减速器大齿轮的加工工艺分析.doc
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1、毕业(设计)论文系(部) 机 电 工 程 系 专 业 数控技术 班 级 08数控一班 指导教师 姓 名 学号word文档 可编辑复制减速器大齿轮的加工工艺分析摘 要机械制造技术不仅是衡量一个国家科技技术发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点,减速器大齿轮是减速器中的重要零件,本文就我国机械制造技术的现状及技术特点,以减速器的大齿轮为例对其加工工艺进行分析。大齿轮是减速器的重要组成零件之一,其毛坯件常采用锻造的方法,加工方法有成形法和展成法,成形法是所用刀具的齿形形状与加工的齿轮的轮槽形状相同,进行铣齿、剃齿、磨齿等,其精度较差,生产效率较高。展成法使用齿轮啮合的原理来进行加工的,具体方法
2、有滚齿、插齿、剃齿、磨齿等。展成法的生产效率和加工精度都比较高,适合我们的题目要求。本文通过用CAD、UG等软件对减速器大齿轮进行绘制,对其毛坯的选择、锻造、热处理等进行分析,因为合理的选择毛坯能有效地提高其强度、硬度、耐磨性等,从而减少加工事故的发生。其次对其零件图进行结构分析,接着确定其加工路线,合理的路线能有效地提高生产效率。确定其装夹方式,合理的装夹方式能有效地减少误差的产生。关键词:大齿轮, 滚齿, 展成法, CAD, UG目录1 绪论11.1 减速器的概述11.2减速器大齿轮的国内外发展现状11.3减速器的工作原理22零件的结构工艺分析42.1零件的材料分析42.2零件的结构分析5
3、2.3零件的工艺分析53毛坯的选择73.1材料的机械性能要求73.2材料的工艺性能要求73.3材料的经济要求73.4零件的形状尺寸要求74工艺规程的制定94.1零件的生产纲领、生产类型及设计任务94.2零件图94.3选择设备及工艺装备104.4选择表面加工方法114.5加工顺序安排125设计小结14参考文献15致谢16附录一17附录二18附录三19附录四201 绪论1.1 减速器的概述齿轮减速器作为一种通用的传动机械,具有传动比大,体积小,效率高,噪声低,传动稳,寿命长,同轴输出等特点。齿轮减速器是采用齿轮齿合传动原理设计而成的一种传动机械;已广泛地应用到汽车、航空、数控、起重运输、纺织印刷、
4、工程机械、食品工业、电子电视各个领域。减速器结构因其类型、用途不同而异。但无论何种类型的减速器,其基本结构都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。1.2减速器大齿轮的国内外发展现状20世纪70年代末以来,世界减速器技术有了新的发展。产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声和高可靠性;技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。到80年代,国外硬齿面技术已日趋成熟。采用优质合金钢锻件、渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮,综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的34倍,为软齿面齿轮的45倍。一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右,且噪声低、效率高、可靠性高。对通用减速器
5、而言,除普遍采用硬齿面技术外,模块化设计技术已成为其发展的一个主要方向。它在追求高性能的同时,即可能减少零部件及毛坯的品种规格和数量,以便于组织生产,形成批量,降低成本,获得规模效益。同时,利用基本零件,增加产品的型式和花样,如由一个通用系列派生出多个专用系列;摆脱了传统地单一有底座实心轴输出地安装方式,增添了空心轴输出的无底座悬挂式、多方位安装面等不同行式,扩大了使用范围。改革开放以来,我国陆续引进先进加工装备,通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关,开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量级齿轮加工精度都有较大提高,高速齿轮的制造精度可稳定在45级。我国自行
6、设计制造的高速齿轮装置的功率已达44000kW,齿轮圆周速度达168m/s。80年代末至90年代初,我国相继制订了近100个齿轮和蜗杆减速器的标准,研制了许多新型减速器,大体上实现了通用减速器的更新换代。许多产品达到了80年代的国际水平。部分减速器采用硬齿面厚,体积和重量明显减小,承载能力、使用寿命、传动效率和可靠性有了大幅度提高,对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用,为发展我国的机械产品作出了贡献。进入90年代中后期,国外又陆续推出了更新换代的减速器,不但更突出了模块化设计的特点,而且,在承载能力、总体水平,外观质量方面又有明显提高。面对这方面差距,我们的对策应该是:有条件的企业应该瞄准
7、国际最先进的水平,尽快研究开发面向21世纪的新产品。要研究出更好的模块化设计方法,以期形成较大的批量,求得规模效益。现在国内有的企业已经先走了一步,开发出这类产品。研究、开发、推广成本较低而承载能力又能接近硬齿面的中硬齿面滚齿的新齿形和新结构。国内多年来使用行之有效的双圆弧齿轮、三环减速器和已成功应用的点线啮合齿轮等技术、应不断完善,大力推广。加快渐开线行星齿轮减速器的更新换代,扩大其市场占有率。产品的发展应着重提高内在质量,严格控制材料热处理、几何加工精度和装配实验的质量和稳定性,以提高产品的可靠性和无重大故障的工作寿命。企业应制订高于国家标准和行业标准的内控标准。改进外观设计几何涂漆质量、
8、杜绝渗漏油现象。提高配套件如:润滑冷却装置、风扇、逆止器、油泵、制动器等的质量。1.3减速器的工作原理齿轮减速器有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。该论文用圆柱齿轮减速器,齿轮减速器的基本原理:当电机的输出转速从主动轴输入后,带动小齿轮转动,而小齿轮带动大齿轮运动,而大齿轮的齿数比小齿轮多,大齿轮的转速比小齿轮慢,再由大齿轮的轴(输出轴)输出,从而起到输出减速的作用。图1-1 减速器爆炸图课题要求该减速器为运输机的单级圆柱齿轮减速器,年产量为5000台,大批量生产。在工作中承受中等载荷等,上图是它的UG爆炸图:它主要是由齿轮、轴、轴承、箱盖、箱体等组成。本论文要设计的是该减
9、速器的大齿轮。2零件的结构工艺分析2.1零件的材料分析 图2-1 减速器大齿轮的零件图大齿轮是动力机械中的重要零件之一,它主要功能是传递动力和运动。在动力传输过程中,会产生较大的弯矩又承受转矩,产生的应力多为变应力,所以失效多为疲劳损坏,因此大齿轮的材料应有足够的疲劳强度、较小的应力集中、敏感性和良好的加工性能。所以该零件材料选用45号圆钢,调质处理200HBS。45号钢为优质碳素结构钢,是一般齿轮类零件常用的材料。经过调质可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能,齿轮表面经过局部淬火后再回火,表面硬度可达到HRC4552。2.2零件的结构分析该大齿轮采用的是腹板式结构,
10、齿轮零件的结构包括轮体和齿圈,齿轮参数:z=74、m=1.5、a=20、da=114mm。Dh=1.6dmm(d是内孔直径) 、腹板的厚度c=8mm。该齿轮有键槽、内孔、减重槽、倒角。键槽两侧面粗糙度为Ra1.6 、齿轮的外圆粗糙度为Ra3.2、 减重槽底面粗糙度为Ra6.3 、内孔倒角为C2、外圆倒角为C1.5、内孔粗糙度为Ra1.6 、左右端面粗糙度为Ra3.2 。2.3零件的工艺分析1.齿轮的工艺分析零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下零件加工的可行性和经济性,即所设计的零件结构应便于加工成型并且成本低、效率高。1) 齿轮齿轮要求精度等级为8级,查阅机械加工工艺人员手册,齿面粗糙度为
11、Ra1.6 ,采用滚齿机进行:粗-半精滚来加工,以达到加工要求。2) 键槽键槽精度要求为Ra1.6 ,通常采用粗-半精-精插削即可达到精度要求。3) 两端面两端面精度要求均为Ra3.2 ,所以都采用粗-半精车即可达到要求精度。4) 孔用30的麻花钻钻出后再用内圆车刀加工即可。5) 减重槽用20的铣刀铣出即可。2齿轮毛坯的加工分析 齿面加工前的齿轮毛坯加工,在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来,同时齿坯加工所占工时的比例较大,无论从提高生产率,还是从保证齿轮的加工质量,都必须重视齿轮毛坯的加工1。在齿轮图样的技术要求中,如果规定以分度圆选齿厚的减
12、薄量来测定齿侧间隙时,应注意齿顶圆的精度要求,因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。齿顶圆精度太低,必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小,所以,在这一加工过程中应注意以下三个问题: 1)当以齿顶圆作为测量基准时,应严格控制齿顶圆的尺寸精度; 2)保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度; 3)提高齿轮内孔的制造精度,减少与夹具心轴的配合间隙; 3齿形及齿端加工分析 齿形加工是齿轮加工的关键,其方案的选择取决于多方面的因素,如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。齿形加工的方法有成形法和展成法,成形法是所用刀具的齿形形状与加工的齿轮的轮槽形状相同,进行铣齿、剃齿、磨齿等,其精度较差,
13、生产效率较高。展成法使用齿轮啮合的原理来进行加工的,具体方法有滚齿、插齿、剃齿、磨齿等。展成法的生产效率和加工精度都比较高,适合我们的题目要求4。齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。经倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态,减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖角和毛刺。倒圆时,铣刀高速旋转,并沿圆弧作摆动,加工完一个齿后,工件退离铣刀,经分度圆,铣刀再快速靠近工件加工下一个齿的齿端。 齿端加工必须在淬火之前进行,通常都在滚(插)齿之后,剃齿之前安排齿端加工。 4齿轮的热处理工艺分析 在齿轮加工工艺过程中,热处理工序的位置安排十分重要,它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性能。一般在齿轮
14、加工中进行两种热处理工序,即毛坯热处理和齿面热处理 。1)毛坯热处理:在齿坯加工前后安排预先热处理正火或调质,其主要目的是消除残余应力、改善材料的可切削性和提高综合力学性能。在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。2)齿面热处理:齿形加工后,为提高齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火、高频淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后,磨齿之前。高频淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表层,并保持了芯部的强度与韧性。 因此,该减速器大齿轮毛坯需要进行正火处理、调至处理、齿面进行高频淬火。3毛坯的选择3.1材料的机械性能要求材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等,反映材料
15、在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力,齿根部有最大弯曲应力,可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动,会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,齿面要有足够的硬度和耐磨性,芯部要有一定的强度和韧性。3.2材料的工艺性能要求材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工,因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一般来说,碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好,其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高,淬透性较差。而
16、合金钢淬透性好、强度高,但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。3.3材料的经济要求所谓经济性是指用最小的耗费取得最大的经济效益。在满足使用性能的前提下,选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。3.4零件的形状尺寸要求齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高,并要求耐磨损、耐冲击时,多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于400600时,常用铸造齿坯。为了减少机械加工量,对大尺寸、低精度的齿轮,可以直接铸出轮齿9;对于小尺寸,形状复杂的齿轮,可以采用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热
17、轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯,以提高劳动生产率,节约原材料。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,可选用圆钢作毛坯。由减速器大齿轮的零件图可知,该齿轮的齿顶圆直径114mm,齿面宽26mm,两端均需车倒角,所以本文中大齿轮零件的材料选用120mm,长31mm的45号圆钢作为加工毛坯。4工艺规程的制定4.1零件的生产纲领、生产类型及设计任务 生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要作用,它决定了各工序所需专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备11。零件的生产
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- 减速器 齿轮 加工 工艺 分析
