疲劳和接触疲劳强度；齿面有较高硬度和耐磨性；齿轮心部要有足够的强度和韧性。所以材料采用40Cr。（2材料的工艺性能制造每一个零件都要经过一系列的加工过程，因此，将材料加工成零件的难易程度，将直接影响零件的质量、生产效率和加工成本。工艺行能中最突出的问题是切削加工性和热处理工艺性。因此绝大部分材料需经过切削加工和热处理。（3）材料的经济性在满足使用性能的前提下，选用材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格

11、、加工费和其他费用，有时甚至还要包括运费与安装费用。在金属才材料中，非金刚和铸铁的价格都比较低廉，而且加工方便。因此在能够满足零件力学性能与工艺性能的前提下，选用非金刚和铸铁可降低成本。对于一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料的经济性时不宜单纯的以价格来比较材料的优劣，而应以综合经济效益来评价材料的经济性。  2齿轮的计算名称符号公式齿轮1齿轮2模数mM=p/55齿数zz1828分度园直径dD=mz90140齿顶高haha=ham55齿根高hfHf=(ha*+c*m6.256.25齿顶圆直径daDa=d+2ha100150齿根圆

12、直径dfDf=d-2hf77.5127.5孔径b 55齿宽bb=1818 加工精度：齿号III齿号III模数22基节偏差0.0160.016齿数1828齿形公差0.0170.018精度等级7GK7JL齿向公差0.0170.017公法线长度变动量0.0390.024公法线平均长度21.36 0-0.0527.6 0-0.05齿圈径向跳动0.0500.042跨齿数458齿轮加工工艺分析图示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7级，其加工工艺过程见下表。      机械加工工艺过程卡片产品型号 零件图号01 &

13、#160;产品名称 零件名称双联圆柱直齿齿轮 共 2 页  第 1   页 材料牌号毛坯种类锻造毛坯毛坯外形尺寸9030每毛坯可制件数1每台件数 备注  工序号工序名称 工序内容车间工段设备工艺装备工时准终单件01锻造锻造毛坯   锻造工具10s 02热处理正火   油冷却0.5h 03粗车粗车外圆及A端面，留有余量1-2mm  车床三夹卡盘12s 03精车精车外圆及A端面&#

14、160; 车床三夹卡盘12.5s 04车槽车退刀槽  车床三夹卡盘10s 05粗车粗车B端面，留有余量1-2mm  车床三夹卡盘5s 06精车精车B端面  车床三夹卡盘5s 07绞孔机铰  机床三夹卡盘10s 08铣削铣键槽  铣床 4s 09插削插齿  插齿机 15s 10车削倒角  车床 7s 11钳工钳工去毛刺  

15、;虎钳锉刀20s 12检验检验入库                描图                   描校          

16、0;        底图号                   装订号                     

17、0;             设计日期审核日期标准化日期会签日期  标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期     机械加工工序卡片产品型号 零件图号01 产品名称 零件名称双联圆柱直齿齿轮共1页第1页车间工序号工序名称材 料 牌 号 03粗车40Cr毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数铸  件903011设备名称设

18、备型号设备编号同时加工件数车床  1夹具编号夹具名称切削液 三夹卡盘 工位器具编号工位器具名称工序工时 (分准终单件    工步号工          步        内           容工   艺   装

19、60;  备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗车A端面 3000.0150.050.816s 2粗车外圆 5000.0750.150.916s                      设 计（日 期）  校 对（日期）  审 核（日期） 标准化（日期）

20、  会 签（日期）                         标记处数更改文件号签   字 日  期标记处数更改文件号签   字 日   期 加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段，由于齿轮的传动精度主要决定于齿形的精度和齿距分布

21、均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个，阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这一阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。第二阶段是齿形的加工，对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段。经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段是保证齿轮加工精度的关键阶段，应予以特别注意。 9加工阶段划分的原则及作用1）加工阶段划分的原则（1

22、）    如果工件需要进行热处理，则至少要把工艺路线分为两个阶段，主要是便于合理安排热处理。（2）    零件刚性差时要划分阶段，因为零件的刚性、易变形。（3）    零件的加工精度要求高时要划分阶段，在机械加工过程中间，对加工质量要求不高、工件刚度足够、毛坯质量高和加工余量小的工件。2）加工阶段的划分的作用（1）    保证加工质量；（2）    全部表面先进行粗加工，便于及时发现毛坯缺陷，避免浪费；（3）   

23、有利于合理使用设备，并有利于车间设备的布置；（4）    便于安排热处理工序，使冷、热加工工序配合得更好；（5）    精加工、光整加工安排在最后，可保护精加工和光整加工过的表面少受磕碰损坏。 10热处理工序作用分析正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造内应力，对一般齿轮，正火处理也可以作为高频淬火前的最后热处理工序。调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的齿轮组织为回火索氏体，在高

24、频淬火时变形更小。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，感应加热表面淬火可以在工件表层得到极细的“隐晶马氏体”组织，从而提高齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增加抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力，高频淬火后应进行低温回火，这对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利。 11定位基准的确定定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。(1内孔和端面定位  选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，即符合“基准重合”原则

25、，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。（2）外圆和端面定位  齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批量生产。12精基准修正齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，以取得较好效果。对圆孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但上产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的

26、齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图三所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。13时间定额计算例：对工序03的基本时间计算    tb=LjZ/nfap=75×2/300×0.05×0.8=12.5     其中tb为基本时间;Lj为工作行程的计算长度；Z为工序余量；n为工件的旋转速度;f为刀具的进给量；ap为被吃刀量。 14生产纲领的计算   生产

27、纲领的大小对生产组织形式和零件加工过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。     N=Qn(1+a%+b%=20000×11+2%+1%20600（件/年）     式中N为零件的年生产纲领；Q为产品的年生产纲领；n为每台产品中该零件的数量；a%为备品的百分率；b%为废品的百分率。15尺寸链分析    如上图所示，由尺寸14、0.5、x、14f9、29g6组成的封闭尺寸组，即工艺尺寸链。用零件的表面B定位加工

28、表面A得尺A1=55,再加工退刀槽得尺寸A2=14和A3=0.5f7，最后加工14f9的左端面得尺寸A4=14f9，这样就自然形成了A0=x，于是A1-A2-A3-A0-A4连接成了一个封闭的尺寸组，形成尺寸链。其中A1是增环，A2、A3、A4是减环,。29-(14-0.5-14=0.5所以： 16总 结  在这次研究设计过程中，刚开始我们都不知道从何下手，迷茫过、困惑过，有点厌恶感。经过查找多方面的资料和同其他组的同学商量，终于有一点头绪。对这项研究报告的首要任务就是确定研究对象，经过多次商量，我们确定研究双联圆柱直齿齿轮。它的造型独特，加工工艺更别具一格，研究有点难度，

29、但对于我们说是更大的挑战。虽然在设计过程中，遇到很多的不懂，但我们都会积极地去查找资料，请教同学、老师，问题一一解决。有时可能没做好某一项工作，我们就会加班加点知道弄好为止。经过不断地努力，这项研究报告顺利完成了，可能其中的质量不是很好，但我们都已付出了努力，努力过不后悔。其中的吃苦耐劳、坚持不懈的精神很会对我们以后的发展有一定的影响，所以这次研究设计对我的体会很深刻。首先，我对我们所研究的零件有了更深的了解，知道了它的各组成部分以及工艺方面的了解更深。通过这次专门的研究学习，也加深了我对设计的理解，特别提高我对本专业的兴趣，更坚定自己以后要从事本专业的信念。其次，我对设计的兴趣更加浓厚，同时，在设