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无碳小车毕业设计说明书成都工业学院毕业设计(论文) () 专 业 数控技术 班 次 姓 名 指导教师 成 都 工 业 学 院 二0一四年 五 月 成都工业学院毕业设计(论文) 摘 要 结合第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。进行了无碳小车的虚拟设计，要求一个质量为1Kg，落差为400mm普通碳钢重块铅垂落下时势能根据能量转化原理将它转化为小车前进的动能，让小车动起来。 本设计把小车的设计分为两个阶段:方案设计、技术设计、虚拟设计。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成(原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分)把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 五个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我的方案为:车架采用三角形加矩形、原动机构采用了绳轮、传动机构采用直齿轮，转向机构采用曲柄连杆加摇杆、行走机构采用双轮差速驱动。 技术设计阶段我们先对方案计算了，进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用UG软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的结构设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本，在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路;设计做到有系统性规范性和创新性;设计过程中综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。 关键字:无碳小车 参数化设计 软件辅助设计 成都工业学院毕业设计(论文) Abstract Combined with the third session of the national college students' engineering training comprehensive ability competition thesis theme of "carbon-free car". To the virtual design of carbon car demand a quality of 1kg, drop of 400 mm plain carbon steel fell heavy piece of lead times can according to the principle of energy conversion convert it into the car forward momentum, let the car move. The design of the car design is divided into two stages: project design, technical design, virtual design. Through each stage of the thoroughanalysis, cengcengbaguan, as far as possible to the optimal design is our design. Scheme design stage in accordance with the requirements of car features we according to the composition of the machine (prime mover structure, driving mechanism, actuator and control part, auxiliary part) put the car into the frame, engine structure, transmission mechanism, steering mechanism, travel mechanism of five modules, carries on the modulardesign. Separately for each module design, through the comprehensive comparison choose the optimal scheme. My plan is: the frame adopts triangle and rectangle, prime mover structure adopted rope wheel, transmission mechanism adopts spur gear, steering mechanism adopts crank connecting rod and a handle, walking mechanism adopts double differentialdrive. We first to scheme to calculate the technical design stage, thus obtained the specific parameters of the car, and the rule of the movement. Then the application of UG software entity modeling and part of the carmovement simulation. On the basis of physical modeling for each part has carried on the detailed structural design, considering the parts material performance, processing technology and cost, in the process of design of the car with a special focus on design methods, makes every effortthrough the analysis of the proposition to get clear and open design ideas; Design do have systemic standardization and innovation; Comprehe成都工业学院毕业设计(论文) nsive consideration in the design of materials, processing, manufacturingcosts and other factors. Key words: carbon-free car parametric design cad software 成都工业学院毕业设计(论文) 目录 摘要. 1 第一章 绪论. 1 1.1本届竞赛命题主题 . 11.2小车功能设计要求 . 1 1.3小车整体设计要求 . 2 1.4小车的设计方法 . 2 第二章 应用背景. 3 第三章 总体设计. 3 3.1原理设计 . 3 3.2方案设计 . 4 3.2.1车架 . 6 3.2.2原动机构 . 6 3.2.3传动机构 . 6 3.2.4转向机构 . 7 3.2.5行走机构 . 8 3材料分析. . 9 3.3.4工艺方案设计. . 10 . 10 第四章 技术设计4.1参数确定 . 13 第五章 三维建模. 15 5.1主要零部件图 . 15 5.2整体装配图 . 16 第六章 机械加工工艺分析. 17 以齿轮、齿轮轴加工为例说明. 17 第七章 有限元分析设计与校核. 24 第八章 运动仿真. 27 第九章 结论. 32 第十章 参考文献. 32 第十一章 附录. .32 第 1 页 成都工业学院毕业设计(论文) 第一章 绪论 1.1本届竞赛命题主题 本届竞赛命题主题为“无碳小车”。命题与高校工程训练教学内容相衔接，体现综合性工程能力。命题内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求。 本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳能源，根 据能量转换原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。这 种模型比较的轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转换为小车的动能，从而完成小车前行过程中完成的所有动作。 1.2小车功能设计要求 给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物(每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒)。并且行驶“S”型路线。 给定重力势能为4焦耳(取g=10m/s2)，竞赛时统一用质量为1Kg的重块(50?65 mm，普通碳钢)铅垂下降来获得，落差400?2mm，重块落下后，,须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。(图一所示)。且小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。 图 1-1 无碳小车示意图 第 2 页 成都工业学院毕业设计(论文) 另外，小车要求采用三轮结构(1个转向轮，1个驱动轮)，小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。 1.3小车整体设计要求 小车设计过程中需要完成:机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。 1.4小车的设计方法 小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。 图 1-2 流程图 第 3 页 成都工业学院毕业设计(论文) 小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法。采用了等UG软件辅助设计。图2是我们设计小车的流程。 第二章 应用背景 随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来月重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。 “无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便、环保。因此，在人均拥有的汽车比例很高的欧美发达国家，无一里外选择了提倡推广低碳车。”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。 第三章 总体设计 3.1原理设计 通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为四个部分进行模块化设计(车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 )。 图3-1 原理图 第 4 页 成都工业学院毕业设计(论文) 3.2方案设计 通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为四个部分进行模块化设计(车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、)。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。 图 3-2 设计框图 在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。 第 5 页 成都工业学院毕业设计(论文) 图 3-3 功能实现图 图3-4 原则图 初步方案拟定如下: 方案一: 原动机构:绳轮式 传动机构:直齿轮 转向机构:曲柄连杆+摇杆 行走机构:双轮差速驱动 方案二: 原动机构:绳轮式 传动机构:带轮 转向机构:凸轮机构+摇杆 行走机构:双轮同步驱动第 6 页 成都工业学院毕业设计(论文) 方案三: 原动机构:绳轮式 传动机构:带轮 转向机构:差速转弯 行走机构:双轮差速驱动 方案四: 原动机构:绳轮式 传动机构:直齿轮 转向机构:曲柄摇杆 行走机构:双轮同步驱动3.2.1车架 车架不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架采用铝板加工制作成。其中三角形结构紧凑但不能携带落下的重物、矩形结构平稳但材料浪费且增加小车自重，而三角形和矩形综合能汇集三角形和矩形的优点同时又避免了主要缺点，因此选用三角形和矩形综合型。 3.2.2原动机构 原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。而带轮和链轮适用于电机作为动力的机构中。基于以上分析我们选择绳轮式原动机构。 3.2.3传动机构 传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。因链轮传动成本较高且传动的平稳性差，加工复杂，因此不适合小车的设计。带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高因此不适合本小车设计。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定且塑料此轮成本较低。因此选择使用齿轮传动。 第 7 页 成都工业学院毕业设计(论文) 3.2.4转向机构 转向机构在这次的设计中起着至关的作用，决定着小车的功能能否实现，是小车设计的核心，转向机构同样需要尽量减少摩擦耗能，增加利用率，同时尽量减小机构的复杂程度，同时小车还需要特殊运动性质。在运动中通过自动转弯来实现避开障碍物。而在我们的讨论中，我们主要推出了4个方案: a.凸轮机构加摇杠 b.差速转弯 c曲柄摇杆 d曲柄连杆加摇杆 对于a方案，我们认为凸轮可以随着所需而加工成不同的形状，这样就可以准确定位小车的行走路径。但是凹凸轮廓线与推杆之间为点接触，线接触易磨损，同时设计难度与加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低、能量损失大、实际操作难。因此我们排除a方案。 对于b方案，差速转弯 差速拐是利用两个偏心轮作为驱动轮，由于两轮子的角速度一样而转动半径不一样，从而使两个轮子的速度不一样，产生了差速。小车通过差速实现拐弯避障。差速转弯，是理论上小车能走的最远的设计方案。和凸轮同样，对轮子的加工精度要求很高，加工出来后也无法根据需要来调整轮子的尺寸。(由于加工和装配的误差是不可避免的)。 对于c方案，曲柄摇杆 结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低。其急回特性导致难以设计出较好的机构。 对于d方案 曲柄连杆加摇杆 通过曲柄的间歇性运动，使得连杆间歇性运动带动摇杆运动，从而驱使前轮运动。小车不断地重复“S”型，进行运动。曲柄连杆加摇杆优点在于运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损小，制造方便，易获得较高精度;而且两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需要利用弹簧等力封闭来保持接触。因此是最理想的运动方案。相对于其他方案最终确定采用d方案。 3.2.5行走机构 行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。 第 8 页 成都工业学院毕业设计(论文) 有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为 M,N, ,对于相同的材料为一定值。 NM,f,而滚动摩擦阻力，所以轮子越大小车受到的阻力RR越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。 由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。 双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。 双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。单向轴承实现差速的原理是但其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。 单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。 因此，对于无碳小车的行走机构，我们提出以下两个方案: a .双轮差速驱动 b.双轮同步驱动 对于a方案，由于滚动摩擦小于滑动摩擦，两轮差速驱动可以减少地面对车轮的摩擦力，然而b方案中的两轮同步驱动虽然是会提高地面对车轮的摩擦力，但是因为需要减少摩擦和使损失能量最小，所以我们采取a方案。 综上所述，选择方案一。 第 9 页 成都工业学院毕业设计(论文) 3.3材料分析 小车的制作材料根据小车要承受的负载及其力学性能、刚度、强度、等特点，同时考虑到小车在行驶过程中因摩擦因素产生的能量损失，小车要选用那些既能够达到其刚度要求，又能够减小小车的重量，减小其摩擦的材料。由于在常用金属中，铝的密度较小，又易于加工，且价格便宜，故选用铝板作为其主要材料。 考虑到小车的能量有限，要尽可能的减少小车因摩擦损失的能量，对于轴的连接处，选用深沟球滚动轴承。 1、小车应用材料种类 硬质铝、棉线、钢、塑料、 2、小车各部位材料选择 由于铝板具有较小的密度，强度及承载能力强于塑料板，且易于加工，故小车的车体部分主要由铝板组成的，底板采用的是厚度mm的铝板。后轮采用的是mm厚的铝板，前轮采用的是mm厚的铝板。 小车的车轴是小车主要承受载荷和运动部分，需要很高的强度和塑形，故采用45钢的圆柱。 小车的轮子一定要满足其强度和刚度要求，统一才用铝板作为材料。 小车的其他部分要选用质量轻并且不能够容易变形的材料制作: (1)小车的滑轮为硬质铝制成 (2)小车的连杆、摇杆为铝板制成 (3)小车的重物支撑架为硬质铝制成 (4)小车上的齿轮为45钢制成 3.4工艺方案设计 1、命题要求:以4焦耳重力势能为唯一能量的、具有连续避障功能且行走“S”字路线的三轮小车加工工艺: 用普通车床、铣床、线切割加工普通工件。由于选材为铝质地较为柔软，所以在车铣加工中转速不宜过快。要求工件表面光滑，尺寸精确。装配时各零件主要用键来组装。拉绳用滑轮。滑动位置用轴承来组装。 基本过程: 第 10 页 成都工业学院毕业设计(论文) 先用毛坯下料，再根据加工零件不同，选用不同种工种进行精加工。最后通过组装调试修改来完成。 2、主要零件加工工艺分析:主要零件尺寸及其加工过程: 底板:用铝板毛坯下料数控铣床加工出模型钻床打孔攻丝 车轮:用铝板毛坯下料数控铣床加工 轴:用钢柱毛坯下料数控车床加工打磨 重物支架:用铝板毛坯下料普通加工出型钻床打孔攻丝 连杆、摇杆:用铝板毛坯下料普通车床加工出型打磨 其余零件用标准件即可。 第四章 技术设计 技术设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸。设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素。 4.1参数确定 参数设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸。设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素。 为了全面的理解小车的各个参数变化对小车前进距离的变化下面分别从1.轮子与地面的滚动摩阻系数、2.轮子的半径、3.小车的重量、4.小车能量转换效率四方面考虑。 通过查阅资料知道一般材料的滚动摩阻系数为0.1-0.8间。滚动摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计小车时也特别注意考虑轮子的材料，轮子的刚度尽可能大，与地面的摩阻系数尽可能小。 同时小车为轮子提供能量的效率提高一倍小车前进的距离也提高一倍。因此应尽可能减少小车内部的摩擦损耗，简化机构，充分润滑。 同时在设计时应考虑尽可能增大轮子的半径。 第 11 页 成都工业学院毕业设计(论文) 根据小车的行走路线近似的模拟为正弦曲线，由于实际的尺寸大小可算得振幅为0.35m，波长为2m，所以可以近似的求出轨迹的方程为: Y=0.35sinx ; 求导得到在每个位置的转角的正切大小: Y=0.35cosx ; 我们可以得到前轮的最大转角为36?微分求的小车一个周期行走路程为: 22,y，1,y，1 2dS,dy,ydy此函数的路径总长度不好求，因此可以将小车的1个周期路径用细绳进行S,y0拟合，经测量，得到路程大概数值为2500mm左右。也就是滚筒轴回转一周，摆杆要往复一次，后轮行驶2500 mm，即?i?d=2500mm。确定滚筒轴到后轮轴的传动比i与后轮直径d的关系如下表1所示 i 1 2 3 4 5 6 7 d 769 398 265 199 159 133 114 表4-1 传动比与后轮的关系 经分析比较，i=5时，d=159 mm，满足采用一级变速，传动比较小，后轮直径也比较适中，重心较低的要求。确定后轮直径为159 mm，前轮直径32mm。 采用小模数齿轮，增加齿数，增大齿轮啮合重合度，可提高传动精度，弥补齿轮制造精度差。因此选择齿轮模数为1，大齿轮Z=100，小齿轮Z=20，中12心距为60。 (1)小车车架设计:小车车架宽度120mm，总长度222mm，前半部分采用长为35mm，宽为30的前轮支架固定板，距离底板高度为15mm。底板前半部分为等腰梯形，上底40mm，下底120mm，高45.7mm，后半部分为矩形设计长为146.6mm，宽度为120mm。底板厚度5mm。 (2)重物支撑架设计:采用两根长度为515mm，宽度6mm，倒“L”形状的杆子。两根杆子用安有滑轮的轴连接。 第 12 页 成都工业学院毕业设计(论文) (3)传动装置设计: a-曲柄长度; b-连杆长度; c-摇杆长度; d-机架 图 4-1 用曲柄摇杆机构来实现前轮的左右均匀摆动,见上图必须满足12,180?的条件。按最小传动角设计行程速比系数k,1(12,180?)。根据已知的12、12 及选定的最小传动角min 及角, 然后查表及结合下列公式计算各构件相对长度。曲柄连杆加摇杆才用球头铰链连接。曲柄直径为64mm，厚度为6mm，曲柄上的球头小杆长为14.5mm，球头直径为5mm。连杆直径为4mm，长73.2mm。摇杆长为56.5mm(连杆，摇杆具体参数见附录中的零件图)。 (4)后轮驱动设计:后轮外径159mm，宽度为8mm。 (5)前轮轮设计:前轮外径32mm，宽度为6mm， (6)轴的设计:两后轮的连接采用齿轮轴，轴长度为146mm(具体设计参数见零件图)。 第 13 页 成都工业学院毕业设计(论文) (7)齿轮设计:见下表 名称 符号 大齿轮 小齿轮 模 数 m 1 1 压 力 角 a 20? 20? 分度圆直径 d 100 20 基圆直径 d 97.6 20.8 b齿顶高 h 1 1 a齿根高 h 1.25 1.25 f全齿高 h 2.25 2.25 顶 隙 c 0.25 0.25 齿顶圆直径 d 102 22 a齿根圆直径 d 17.5 97.5 f齿 距 p 3.14 3.14 齿 厚 s 1.57 1.57 齿槽宽 e 1.57 1.57 标准中心距 a 60 60 表4-2 齿轮参数表 (8)前轮支架的设计:转向连杆统一采用直径1.5mm的硬质铝棒，转向轮位于小车中轴线上，转向轮轴线与前底板相距9mm。 (9)滚动轴承: 第 14 页 成都工业学院毕业设计(论文) 轴承类型及标准号 内径(d) 外径(D) 深沟球轴承(60000型) 10 19 GB/T274-1994 注:其他零件具体参数见零件图。 载 物 放 置:放与小车尾部，使其同时起到平衡小车的作用。 第五章 三维建模 5.1主要零部件图 图5-1 齿轮 第 15 页 成都工业学院毕业设计(论文) 图5-2 齿轮轴 图5-3 曲柄 第 16 页 成都工业学院毕业设计(论文) 图5-4 后轮 5.2装配图 图5-5 装配图 第 17 页 成都工业学院毕业设计(论文) 第六章 机械加工工艺分析 6.1以齿轮加工为例: (1)齿轮的加工工艺 圆柱齿轮的加工工艺程一般应包括以下内容:齿轮毛坯加工、齿面加工、 热处理工艺及齿面的精加工。在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。 编制齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段: 1. 吃轮毛坯的形成:锻件、棒料或铸件; 2. 粗加工:切除较多的余量; 3. 半精加工:车、滚、插齿; 4. 热处理:调制、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等; 5. 精加工:精修基准、精加工齿形。 (2)工艺过程分析 基准的选择: 对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位;对于空心轴。则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位;孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工是常采用一下两种定位、夹紧方式。 1) 以内孔和端面定位，这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定为基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产、但对于夹具的制造精度要求较高。 2) 以外圆和端面定位，当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆已确定中心的位置，并以端面作为轴向定位，从另一端面夹紧。这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低;同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，第 18 页 成都工业学院毕业设计(论文) 而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。 综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求: 1. 应选择基准重合、统一的定位方式; 2. 内孔定位时，配合间隙应近可能减少; 3. 定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直 度要求。 齿轮毛坯的加工: 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，都必须重视齿轮的毛坯的加工。在齿轮图样的技术部要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿测间隙时，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 (3)齿轮加工方式 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)提高齿轮内孔制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙。 齿形及齿端加工: 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。 第 19 页 成都工业学院毕业设计(论文) 图 6-1 齿轮倒圆 齿轮的齿羰加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如图所示。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。图八是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。倒圆时，铣刀告诉旋转，并沿圆弧作舞动，加工完一个齿后，工作退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。齿端加工必须在淬火之前进行，通常都在滚齿之后，剃齿之前安排齿端加工。 (4)齿轮加工过程中的热处理要求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。一般在齿轮加工中进行两种热处理工序，即毛坏热处理和齿形处理。 (5)齿轮参数及制造误差测定 齿轮齿顶圆、齿根圆测量的原理 1)齿轮齿数为偶数时 当齿轮为偶数时，齿顶圆直径da 和齿根圆直径df 可用游标卡尺在待测齿轮上直接测定。 2)齿轮齿数为奇数时 直接测量得不到齿顶圆直径da 和齿根圆直径df 的真实值，而须用间接的方法。先量出齿轮安装孔直径D，再分别量出孔壁到某一齿顶的距离H1 和孔 壁到某一齿根的距离H2，如图所示: 第 20 页 成都工业学院毕业设计(论文) 图 6-2 齿顶、齿根圆的测量 则齿顶圆直径da 和齿根圆直径df 可按下式求出: da=D+2H1 df=D+2H2 齿轮公法线的测量: 图6-3 齿轮的公法线 测定公法线长度Wk 和Wk+1,是为了求出基圆齿距，从而确定出齿轮的压力 角、模数m 和变位系数x。 首先根据被测齿轮的齿数Z，从教材或手册中按标准齿轮查出跨测齿数k， 第 21 页 成都工业学院毕业设计(论文) 量出跨测个齿时的公法线长度Wk。为减少测量误差，应在齿轮一周的三个均分部分上测量三次，取其平均值。 为求出基圆齿距Pb，还应按同样的方法量出跨测(k+1)各齿的公法线长度Wk+1。为避免公法线长度变动量的影响，测量Wk 和Wk+1，应在相同的几个齿轮上进行。 确定基圆齿距、模数和压力角 1)基圆齿距 ,)模数 若测出的齿顶圆直径,和齿根圆直径,等于按标准齿轮公式计算出的数值(或与之接近)，则被测齿轮为标准齿轮。 da=m(z+2ha*) df=m(z-2ha*-2C*) Wk=Wk0,则被测齿轮为标准齿轮。 则被测齿轮为变位齿轮。根据公式: Wk?Wk0,即可求出被测齿轮的变位系数: 第 22 页 成都工业学院毕业设计(论文) 若x>0，则被测齿轮为正变位齿轮;若x<0，则被测齿轮为负变位齿轮。 6.2以齿轮轴加工为例 (1)设备刀具: 下料-锯床。 粗车-车床。 热处理-箱式炉。 精车-车床。 铣键槽-铣床。 滚齿-滚齿机。 齿面淬火-高频淬火机床。 磨-外圆磨床。 (2)加工工艺: 1)毛坯下料 2)调质处理(提高齿轮轴的韧性和轴的刚度) 3)带跟刀架、用皂化液充分冷却的前提下，粗车齿轮轴 4)去应力退火 5)精车齿坯至尺寸(带跟刀架、用皂化液充分冷却) 6)若轴上有键槽时，可先加工键槽等 7)滚齿 8)齿面高频淬火，淬火硬度HRC48-58(具体硬度值需要依据工况、载荷等因素而定) 9)磨齿 10)成品的最终检验 注:细长轴类零件的放置一定要垂吊放置(用铁丝系住，悬挂在挂架上)，不得平放用于中小型轧钢机传动箱体中的齿轮轴，设计上一般为软齿面，即小齿轮轴硬度为280,320HB，大齿轮轴硬度为250,290HB，模数mn=8,25，技术要求一般为调质处理