轴几何精度设计-机械制造基础4个大作业

北京交通大学《机械制造技术基础》研究性教学训练载体1-1
班级： ____
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学号：—
研究性训练载体1-1:车床传动轴的几何精度设计
1•问题提出
零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性质不同，提出进度要求及公差项目也不相同，针对车床传动轴进行几何精度设计。

2. 专题研究的目的
（1）理解零件几何精度对其使用性能的影响；
（2）根据零件不同表面的工作性质及要求提出相应的公差要求；
（3）掌握正确的零件公差标注方法；
（4）掌握零件的几何精度设计方法；
3. 研究内容
完成图1所示传动轴零件的几何精度设计。

（1）对轴上各部分的作用进行分析研究；
（2）对零件各表面主要部分的技术要求进行分析研究；
（3）根据零件不同表面的工作性质及要求，提出相应的公差项目及公差值；
包括传动轴的尺寸精度设计、形状精度设计、位置精度设计及表面粗糙度。

（4）把公差正确的标注在零件图上。

4. 设计过程
4.1轴上各部分的作用分析及主要技术要求分析与设计
(1)车床传动轴连接于电机与主轴箱车轮间，用于传动。

因此，作为传递力矩的关键零件，为保证力矩传送的平稳性，要求传动轴整体有较高的同轴度。

(2)两端的圆柱面与轴承内圈配合，表面要求较高。

要求其与配合件之间配合性质稳定、可靠，故表面粗糙度的数值应取较小值，同时该数值还应和尺寸公差相协调，采取Ra值不大于1.6um。

(3)轴肩的位置是为了便于轴与轴上零件的装配，是止推面，起定位作用。

轴肩表面既不是配合面，与相连的零件也没有相对运动，从加工经济性角度出发，选取Ra值不大于3.2um。

(4)键槽通过与键配合实现扭矩的传递，保证连接可靠。

键槽侧面是键的配
合表面，底面为非配合表面。

根据普通平键国家标准，对侧面选取Ra值不大于3.2um，底面选取Ra值不大于6.3um。

(5)砂轮越程槽与退刀槽为工艺设计。

其表面为非工作表面，从经济性和外表美观出发，选取Ra值不大于12.5um,并以“其余”要求标注在图样中。

4.2轴基本尺寸设计
(1)© 17的圆柱面与轴承过渡配合，采用基孔制，上偏差取+0.012下偏差取+0.001。

⑵ 键槽所在© 24的圆柱面为过渡配合，上偏差取+0.015下偏差取+0.002。

(3)两端© 17圆柱面有倒角C1,键槽上偏差0,下偏差-0.036。

4.3表面粗糙度设计
(1)© 17的轴表面因为要与轴承配合，所以表面粗糙度要求为 1.6。

(2)中间的© 24圆柱面，圆柱面承受载荷较大且属于摩擦面，表面粗糙度要
求3.2
(3)键槽所在侧面为工作面，所以表面粗糙度要求为 3.2。

(4)© 32的轴端面因为在与其他零件配合时，可能有相互转动，设计粗糙度
要求为3.2。

(5)
轴肩为了便于轴与轴上零件的装卸，表面粗糙度要求
1.6。

4.4形状位置精度设计
⑴ 对于© 17的两个面为了与轴承获得更好的配合，遵循包容要求，圆柱度 公差为0.008mm
(2) 两个键槽用于实现扭矩传输，所以其对于AB 两个基准面的对称度公差为 0.03mm.
(3) 两端圆柱面及轴肩和有键槽的圆柱表面有圆跳动要求，为便于检测采取 径向圆跳动0.02mm
(4) 轴整体有较高的同轴度，同轴度公差为© 0.02mm 5. 尺寸标注
如图2.车床传动轴零件图几何精度设计所示
图2车床传动轴零件图
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北京交通大学
《机械制造技术基础》研究性教学训练载体1-2
班级： ____
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研究性训练载体1-2 :车床传主轴箱齿轮的几何精度设计
1•问题提出
零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性质不同，提出进度要求及公差项目也不相同，针对车床主轴箱齿轮进行几何精度设计。

2. 专题研究的目的
（1）理解零件几何精度对其使用性能的影响；
（2）根据零件不同表面的工作性质及要求提出相应的公差要求；
（3）掌握正确的零件公差标注方法；
（4）掌握零件的几何精度设计方法；
3. 研究内容
完成图1所示齿轮零件的几何精度设计。

（1）对零件各表面主要部分的技术要求进行分析研究；
（2）根据零件不同表面的工作性质及要求，提出相应的公差项目及公差值；
包括齿轮的尺寸精度设计、形状精度设计、位置精度设计及表面粗糙度。

（3）把公差正确的标注在零件图上。

图1 齿轮
4. 设计过程
4.1尺寸设计
(1)为保证齿轮啮合时存在顶隙，在齿顶圆直径采取上偏差为零的设计，公差为IT11，查表得下偏差为0.22。

(2)为保证孔与轴的小过盈配合© 40孔公差为IT7，选用基孔制，下偏差为0,查表得上偏差为0.025。

(3)为保证便于装配及装配精确，齿轮毂空端面倒角C1。

4.2表面粗糙度设计
(1)齿轮的工作表面为齿面。

要保证传动的平稳性，同时减小摩擦等要求，齿面应采用零件较高的表面粗糙度要求，即选择Ra0.4。

(2)主轴箱齿轮与主轴为过盈配合，且其孔的内表面为摩擦表面，应采取高的表面粗糙度要求。

选择Ra1.6。

(3)齿轮两端面的运动精度要求不高，故选择Ra6.3。

(4)齿轮外圆表面为非工作面，根据教材
表5-6推荐值，选择其表面粗糙
度为Ra6.3。

4.3形状位置精度设计
为了便于检测，齿轮两端面采用跳动公差中的端面圆跳动0.018。

这样同时保证了端面与轴线的垂直度要求与齿轮轴向的圆柱度要求。

5. 尺寸标注
如图2.车床主轴箱齿轮零件图几何精度设计所示
图2车床主轴箱齿轮零件图
北京交通大学
《机械制造技术基础》研究性教学训练载体2-1
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研究性训练载体2-1 :车床传动轴机械加工工艺过程设计
1•问题提出
零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否合理将直接影响零件的加工精度。

针对车床传动轴，应用所学的机械制造基础知识进行一次加机械工工艺过程设计的综合性工程应用训练。

2. 专题研究的目的
（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；
（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；
（3）掌握工艺分析方法；
（4）掌握定位基准的选择方法；
（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；
（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。

3. 研究内容
图1所示为车床的传动轴，轴上开有键槽用来安装齿轮以传递运动和动力，两端是安装滚动轴承的支承轴颈。

完成该传动轴零件的机械加工工艺过程设计。

工艺设计的具体内容包括：
（1）进行零件主要部分的技术要求分析研究；
（2）确定传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺；
（3）进行加工工艺分析；
（4）确定定位基准；
（6）制定传动轴的加工顺序；
（6）制定传动轴的加工路线；
4. 设计过程
4.1零件主要部分的技术要求分析
(1)本零件是传动轴，传动过程中只传递转矩而不承受弯矩，可以通过热处理方法提高轴的耐磨性和抗疲劳强度。

(2)此传动轴的形状简单，属于对称零件，同时阶梯轴很少，而且各段直径相差不太大。

(3)轴上需磨削的轴段都设计出了砂轮越程槽，而且砂轮越程槽都是统一大小的。

(4)传动轴上的各个键槽开在同一母线的位置上，便于加工。

键槽和齿轮通过与键配合，实现动力的传递。

(5)轴端设有倒角，以便于装配，并且轴肩高度不妨碍零件的拆卸。

(6)此传动轴设计成两端小中间大的形状，便于零件从两端装拆。

(7)①17圆柱表面为支撑轴颈与滚动轴承相配合，对其要求圆柱度公差及可控制横剖面和轴剖面内的各种形状误差。

(8)①24圆柱面要与齿轮配合，为保证其平稳性和减少噪音，对其表面有径向全跳动的要求。

(9)①24和①32轴段处的轴肩用于定位，防止其端面圆跳动产生偏心。

(10)轴上键槽有对称度要求，一般来说键槽都有对称度公差。

4.2确定传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺
（1）选用材料为45钢，由于此车床传动轴是一般的阶梯轴，并且各阶梯的直径相差小，则可以直接以热轧圆柱棒料做毛坯。

（2）选用调质和表面淬火的热处理工艺。

4.3进行加工工艺分析
（1）传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。

（2）该传动轴加工划分为三个加工阶段，粗车，半精车，粗精磨各处外圆。

各加工阶段大致以热处理和铣键槽为界。

4.4确定定位基准
（1）此传动轴是精度要求高的轴类零件，因此先以毛坯外圆为粗基准，加工两端面及中心孔，再以中心孔定位完成各表面的粗加工；
（2）精加工开始先再修整中心孔，以提高轴在精加工时的定位精度，再以中心孔为精基准加工外圆。

4.5制定传动轴的加工顺序
（1）外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以毛坯外圆为粗基准，加工两端面及中心孔，再以中心孔定位完成各表面的粗加工。

（2）轴上的键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。

（3）为了改善工件材料的力学性质而进行的热处理工艺调质、表面淬火通常安排在粗加工之后、精加工之前进行。

4.6制定传动轴的加工路线
车端面和钻中心孔一粗车一半精车一调质一表面淬火一粗磨一铣键槽一精磨外圆一去毛刺
骨口' 序号
工序内容 定位基准 1 车端面和钻中心孔 毛坯外表面 2 粗车①32、①24、①17,台阶面 中心孔 3 半精车①32、①24、①17,台阶面
中心孔
4 调质
5 表面淬火
6 粗磨①32、①24、①17,台阶面
中心孔 7 铣键槽
中心孔 8 精磨①32、①24、①17,台阶面
中心孔
9
去毛刺
5. 零件图
图2车床传动轴零件图
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北京交通大学
《机械制造技术基础》研究性教学训练载体2-2
班级： ____
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研究性训练载体2-2 :车床主轴箱齿轮机械加工工艺过
程设计
1•问题提出
零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否
合理将直接影响零件的加工精度。

针对车床主轴箱齿轮，应用所学的机械制造基础知识进行一次加机械工工艺过程设计的综合性工程应用训练。

2. 专题研究的目的
（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；
（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；
（3）掌握工艺分析方法；
（4）掌握定位基准的选择方法；
（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；
（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。

3. 研究内容
图1所示为车床的一根传动轴车床主轴箱齿轮，完成该齿轮零件的机械加工工艺过程设计。

工艺设计的具体内容包括：
（1）进行零件主要部分的技术要求分析研究；
（2）确定车床主轴箱齿轮的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺；
（3）进行加工工艺分析；
（4）确定定位基准；
（6）制定齿轮的加工顺序；
（6）制定齿轮的加工路线；
4. 设计过程
4.1零件主要部分的技术要求分析
（1） 40H7内孔是和轴进行配合，然后传递转矩的，因此有圆柱度要求。

（2） 70的断面，由于要通过轴上大的轴肩进行定位， 所以要有垂直度要求, 以便于控制其传递运动时的方向。

（3） 齿轮要与其他齿轮进行配合，所以对它的齿顶圆提出径向跳动的要求， 以便控制顶隙高度，以防卡死。

对于齿面，要提高其耐磨性和疲劳强度。

4.2确定车床主轴箱齿轮的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺
（1）由于齿轮要大批量运用，同时要传递转矩，要求具有良好的机械性能, 综合这几项要求，再考虑经济因素，材料选用 45号钢。

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(2)在齿轮工作过程中，由于在齿面位置要承受弯曲载荷而不能承受剪切应
力，所以要求其内部杂质分布不能沿其工作方向。

因此为了获得良好的流线，毛坯选用锻造后进行调质的毛坯。

4.3进行加工工艺分析
(1)40H7内孔，粗糙度要求Ra2.5卩，需要粗镗和半精镗;
(2)70端面，粗糙度要求Ra5卩，需要粗车和半精车；
(3)齿顶要求粗糙度为Ra5卩，需要进行粗车和半精车。

4.4确定定位基准
由于齿轮要与轴和其他的齿轮进行配合，所以其内孔和齿顶圆精度有较高要求，因此选择齿轮的端面为粗基准，内孔轴线为精基准。

4.5制定车床主轴箱齿轮的加工顺序
工序1粗车端面和外圆
工序II钻孔和粗镗
工序III半精镗
工序W半精车端面和外圆
工序V滚齿
工序切渗碳和淬火
工序％去毛刺
4.6制定车床主轴箱齿轮的加工路线粗车端面和外圆一钻孔一粗镗一半精镗一半精车端面和外圆一滚齿一渗碳和淬
火一去毛刺
车床主轴箱齿轮的机械加工工艺路线
5. 零件图。