关键词：传动轴  零件  刚度  强度

Abstract: Axial parts of graduation design is mechanical engineering specialty students complete the teaching plan last a very important practical teaching link is to make the students comprehensive use of basic theory, we learned the basic knowledge and skills to solve major problems within the scope of the engineering technology and a basic training. Shift is composed of the main parts of the machine parts, all of the transmission parts motion (for example: gear, gear, etc.) must be installed in the transmission of power to exercise and shaft transmission, often used in the connection between the transmission and drive. The shaft generally is long, and the high speed, can withstand torque not inherit the moment. Should make the shaft has enough rigidity and high speed, strength calculation, because of the large safety factor, thus make shaft dimension.

Keywords：Shaft  parts  stiffness  strength

一、绪论

在我们的日常生活中，传动轴的运用十分广泛。传动轴的主要作用为，传递力矩和扭矩。传动轴又分为两种，转轴跟心轴，转轴既能承受转矩又能承受弯矩。心轴只能承受弯矩，不能承受转矩。而传动轴只能承受转矩不能承受弯矩。传动轴一般用来支撑齿轮等做回转运动的零件，所以对于传动轴有着严格的要求。传动轴的组织性能直接影响到轴的使用寿命；表面质量的好坏直接影响到他的传动效率，所以为了达到轴的使用性能，对于轴的制造要有着严格的工序。此次工艺设计就是为了解决这个难题。

（一）课题背景

传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。

（二）课题设计的目的及意义

本文研究的目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的工作能力，拓宽和深化学生的知识。综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。通过计算设计出加工传动轴的加工时间，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。

二、工艺设计说明书

（一）零件图工艺性分析

表1.3生产类型和生产纲领的关系

1零件结构功用分析

从传动轴的受力分析可知，它受扭转一弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力很小，所以可采用优质碳素结构钢的45号钢，坯料用热轧圆钢。为了改善组织、提高力学性能，坯料要经过正火热处理

2零件技术条件分析

外圆尺寸精度：φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺纹；

外圆形状位置精度 ：要求为φ30f7两轴节相对φ30k6，φ20h6，φ25k6

φ30f7两轴节表面需高频淬火；

外圆表面质量：φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6的表面质量要求 Ra均为0.8um，

其它面Ra为12.5um

3零件结构工艺性分析

轴的锻件强度较高，形状比较简单，外轮廓尺寸不大，在轴径φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺纹上均开有键槽，且轴两端带有B型中心孔。

结论：轴的结构较规则，在加工键槽和B型中心孔时，采用专用夹具定位和夹紧，螺纹加工安排在半精加工后，精加工前进行。

（二）毛坯选择

1毛坯类型

在传递力矩过程时要承受很强的冲击力和很大的交变载荷,  要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性,而且其轮廓形状不复杂,故采用锻件；

零件尺寸不大，而且零件属于批量生产,故采用模锻。

2毛坯余量确定

毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，可充分提高劳动生产率，降低成本，但是毛坯制造费用会提高，在确定毛坯时，应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。

2.1

1）.锻件公差等级：由该零件的功能和技术确定其锻件公差等级为普通级；

2）.锻件质量Mf ：根据锻件成品质量1.94g估算；

3）.分析锻件形状复杂系数s：S=Mf/Mn

该零件为圆形，假设其最大直径φ37长为375则在：Mn=π/4 d2  hρ

S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195 mm/316300.05mm=0.726

由于0.726介于0.63和1之间，故该零件的形状复杂系数S属S 1 级。

4）.锻件材质系数M：由于该零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M 1级；                        

5）.零件表面粗糙度 由零件图知，除φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6的表面质量Ra为0.8um

外，其余各加工表面Ra为12.5um；

2.2 初步确定机加工余量及毛坯尺寸，初选毛坯尺寸公差

根据毛坯尺寸公差，锻件质量，材质系数，形状复杂系数，初步确定本零件毛坯尺寸允许偏差，

根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查参考书[1]中表5-9，由此查得单边余量：

零件

计算同上得，锻件形状复杂系数s= S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195 mm/316300.05mm=0.726

，S属于S   1级；查表得，机械加工余量与上述相同，满足要求。

（三）毛坯－零件合图草图

机加工工艺路线确定

1加工方法分析确定

（1）φ30k6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）

（2）φ25k6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）

（3）φ20h6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）

（4）φ30f7外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→ 热处理（φ30f7两节外圆表面局部高频淬火）------→磨削（IT7级，Ra0.8um）

（5）2M24X1.5螺纹------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→车螺纹（配螺母）

2加工顺序的安排

铣端面钻中心孔保证总长370mm，粗车各外圆和台阶端面，半精车各段外圆和切各段3X0.5退刀槽，

加工φ30k6，φ25k6，φ20h6，及φ24各段的键槽，随后车M24X1.5的螺纹，局部热处理φ30f7两节表面进行高频淬火，最后粗精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6外圆及φ30f7两节外圆表面，保证表面质量Ra为0.8um。

3定位基准选择

(1)粗基准的选择：粗车时以外圆和两侧端面为粗基准；

(2)精基准的选择：以两侧端面中心孔为精基准定位。

4加工阶段的划分说明

加工阶段分为：粗加工阶段为工序3、5、10；半精加工阶段为工序15，20，25，30；精加工阶段为工序35，40；

方案讨论：M24X1.5的螺纹加工安排在半精加工后，精加工前进行，故放到半精加工阶段来实现。

5主要机加工工序简图及其简述

工序3.铣左端面，钻中心孔

本工序需要保证传动轴长度及中心孔的质量，着断面不平测钻中心孔的钻上的两切削刃受力不均钻头可能引片而折断，因此要采用先面后孔的原则。中心孔除影响传动轴质量分布外，它还是传动轴加工的重要基准贯穿整个传动轴加工始终，因而直接影响传动轴加工精度。

钻削力矩的计算

  根据《机械加工工艺手册》可查得：钻削力矩的计算公式为：

                       M=0.21D2f0.8Km

其中

M—切削力矩（N.M）；

D—钻头直径（mm）；

F—每转进给量（mm）；

Km修正系数，查表；

查表得：

D=8；

F=0.1；

Km=0.74；

带入得：

M=0.21D2f0.8Km=0.21x82x0.10.8x0.74=2.744N·m

工序5.铣右端面，钻中心孔  

工序10. 粗车各段外圆及端面

工序15 半精车各段外圆及端面

工序20 铣φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ24各段外圆的键槽

工序25. 车M24X1.5的螺纹

工序30.φ30f7两节外圆表面需高频淬火hrc40-45

工序35.粗磨φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ30f7两节，各段外圆

工序40 精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6 ，各段外圆

工序45去毛刺；

工序50检验；

工序55入库.

（四）工序尺寸及其公差确定

1工序尺寸确定

（五）设备及其工艺装备确定

1选择机床和夹具

(1）工序03、05是铣端面和钻中心孔，可采用专用夹具在X53K铣床上加工；

(2）工序10、15、25是粗车、半精车、车螺纹各工序的工步数不多，成批生产，不要求很高的生产率，故选用卧式车床能够满足使用要求，又由于要求的精度较高，表面粗糙度值较小，需选用较精密的车床才能满足要求，因此选用C620-1，使用通用夹具（两顶尖）装夹；

(3）工序20是铣键槽，可采用专用夹具在立式铣床上加工，故选X53K；

(4）工序40，45是磨削外圆， 使用专用磨床夹具，选用卧式磨床M1432；

2选择刀具

(1）工序03、05在铣床上加工，一般都选用硬质合金端铣刀；

(2）工序10、15、25在车床上加工，一般都选用硬质合金车刀，加工刚质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，为了提高生产率及经济性，选用90度车刀，螺纹车刀和镗刀，切槽刀宜选用高速钢；

(3）工序20铣键槽，零件要求铣切宽度分别为5h9，6h9，8h9故所选直柄键槽铣刀分别为5e8 GB/T1112.1-1997，6e8 GB/T1112.1-1997，8e8GB/T1112.1-1997；

3选择量具

本零件属于成批生产，一般采用通用量具

工序10（参考书[1]）

本道工序为粗车（车台阶面和外圆）已知加工材料为45钢，δb=670Mpa，锻件有外皮，机床为SK40P，工件采用两顶尖装夹。

1.确定粗车外圆φ33的切削用量，所选刀具为YT5硬质合金车刀，刀杆尺寸BXH=16mmX25mm

刀片厚为4.5mm，根据[1]表5-113，选择刀具几何角度Λs=00,γo=120,αo=60,

αo=40  

κr=900，κr=100，γε=0.8mm

a.确定被吃刀量ap 粗车双边余量为2.6mm，则ap =1.3mm

b.确定进给量f 根据表5-114在粗车钢料，刀杆尺寸16X25mm，ap〈3mm，工件直径在20—40mm时f=0.3—0.5mm/r，按C620-1车床的进给量f=0.33mm/r

确定的进给量尚需满足机床进给机构的强度要求，故需进行校验：

根据表5-55，C620-1车床进给机构允许的进给力Fmax=3530N

根据表5-123，当钢料δb=570—670Mpa，ap <2mm，f<0.75mm/r，κr=45 0，V=65m/min时，进给力Ff=760N。

Ff的修正系数为Kr。Ff=1.0，KΛsFf=1.0， KkTFf=1.17故实际进给力为Ff=760X1.17=8.2N

Ff〈Fmax，所选的进给量f=0.33mm/r可用。

C .选择车刀磨钝标准及耐用度根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取1m，车刀的耐用度为T=60min。

d .确定切削速度Vc

根据表5-120，当用YT5硬质合金车刀加工6b=600—700Mpa，钢料ap<3mm，f<0.75mm/r，V=109m/min切削速度的修正系数为Ksv=0.8, Ktv=0.65, KKTv=0.81, KTv=1.0, Kmv=Kkv=1，n=1000v/3.14d=1000X45.9/3.14X37=395.1r/min

按C620-1车床的转速，选择n=380 r/min，则实际切削速度V=44.1m/min

e.校验机床功率：由表5-125，当6b=580—970mpa，HBS=166—277，ap<2mm，f〈0.75mm/r，Vc=44.1m/min时，Pc=1.7KW

切削功率的修正系数为KTrPc=1.13, KkrPc=1.17，Kr。Pc=KMPc=KkPc=1.0，KSPc=0.8，KtPc=0.65，故实际切削时的功率为Pc=0.72KW

根据表5-29，当n=120r/min时，机床主轴允许功率PE=5.9KW，Pc<ηPE，故所选切削用量在C620-1车床上进行最后确定的切削用量为：ap =1.3mm，f=0.33mm/r，V=44.1m/min，n=380 r/min。

2. 确定粗车外圆φ31.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ31.4mm的ap =1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap =1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。

3.确定粗车外圆φ26.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ26.4mm的ap =1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap =1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。

4. 确定粗车外圆φ21.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ21.4mm的ap =1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap =1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。

基本时间

确定粗车外圆φ33的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：Tj1=（L+L1+L2+L3）*i/nf，

L=7.5mm,L1=ap/tanKr+(2--3),Kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f=0.33mm/r,n=380 r/min,i=1

Tj1=7.5+2/0.33*380=4.5s

确定粗车外圆φ31.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：Tj2=（L+L1+L2+L3）*i/nf，

L=250mm,L1=ap/tanKr+(2--3),Kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r,f2=0.30mm/r，n=380r/min,i=1

Tj2=(250+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=122.97s

确定粗车外圆φ26.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：Tj3=（L+L1+L2+L3）*i/nf，

L=83mm,L1=ap/tanKr+(2--3),Kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/R,f2=0.30mm/r，n=380 r/min,i=1

Tj3=(83+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=43.04s

确定粗车外圆φ21.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：Tj4=（L+L1+L2+L3）*i/nf，

L=29.5mm,L1=ap/tanKr+(2--3),Kr=90 0  ,L1=2mm,L2=0,L3=0, f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380 r/min, i=1

Tj4=(29.5+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=17.44s

确定工序10的基本时间：Tj= Tj1+ Tj2+ Tj3+ Tj4=（4.5+122.97+43.04+17.44）s=187.95s

四、第10号工序刀具设计说明书

（一）工序尺寸精度分析

粗车轴各段外圆保证尺寸φ33，φ31.4，φ26.4，φ21.4公差等级为IT12。

（二）刀具类型确定

此道工序保证的尺寸精度要求不高可用游标卡尺测量，属粗加工，因此可用90度外圆车刀。

（三）刀具设计参数确定（数据来源参考书[3]）

五、第40号工序量具设计说明书

(一)工序尺寸精度分析

对轴外圆φ30k6选基孔制，首先确定被测轴的极限偏差，查[4]公差书第三章极限与配合标准得φ30k6的上偏差es= -0.009mm,下偏差ei= -0.025mm。公差等级为IT6。

（二）量具类型确定

轴的外圆φ30k6的量具用卡规，量具测量面的材料用硬质合金，测量面的硬度为58-65HRC，其它部分的材料为45钢。

（三）极限量具尺寸公差确定

1确定工作量规的制造公差和位置要素值，由公差书表6-1得IT6尺寸φ30k6的量规公差为T=0.0024mm,位置要素Z=0.0028mm.。

2计算工作量规的极限偏差：

φ30k6

通规：上偏差=es-Z+T/2=--0.009-0.0028+0.0012=-0.0106mm

      下偏差=es-Z-T/2=--0.009-0.0028-0.0012=-0.013mm

磨损极限= es=-0.009mm

止规：上偏差=ei+T=-0.025+0.0024=-0.0226mm

      下偏差=ei=-0.025mm

（四）极限量具尺寸公差带图

（五）极限量具结构设计

七、总结

在本次设计研究过程中我们主要完成了传动轴加工工艺过程的编制，让我们充分了解了传动轴的加工流程，从而使我对传动轴的加工及测量都有了较深的理解。

参 考 文 献

[1]陆名彰、胡忠举《机械制造技术基础》长沙：中南大学出版社，2004年8月

[2] 黄观尧《机械制造工艺基础》天津：天津大学出版社，1999年1月

[3] 皱青《机械制造技术基础课程设计指导教程》北京：机械工业出版社，2004年9月

[4] 周凤云《工程材料及应用》武汉：华中科技大学出版社，2004年9月

[5] 金问楷《机械加工工艺基础》北京：清华大学出版社，1999年9月

[6]《金属机械加工工艺人员手册》主编：《金属机械加工工艺手册》编写组 上海：上海科学技术出版社，1979年1月

[7] 卜炎《中国机械设计大典》第三卷江西：江西科学技术出版社，2002年1月

[8] 赵长发《机械制造工艺学》广播大学出版社，2005年8月

[9] 段名扬《现代机械制造工艺设计》实训教程广西师范大学出版社，2007年4月

[10] 徐嘉元《机械制造工艺学》机械工业出版社，2004年6月

[11] 万书亭《互换性与技术测量》电子工业出版社，2007年7 

[12] 刘友才，机床夹具设计[Ｍ] ，北京：机械工业出版社，1992 。

[13] 王季琨，机械制造工艺学，天津：天津大学出版社，1998.9。

[14] 李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。

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