1、畢業設計（論文）第 1 頁 共 50 頁汽車萬向節滑動叉滑動叉結構與工藝設計摘要：汽車上有一個很重要的部件，稱為萬向節滑動叉滑動叉。本文綜合應用了機械設計、機床、刀具、工藝等機械設計、制造系統理論知識與實踐技能，適當結合CAD 相關知識與技術，以質量、生產率和經濟性辯證統一為原則，設計汽車萬向節滑動叉滑動叉的結構，制定并優化汽車萬向節滑動叉滑動叉工藝規程和方案，對汽車萬向節滑動叉滑動叉工藝方案進行技術經濟性評價并最終完成其工裝設計。關鍵詞：萬向節滑動叉；工藝；夾具；設計Abstract: There are a very important component on automobile, b

2、e called the Universal joint glide fork. Machinery design , machine tool , machinery design such as cutter , handicraft the main body of a book has been applied synthetically, create system theory knowledge and carry out a technical ability, the appropriate union CAD relevance knowledge and technolo

3、gy, take that mass , efficacy and economy discriminate an unification as principle , fork structure designing that automobile joint Universal slides, works out and optimizes automobile Universal joint glide fork technological procedure and the scheme, the frock carrying out the technology economic e

4、valuation and accomplishing the person ultimately designs the fork handicraft scheme sliding to automobile Universal joint.Keywords: Universal joint slides fork；handicraft；grip；design1 概述零件的作用題目所給訂的零件是解放牌汽車底盤傳動軸上的萬向節滑動叉滑動叉，它位于傳動軸的端部。主要作用一是傳遞扭矩，使汽車獲得前進的動力; 二是當汽車后橋鋼板彈簧處在不同狀態時，由本零件可以調整傳動軸的長短及其位置。零件的兩個叉

5、頭部位上有兩個39mm 的孔，用以安裝滾針軸承并與十字軸相連，起萬向聯027. 0010. 0軸節的作用。零件65mm 外圓內為50mm 花鍵孔與傳動軸端部的花鍵軸相配合，用于汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 2 頁 共 50 頁傳遞動力之用。總體尺寸約為 14165118mm。年產量 5000 臺/年（每臺一件） 、備品率 3%、廢品率 0.5%、每日 1 班。1.1 汽車零部件企業面對的市場形勢1.1.1 汽車零部件企業的現狀和發展趨勢在汽車工業高速發展的帶動下，我國汽車零部件產業有了飛速發展，在全球供應鏈中的地位明顯提高。目前，我國汽車零部件產品已經從售后配件市場開始進入 OEM市場，從

6、低附加值產品向高附加值產品轉變，特別是一些自主品牌產品開始進入國際采購體系。2006 年中國零部件總產值為 5240 億元，同比增加 30%，按產值排名，前十家企業中有 5 家為外資企業，另外 5 家為本土企業，本土企業的產值遠遠超過外資企業的產值。2006 年，零部件出口連續第三年實現貿易額順差。汽車空調、車身零部件和空氣壓縮機的出口均實現了 100%的增長速度，同時我國比較傳統的汽車零部件產品比如汽車輪胎、汽車玻璃和車輪零部件也有較高的增長速度。按照國際運行的標準，汽車行業整車與零部件規模比例應為 1：1.7，由此可以推算，我國汽車零部件產業還有很大的提升空間，另據有關資料顯示，到 201

7、0 年，世界汽車產品貿易總額將達到 1.2 萬億美元，跨國公司到 2007 年底前，計劃在低成本國家采購 500 億美元的汽車零部件，其中 70%瞄準中國企業。1.1.2 汽車零部件企業存在的問題 中國零部件在全球供應鏈中的地位有顯著提高，但是這個地位還很脆弱。我國汽車零部件在汽車價值鏈中所占的比例還不高，本土企業配套率低，配套產品附加值低。中國汽車零部件企業在核心技術上對外資依賴明顯，零部件依托于整車企業的發展，自主品牌汽車企業成立時間不長，沒有形成具有本土特征的零部件產業鏈協作模式，很難做到以整車為中心的零部件配套體系競爭。1.1.3 汽車零部件企業的發展 目前，跨國零部件生產商正在進一步

8、加大對中國的投資，在華進行汽車零部件生產的外商獨資或合資企業已經達到近 1200 家，在零部件一級供應商這條鏈上，外資企業占據主導地位，尤其是在最近，跨國汽車零部件企業明顯有把零部件的研發工作轉向中國的趨勢，隨著他們建廠規模的逐漸擴大和對中國市場的熟悉，本土零部件企業面對的壓力也將越來越大。1.2 課題的提出及主要工作畢業設計（論文）第 3 頁 共 50 頁1.2.1 萬向節的結構分析一、十字軸萬向節一、十字軸萬向節 典型的十字軸萬向節主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。 目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式(圖41a、b)、卡環式(圖41c、d)、瓦蓋固

9、定式(圖41e)和塑料環定位式(圖41f)等。蓋板式軸承軸向定位方式的一般結構(圖41a)是用螺栓1和蓋板3將套筒5固定在萬向節叉4上，并用鎖片2將螺栓鎖緊。它工作可靠、拆裝方便，但零件數目較多。有時將彈性蓋板6點焊于軸承座7底部(圖41b)，裝配后，彈性蓋板對軸承座底部有一定的預壓力，以免高速轉動時由于離心力作用，在十字軸端面與軸承座底之間出現間隙而引起十字軸軸向竄動，從而避免了由于這種竄動造成的傳動軸動平衡狀態的破壞。卡環式可分為外卡 式(圖41c)和內卡式(圖41d)兩種。它們具有結構簡單、工作可靠、零件少和質量小的優點。瓦蓋固定式結構(圖41e)中的萬向節叉與十字軸軸頸配合的圓孔不是一

10、個整 體，而是分成兩半用螺釘聯接起來。這種結構具有拆裝方便、使用可靠的優點，但加工工藝較復雜。塑料環定位結構(圖41f)是在軸承碗外圓和萬向節叉汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 4 頁 共 50 頁的軸承孔中部開一環形槽，當滾針軸承動配合裝入萬向節叉到正確位置時，將塑料經萬向節叉上的小孔壓注到環槽中，待萬向節叉上另一與環槽垂直的小孔有塑料溢出時，表明塑料已充滿環槽。這種結構軸向定位可靠，十字軸軸向竄動小，但拆裝不方便。為了防止十字軸軸向竄動和發熱，保證在任何工況下十字軸的端隙始終為零，有的結構在十字軸軸端與軸承碗之間加裝端面止推滾針或滾柱軸承。 滾針軸承的潤滑和密封好壞直接影響著十字軸萬向節的

11、使用壽命。毛氈油封由于漏油多，防塵、防水效果差，在加注潤滑油時，在個別滾針軸承中可能出現空氣阻塞而造成缺油，已不能滿足越來越高的使用要求。結構較復雜的雙刃口復合油封(圖42a)，其中反裝的單刃口橡膠油封用作徑向密封，另一雙刃口橡膠油封用作端面密封。當向十字軸內腔注入潤滑油時，陳油、磨損產物及多余的潤滑油便從橡膠油封內圓表面與十字軸軸頸接觸處溢出，不需安裝安全閥，防塵、防水效果良好。在灰塵較多的條件下使用時，萬向節壽命可顯著提高。圖42b為一轎車上采用的多刃口油封，安裝在無潤滑油流通系統且一次潤滑的萬向節上。 十字軸萬向節結構簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產成本低。但所連接的兩軸夾角不宜

12、過大，當夾角由4增至16時，十字軸萬向節滾針軸承壽命約下降至原來的14。二、準等速萬向節二、準等速萬向節1.雙聯式萬向節 雙聯式萬向節(圖43)是由兩個十字軸萬向節組合而成。為了保證兩萬向節連接的軸工作轉速趨于相等，可設有分度機構。偏心十字軸雙聯式萬向節取消了分度機構，也可確保輸出軸與輸入軸接近等速。五分度桿的雙聯式萬向節，在軍用越野車的轉向畢業設計（論文）第 5 頁 共 50 頁驅動橋中用得相當廣泛。此時采用主銷中心偏離萬向節中心103. 5mm的方法，使兩萬向節的工作轉速接近相等。雙聯式萬向節的主要優點是允許兩軸間的夾角較大(一般可達50，偏心十字軸雙聯式萬向節可達60)，軸承密封性好，效

13、率高，工作可靠，制造方便。缺點是結構較復雜，外形尺寸較大，零件數目較多。當應用于轉向驅動橋時，由于雙聯式萬向節軸向尺寸較大，為使主銷軸線的延長線與地面交點到輪胎的接地印跡中心偏離不大，就必須用較大的主銷內傾角。2凸塊式萬向節 對于凸塊式萬向節(圖44)，就運動副來看也是一種雙聯式萬向節。它主要由兩個萬向節叉1和4以及兩個特殊形狀的凸塊2和3組成。兩凸塊相當于雙聯萬向節裝置中兩端帶有位于同一平面上的兩萬向節叉的中間軸及兩十字銷，因此可以保證輸入軸與輸出軸近似等速。這種結構工作可靠，加工簡單，允許的萬向節夾角較大(可達50)。但是由于工作面全為滑動摩擦，所以效率低，摩擦表面易磨損，且對密封和潤滑要

14、求較高。它主要用于中型以上越野車的轉向驅動橋。3三銷軸式萬向節三銷軸式萬向節(圖45)是由雙聯式萬向節演變而來。它主要由兩個偏心軸叉、兩個三銷軸和六個滾針軸承組成。三銷軸式萬向節允許所連接的兩軸最大夾角為45，易于密封。但其外形尺寸較大，零件形狀較復雜，毛坯需要精確模鍛。由于在工作中三銷軸間有相對軸向滑動，萬向節的兩軸受有附加彎矩和軸向力，所以主動軸一側需裝軸向推力軸承。這種結構目前用于個別中、重型越野車的轉向驅動橋。汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 6 頁 共 50 頁三、等速萬向節三、等速萬向節1. 球叉式萬向節 球叉式萬向節按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。圓弧槽滾道型的球

15、叉式萬向節(圖46a)由兩個萬向節叉、四個傳力鋼球和一個定心鋼球組成。兩球叉上的圓弧槽中心線是以O1和O2為圓心而半徑相等的圓，O1和O2到萬向節中心O的距離相等。當萬向節兩軸繞定心鋼球中心O轉動任何角度時，傳力鋼球中心始終在滾道中心兩圓的交點上，從而保證輸出軸與輸入軸等速轉動。這種球叉式萬向節結構較簡單，可以在夾角不大于3233的條件下正常工作。由于四個鋼球在單向傳動中只有兩個傳遞動力，故單位壓力較大，磨損較快。另外，這種萬向節只有在傳力鋼球與滾道之間具有一定的預緊力時，才能保證等角速傳動。預緊力用選擇不同尺寸級別的傳力鋼球來保證。在使用中，隨著磨損的增加，預緊力逐漸減小以至消失，這時兩球叉

16、之間便發生軸向竄動，從而破壞了傳動的等速性，嚴重時會造成鋼球脫落。畢業設計（論文）第 7 頁 共 50 頁 汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 8 頁 共 50 頁 直槽滾道型球叉式萬向節(圖46b)，兩個球叉上的直槽與軸的中心線傾斜相同的角度，彼此對稱。在兩球叉間的槽中裝有四個鋼球。由于兩球叉中的槽所處的位置是對稱的，這便保證了四個鋼球的中心處于兩軸夾角的平分面上。這種萬向節加工比較容易，允許的軸間夾角不超過20，在兩叉間允許有一定量的軸間滑動。 圓弧槽型球叉式萬向節主要應用于輕、中型越野車的轉向驅動橋中。直槽型球叉式萬向節主要應用于斷開式驅動橋中，當半軸擺動時，用它可補償半軸的長度變化而省去

17、滑動花鍵。圓弧槽型球叉式萬向節作為轉向驅動橋的傳力構件時，萬向節旋轉軸線應與車橋的軸線相重合，以避免發生萬向節的擺動現象。為了不至于在萬向節轉角接近最大值時，放置傳力鋼球的主、從動叉的交叉槽趨于平行位置導致鋼球無法約束而自動散開，造成萬向節裝配關系的破壞，在設計時應使兩叉的最大夾角大于車輪的最大轉角，同時萬向節中心應位于轉向主銷軸線上。另外，應保證在萬向節處于最大轉角時，各傳力鋼球與定心鋼球之間不接觸，至少使傳力鋼球與定心鋼球在此情況下的間隙不小于5mm，且使各鋼球與萬向節軸頭均勻地預緊在一起，使得在任意方向旋轉時能通過萬向節的兩個傳力鋼球來傳遞轉矩，避免靠一個鋼球來傳遞，從而防止產生過載現象

18、。2球籠式萬向節球籠式萬向節是目前應用最為廣泛的等速萬向節。早期的 Rzeppa 型球籠式萬向節(圖 47a)是帶分度桿的，球形殼 1 的內表面和星形套 3 的球表面上各有沿圓周均勻分布的六條同心的圓弧滾道，在它們之間裝有六個傳力鋼球 2，這些鋼球由球籠 4 保持在同一平面內。當萬向節兩軸之間的夾角變化時，靠比例合適的分度桿 6 撥動導向盤 5，并帶動球籠 4 使六個鋼球 2 處于軸間夾角的平分面上。經驗表明，當軸間夾角較小時，分度桿是必要的；當軸間夾角大于 11時，僅靠球形殼和星形套上的子午滾道的交叉也可將鋼球定在正確位置。這種等速萬向節無論轉動方向如何，六個鋼球全都傳遞轉矩，它可在兩軸之間

19、的夾角達 3537的情況下工作。 目前結構較為簡單、應用較為廣泛的是Birfield型球籠式萬向節(圖47b)。它取消了分度桿，球形殼和星形套的滾道做得不同心，令其圓心對稱地偏離萬向節中心。這樣，即使軸間夾角為0，靠內、外子午滾道的交叉也能將鋼球定在正確位置。當軸間夾角為0時，內、外滾道決定的鋼球中心軌跡的夾角稍大于11，這是能可靠地確定鋼球正確位置的最小角度。滾道的橫斷面為橢圓形，接觸點和球心的連線與過球心畢業設計（論文）第 9 頁 共 50 頁的徑向線成45角，橢圓在接觸點處的曲率半徑選為鋼球半徑的103105倍。當受載時，鋼球與滾道的接觸點實際上為橢圓形接觸區。由于工作時球的每個方向都有

20、機會傳遞轉矩，且由于球和球籠的配合是球形的，因此對這種萬向節的潤滑應給予足夠的重視。潤滑劑的使用主要取決于傳動的轉速和角度。在轉速高達1500rmin時，一般使用防銹油脂。若轉速和角度都較大時，則使用潤滑油。比較好的方法是采用油浴和循環油潤滑。另外，萬向節的密封裝置應保證潤滑劑不漏出，根據傳動角度的大小采取不同形式的密封裝置。這種萬向節允許的工作角可達42。由于傳遞轉矩時六個鋼球均同時參加工作，其承載能力和耐沖擊能力強，效率高，結構緊湊，安裝方便。但是滾道的制造精度高，成本較高。 伸縮型球籠式萬向節(圖47c)結構與一般球籠式相近，僅僅外滾道為直槽。在傳遞轉矩時，星形套與筒形殼可以沿軸向相對移

21、動，故可省去其它萬向傳動裝置中的滑動花鍵。這不僅使結構簡單，而且由于軸向相對移動是通過鋼球沿內、外滾道滾動實現的，所以與滑動花鍵相比，其滾動阻力小，傳動效率高。這種萬向節允許的工作最大夾角為20。 Rzeppa型球籠式萬向節以前主要應用于轉向驅動橋中， 目前應用較少。Birfield型球籠式萬向節和伸縮型球籠式萬向節被廣泛地應用在具有獨立懸架的轉向驅動橋中，在靠近轉向輪一側采用Birfield型萬向節，靠近差速器一側則采用伸縮型球籠式萬向節，以補償由于前輪跳動及載荷變化而引起的輪距變化。伸縮型萬向節還被廣泛地應用到斷開式驅動橋中。汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 10 頁 共 50 頁四、撓性

22、萬向節四、撓性萬向節 撓性萬向節依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發生干涉。彈性元件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環形橡膠圈等多種形狀。盤式撓性萬向節的彈性元件通常是412層的橡膠纖維或橡膠簾布片結構，并用金屬零件加固。在撓性萬向節裝配時，通常使纖維層依次錯開，以便于當撓性盤變形時，保證纖維簾布層承受最小的力。六角環形橡膠撓性萬向節的橡膠與用鋼或鋁合金制成的金屬骨架硫化在一起。為了使橡膠與金屬可靠地結合，在硫化之前，骨架鍍一層黃銅覆蓋層。使用這種萬向節時，為了保證高速轉動時傳動軸總成有良好的動平衡，常在萬向節所連接的兩軸端部設專門機構保證對正中心。圖48a為具有球面

23、對中機構的環形撓性萬向節。這種結構中裝有無需潤滑的球形滑動對中軸承，如能正確選擇軸承配合，可使其內部在裝配后具有適當的預緊力。為使萬向節有必要的壽命，總是設法畢業設計（論文）第 11 頁 共 50 頁使其軸向位移引起的軸向力、側向位移引起的側向力和萬向節工作角引起的力矩盡可能小，使撓性萬向節主要傳遞工作轉矩。有的結構允許有一定的軸向變形(圖48b)。當這種環形撓性萬向節的軸向變形量滿足使用要求時，可省去伸縮花健。撓性萬向節能減小傳動系的扭轉振動、動載荷和噪聲，結構簡單，使用中不需潤滑，一般用于兩軸間夾角不大(一般為35)和很小軸向位移的萬向傳動場合。如它常在轎車萬向節傳動中，被用來作為靠近變速

24、器的第一萬向節，或在重型汽車中用于發動機與變速器之間，越野汽車中用于變速器與分動器之間，以消除制造安裝誤差和車架變形對傳動的影響。汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 12 頁 共 50 頁1.2.2 轉矩分析 萬向節滑動叉位于傳動軸的端部,端部聯接的唯一功能是傳遞轉矩。它們應該使傳動軸有很好的對中性，并且通過摩擦或是剛性、或者二者兼有的聯接，經傳動軸把輸入軸和輸出軸聯接起來。聯接傳動軸有五種可能的實用形式： 凸緣。傳動軸端部用帶有耳叉的凸緣聯接，由于結構形式簡單，制造及裝配容易，是一種廣泛采用的聯接形式。按定心方式區分，有內圓定心和外圓定心兩種；根據傳力的方式不同，又有剛性傳遞和摩擦傳遞之分。

25、開槽叉。傳動軸端部與轂聯接，轂上開有槽，閉合時鎖緊，張開時松開，多用在農業機械上，并且這種能快速分離的花鍵轂已經標準化。 花鍵半軸。帶有一個單萬向節滑動叉或者是一個雙聯式萬向節滑動叉的傳動軸，其端部是通過兩個軸上的鍵或花鍵聯接的，轉向驅動橋多用這種形式。 翼形軸承。傳動軸端部用兩個帶有小型翼狀的軸承的組合件聯接，并可作為組合件更換，這種形式多用于工程機械。 端部節叉。端部是一個節叉，靠十字軸與被聯接件聯接。主動軸端的十字軸安裝在套筒里，用形螺栓把十字軸上的套筒固定在從動軸端部節叉的兩個半圓槽內，且由套筒對中心，這種聯接形式多用于美國。 工程機械的主傳動軸，其端部聯接多采用凸緣或翼形軸承。傳動軸

26、端部形式的選擇要考慮： 傳遞轉矩的平衡性 端部形式的對中性影響傳遞轉矩的平衡性。凸緣式傳動軸通過調整軸承組合件的軸向間隙及具有精確、自由對中性的特點，因而運轉非常平穩；開槽叉和花鍵半軸聯接靠輸入軸、輸出軸對中心，由于制造公差的原因，軸的對中心性偏底，傳動軸的平衡性也會降低；翼形軸承和形螺栓聯接的情形與開槽叉類似，由于十字軸的軸向間隙不可調整，因而也達不到高水平的平衡品質。傳遞轉矩的可靠性 對端部聯接的設計計算要么按剛性傳遞計算，要么按摩擦傳遞計算，二者不宜同時計入。摩擦傳遞受摩擦系數離散度的影響，不易按傳遞轉矩準確設計聯接參數，為安全起見，要采取保守設計，結構偏大。而剛性傳遞靠平鍵或花鍵等傳力

27、，傳遞轉矩更大、更可靠，因而在傳遞大轉矩時，剛性傳遞優于摩擦傳遞。 徐工系列裝載機傳動軸端部多為摩擦凸緣式，一些系列裝載機傳動軸的端畢業設計（論文）第 13 頁 共 50 頁部雖為翼形軸承式，但在傳動軸和箱橋之間另有一個聯結盤過渡，這個聯結盤是靠摩擦傳遞轉矩的。 其他因素 端部聯接形式還應考慮布置空問、配套供應、成本等其他因素。2 萬向節滑動叉的總體設計2.1 零件的工藝分析 萬向節滑動叉滑動叉共有兩組加工表面，它們相互間有一定的位置要求。現分述如下：(1) 以39mm 孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括：兩個39mm027. 0010. 0的孔及其倒角，尺寸為 118mm 的與兩個孔39

28、mm 相垂直的平面，還有在平007. 0027. 0010. 0面上的四個 M8 螺孔。其中，主要加工表面為39mm 的兩個孔。027. 0010. 0(2) 以50mm 花鍵孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括：50mm039. 00十六齒方齒花鍵孔，55mm 階梯孔，以及65mm 的外圓表面和 M601mm 的外螺紋表面。這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：50mm 花鍵孔與39mm 二孔中心連線的垂直度公差為 100：0.2；039. 00027. 0010. 039mm 二孔外端面對39mm 孔垂直度公差為 0.1mm；50mm 花鍵槽寬中心線與39mm 中心線偏轉角度公差

29、為 2。039. 00由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。2.2 工藝規程的設計2.2.1 確定毛坯的制造形式零件一般是由毛胚加工而成。在現有的生產條件下，毛胚主要有鑄件，鍛件和沖壓件等幾個種類。鑄件是把熔化的金屬液澆注到預先制作的鑄型腔中，待其冷卻凝固后獲得的零件毛胚。在一般機械中，鑄件的重量大都占總機重量的 50%以上，它是零件毛胚的最主要來源。鑄件的突出優點是它可以是各種形狀復雜的零件毛胚，特別是具有復雜內腔的零件毛胚，此外，鑄件成本低廉。其缺點是在其生產過程中，汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第

30、 14 頁 共 50 頁工序多，鑄件質量難以控制，鑄件機械性能較差，鍛件是利用沖擊力或壓力使用，加熱后的金屬胚料產生塑性變形，從而獲得的零件毛胚。鍛件的結構復雜程度往往不及鑄件。但是，鍛件具有良好的內部組織，從而具有良好的機械性能。所以用于做承受重載和沖擊載荷的重要機器零件和工具的毛胚，沖壓件是利用沖床和專用模具，使金屬板料產生塑性變形或分離，從而獲得的制體。沖壓通常是在常溫下進行，沖壓件具有重量輕，剛性好，尺寸精度高等優點，在很多情況下沖壓件可直接作為零件使用。選擇毛胚還應該考慮的原因 （1）零件的力學性能要求 相同的的材料采用不同的毛胚制造的方法，其力學性能有所不同。鑄鐵的強度，離心澆注，

31、壓力澆注的鑄體，金屬型澆注的鑄體，沙型澆注的鑄體依次遞減；鋼質零件的鍛造毛胚，其力學性能高于鋼質棒料和鑄鋼體。 （2）零件的結構形狀和外廓尺寸，直徑相差不大的階梯軸宜采用棒料。相差較大時宜采用鍛件。形狀復雜的毛胚不宜采用金屬型鑄造。尺寸較大的毛胚，不宜采用摸鍛，壓鑄和精鑄。多采用沙型鑄造和自由鍛造。外型復雜的小零件宜采用精密鑄造的方法 （3）生產綱領和批量 生產綱領大時宜采用高精度與高生產率的毛胚制造方法，生產綱領小時，宜采用設備投資小的毛胚制造方法 （4）現場生產條件和發展 應該經過技術經濟分析和論證零件材料為 45 鋼。考慮到汽車在運行中要經常加速及正、反向行駛，零件在工作過程中則經常承受

32、交變載荷及沖擊性載荷，因此應該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于領獎年產量為 4000 件，已達到大批生產的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用模鍛成型。這對提供生產率、保證加工質量也是有利的。2.2.2 基準的選擇(1)粗基準的選擇對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。但對于零件來說，如果以65mm 外圓（或62mm 外圓）表面作基準（四點定位） ，則可能造成這一組內外圓柱表面與零件的叉部外形不對稱。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表

33、面作為粗基準） ，現選取叉部這畢業設計（論文）第 15 頁 共 50 頁兩個39mm 孔的不加工外輪廓表面作為粗基準，利用一組共兩個短 V 形塊支027. 0010. 0撐這兩個39mm 的外輪廓作主要定位面，以消除四個自由度；再用027. 0010. 0XXYY一對自動定心的窄口卡爪夾持在65mm 外圓柱面上，用以消除兩個自由度，ZZ達到完全定位。(2)精基準的選擇精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。2.3 制定工藝路線2.3.1 工藝路線的提出由于生產類型為大批生產，故采用萬能機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還

34、應降低生產成本。(1)工藝路線方案一：工序 1：車外圓62mm，60mm，車螺紋 M601mm工序 2：兩次鉆孔并擴鉆花鍵底孔43mm，锪沉頭孔55mm工序 3：倒角 530工序 4：鉆 Rc1/8 底孔工序 5：拉花鍵孔工序 6：粗銑39mm 二孔端面工序 7：精銑39mm 二孔端面工序 8：鉆、擴、粗銑、精銑兩個39mm 孔至圖樣尺寸并锪倒角 245工序 9：鉆 M8mm 底孔6.7mm，倒角 120工序 10：攻螺紋 M8mm，Rc1/8工序 11：沖箭頭工序 12：終檢(2)工藝路線方案 2工序 1：粗銑39mm 二孔端面工序 2：精銑39mm 二孔端面工序 3：鉆39mm 二孔（不到

35、尺寸）汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 16 頁 共 50 頁工序 4：鏜39mm 二孔（不到尺寸）工序 5：精鏜39mm 二孔，倒角 245工序 6：車外圓62mm，60mm，車螺紋 M601mm工序 7：鉆，鏜孔43mm，并锪沉頭孔55mm工序 8：倒角 530工序 9：鉆 Rc1/8 底孔工序 10：拉花鍵孔工序 11：鉆 M8mm 底孔6.7mm，倒角 120工序 12：攻螺紋 M8mm，Rc1/8工序 13：沖箭頭工序 14：終檢2.3.2 工藝方案的比較與分析上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工藝花鍵孔為中心的一組表面，然后以此為基面加工39mm 二孔；而方案二則與其相反，先

36、加工39 孔，然后再以此二孔為基準加工花鍵孔及其外表面。經比較可見，先加工花鍵孔后再以花鍵孔定位加工39mm 二孔，這是的位置精度較易保證，并且定位及裝夾都較方便。但方案一中的工序 8 雖然代替了方案二種的工序 3、4、5，加少了裝夾次數，但工序內容太多，不設計組合機床也只能選用轉塔車床，而轉塔車床大多用于粗加工，用來加工39mm 二孔不合適。故決定將方案中的工序 3、4、5 移入方案一，改為兩道工序。具體工藝過程如下：工序 1：車外圓62mm，60mm，車螺紋 M601mm（粗基準的選擇如前所述）工序 2：兩次鉆孔并擴鉆花鍵底孔43mm，锪沉頭孔55mm，以62mm 外圓定位工序 3：倒角

37、530工序 4：鉆 Rc1/8 底孔工序 5：拉花鍵孔工序 6：粗銑39mm 二孔端面，以花鍵孔及其端面為基準工序 7：精銑39mm 二孔端面工序 8：鉆孔兩次并擴孔39mm工序 9：精鏜并細鏜39mm 二孔，倒角 245（工序 7、8、9 的定位均與工序 6相同）畢業設計（論文）第 17 頁 共 50 頁工序 10：鉆 M8mm 螺紋底孔，倒角 120工序 11：攻螺紋 M8mm，Rc1/8工序 12：沖箭頭工序 13：終檢以上加工方案大致看來還是合理的。但通過仔細考慮零件的技術要求以及可能采取的加工手段以后，發現仍有問題，主要表現在39mm 兩個孔及其端面加工要求上。圖樣規定：39mm 二

38、孔中心線應與55mm 花鍵孔垂直，垂直度公差為100：0.2；39mm 二孔與其外端面應垂直，垂直度公差為 0.1mm。由此可見，因為39mm 二孔的中心線要求與55mm 花鍵孔中心線向垂直，因此，加工及測量39mm 孔時應以花鍵孔為基準。這樣做，能保證設計基準與工藝基準相重合。在上述工藝路線中也是這樣擬定的。同理，39mm 二孔與其外端面的垂直度（0.1mm）的技術要求在加工與測量時也應遵循上述原則。但再以制定的工藝路線中卻沒有這樣做：加工39mm 孔時，以55mm 花鍵孔定位（這是正確的） ；而加工39mm 孔的外端面時，也是以55mm 花鍵孔定位。這樣做，從裝夾上看似乎比較方便，但卻違反

39、了基準重合原則，產生了基準不重合誤差。具體來說，當39mm二孔的外端面已花鍵孔為基準加工時，如果兩個端面與花鍵孔中心線以保證絕對平行的話（這是不可能的） ，那么由于39mm 二孔中心線與花鍵孔仍有 100：0.2 的垂直度公差，則39mm 孔與其外端面的垂直度誤差會很大，甚至會超差而報廢。這就是基準不重合而造成的結果。而樂解決這個問題，原有的加工路線可仍大致保持不變，只是在39mm 二孔加工完了以后，再增加一道工序：以39mm 孔為基準，磨39mm 二孔外端面。這樣做，可以修正由于基準不重合造成的加工誤差，同時也照顧了原有的加工路線中撞夾角方便的特點。另外，采用直邊花鍵拉刀加工汽車轉向軸的萬向

40、節滑動叉花鍵時，常常出現切削熱過大、積屑瘤殘留嚴重、燒刀等現象，且刀具稍有磨損，切削力即急劇增大，使刀具拉斷，嚴重影響正常生產。為解決這一問題，我對直邊花鍵拉刀進行了分析及改進。 原拉刀問題分析原拉刀的拉削方式為成型拉削，拉削面積較大，導致拉削力較大。由于拉削孔徑較小，為保證拉刀強度，原拉刀設計時選用了較小的齒升量，但齒升量過 小易造成切屑層較薄，當拉刀稍磨損(即刀尖鈍化)時 ，就可能在工件拉削表面形成擠壓(而非剪切)，使前部刀齒的齒槽中無切屑產生。當接近精拉刀齒時，工件拉削表面受汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 18 頁 共 50 頁擠壓后彈性恢復，使刀齒齒升量瞬時增大，拉削力也急劇增大，造

41、成打齒現象，進而使刀具拉斷。此時，刀齒后刀面也處于嚴重擠壓磨損狀態下，大量產生的切削熱進一步加劇了刀具的破壞程度。 拉刀結構的改進 由上述分析可知，原拉刀齒升量過小是造成拉削問題的主要原因，但單純增大齒升量則必然會使切削力增大。通常有兩種方法可減小切削力：一是增大齒距，即減少同時拉削齒數；二是減小切削面積。增大齒距會增加拉刀長度，使拉刀形狀細長，不可取，所以一般采用減小切削面積的方法。對于拉刀，則可采用同廓輪切方式來減少每個刀齒的切削面積。如上所述，刀齒采用異側倒角，這樣既有利于磨制加工，又可在拉削時消除切削扭矩，保證花鍵齒形加工精度。在倒角邊磨制出后角，可減小側刃加工時后刀面的擠壓摩擦，從而

42、減小拉削力，降低切削熱。拉刀經改進設計后，可使刀齒齒數相對減少，拉 刀長度縮短。此外，由于拉削前工序為預孔擴孔加工，這樣可使拉刀的危險斷面直徑增大，拉刀強度相應提高。改進后的加工效果經過改進設計，拉刀的拉削形式發生變化，拉刀刃前區切削層的切削狀況改善，由原來的擠壓硬化變為剪切剝離，進而改善了切削條件。因此，在拉削力允許情況下盡量加大齒升量有助于提高拉削加工質量。齒升量提高后，刀齒切入性好，加工表面彈性變形小，可有效減小擠壓摩擦阻力，使切削熱顯著下降，燒齒現象消失。改進后的拉刀使用效果良好，拉削輕快，刀具壽命提高一倍。拉削后刀齒各齒槽的切屑大小均勻，且易于清除。由于刀齒刃前區不產生擠壓，因此已加

43、工表面回彈量小，加工尺寸穩定，加工精度提高。2.3.3 加工路線的確定工序 1：車外圓62mm，60mm，并車螺紋 M601mm。以兩個叉耳外輪廓及65mm外圓為粗基準，選用 C620-1 臥式車床和專用夾具。工序 2：鉆孔并擴鉆花鍵底孔43mm，锪沉頭孔55mm，以62mm 外圓為基準，選用 C365L 轉塔車床。工序 3：內花鍵孔倒角 530。選用 C620-1 車床和專用夾具。工序 4：鉆錐 Rc1/8 底孔。選用 Z525 立式鉆床及專用鉆模。這里安排鉆 Rc1/8 底孔主要是為了下道工序拉花鍵孔時為消除回轉自由度而設置的一個定位基準。本工畢業設計（論文）第 19 頁 共 50 頁序以

44、花鍵內底孔定位，并利用叉部外輪廓消除回轉自由度。工序 5：拉花鍵孔。利用花鍵內底孔、55mm 端面及 Rc1/8 錐螺紋底孔定位，選用L6120 臥式拉床加工。工序 6：粗銑39mm 二孔端面，以花鍵孔及其端面為基準，選用 X63 臥式銑床加工。工序 7：鉆、擴39mm 二孔及倒角。以花鍵孔及端面定位，選用 Z535 立式鉆床加工。工序 8：精鏜并細鏜39mm 二孔。選用 T740 型臥式金剛鏜床及專用夾具加工，以花鍵內孔及其端面定位。工序 9：磨39mm 二孔端面，保證尺寸 118mm，以39mm 孔及花鍵孔定位，選007. 0用 M7130 平面磨床及專用夾具。工序 10：鉆叉部四個 M8

45、mm 螺紋底孔并倒角。選用 Z525 立式鉆床及專用夾具，以花鍵孔及39mm 孔定位。工序 11：攻螺紋 4-M8mm 及 Rc1/8。工序 12：沖箭頭工序 13：終檢以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和機械加工工藝卡片2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定“萬向節滑動叉滑動叉”零件材料為 45 鋼，硬度 HBS 為 207241 毛坯重量約為 6kg，生產類型為大批量生產，采用在鍛錘上合模鍛毛坯。根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：2.4.1 外圓表面（62mm 及 M601mm）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定外圓表面（6

46、2mm 及 M601mm） 。考慮其加工長度為 90mm，與其聯結的非加工外圓表面直徑為65mm，為簡化模鍛毛坯的外形，現直接區旗外圓表面直徑為65mm。62mm 表面為自由尺寸公差，表面粗糙度值要求為 R 200m，只要求粗Z加工，此時直徑余量 2Z=3mm 已能滿足加工要求。2.4.2 外圓表面沿軸線長度方向的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差（M601mm 斷面） 。查機械制造工藝汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 20 頁 共 50 頁設計簡明手冊 （以下簡稱工藝手冊 ）表 2.2-14，其中鍛件重量為 6kg，鍛件復雜形狀系數為 S ，鍛件材質

47、系數取 M ，鍛件輪廓尺寸（長度方向）180315mm，11故長度方向偏差為mm。5 . 17 . 0長度方向的余量查工藝手冊表 2.22.5，其余量值規定為 2.02.5mm，現取 2.0mm。2.4.3 倆內孔39mm（叉部）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定027. 0010. 0倆內孔39mm（叉部） 。毛坯為實心，不沖孔。倆內孔精度要求介于 IT7IT8027. 0010. 0之間，參照工藝手冊表 2.3-9 及表 2.3-12 確定工序尺寸及余量為：鉆孔：25mm鉆孔：37mm，2Z=12mm擴孔：38.7mm，2Z=1.7mm精鏜：38.9mm，2Z=0.2mm細鏜：39mm

48、，2Z=0.1mm027. 0010. 02.4.4 花鍵孔機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定花鍵孔（1650mm43mm5mm） 。要求花鍵孔為外徑定心，故采039. 0016. 00048. 00用拉削加工。內孔尺寸為43mm，見圖樣。參照工藝手冊表 2.3-9 確定空的加工余量分16. 00配：鉆孔：25mm鉆孔：41mm擴孔：42mm拉花鍵孔（1650mm43mm5mm）039. 0016. 00048. 00花鍵孔要求外徑定心，拉削時的加工余量參照工藝手冊表 2.3-19 取 2Z=1mm39mm 二孔外端面機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定027. 0010. 039mm

49、二孔外端面的加工余量（計算長度為 118mm）：027. 0010. 0007. 0按照工藝手冊表 2.2-25，取加工精度 F2，鍛件復雜系數 S3，鍛件重 6kg，畢業設計（論文）第 21 頁 共 50 頁則二孔外端面的單邊加工余量為 2.03.0mm，取 Z=2mm。鍛件的公差按工藝手冊表 2.2-14，材質系數取 M1，復雜系數 S3，則鍛件的偏差為mm3 . 17 . 0磨削余量：單邊 0.2mm（見工藝手冊表 2.3-21） ，磨削公差即零件公差 0.07mm。銑削余量：銑削的公差余量（單邊）為：Z=2.00.2=1.8（mm）銑削公差：按規定本工序（粗銑）的加工精度為 IT11

50、級，因此可知本工序的加工尺寸偏差-0.22mm（入體方向） 。由于毛坯及以后各道工序（粗銑）的加工精度都有加工公差，因此所規定的加工余量其實只是名義上的加工余量。實際上，加工余量有最大及最小之分。由于本設計規定的零件為大批生產，應該采取調整法加工，因此在計算最大、最小加工余量時，應按調整法加工方式予以確定。39mm 二孔外端面尺寸加工余量和工序間余量及公差分布圖見圖。 39 孔外端面工序間尺寸公差分布圖（調整法）由圖可知：毛坯名義尺寸：118+2x2=122(mm)毛坯最大尺寸：122+1.3x2=124.6（mm）毛坯最小尺寸：122-0.7x2=120.6（mm）汽車萬向節滑動叉結構與工藝

51、設計第 22 頁 共 50 頁粗銑后最大尺寸：118+0.2x2=118.4（mm）粗銑后最小尺寸：118.4-0.22=118.18（mm）磨后尺寸與零件圖尺寸相同，即 118mm007. 0最后，將上述計算的工序間尺寸及公差整理成表 1-1。萬向節滑動叉滑動叉的鍛件毛坯圖見附圖 2。 工序加工尺寸及公差鍛件毛坯 （39 二端面，零件尺寸 118）007. 0粗銑二端面磨二端面最大124.6118.4加工前尺寸最小120.6118.18最大124.6118.4118加工寸最小120.6-118.18117.93最大3.10.2加工余量 （單邊）2最小1.210.125加工公差 （單邊）+1.

52、3-0.7-0.22/2-0.07/22.5 確定切削用量及基本工時畢業設計（論文）第 23 頁 共 50 頁工序 1：車削斷面、外圓及螺紋。本工序采用計算法確定切削用量。加工條件工件材料：45 鋼正火， =0.60GPa，模鍛。b加工要求：粗車60mm 端面及60mm、62mm 外圓，表面粗糙值 R 為 200um 車螺z紋 M60 x1mm。機床：C620-1 臥式車床。刀具：刀片材料為 YT15，刀桿尺寸為 16mmX25mm，k =90， =15，a =12，r00r =0.5mm。R60螺紋車刀：刀片材料為 W18Cr4V。計算切削用量 粗車 M69x1mm 端面：確定端面最大加工余

53、量：已知毛坯長度方向的加工余量為 2mm，考慮 7的5 . 17 . 0模鍛拔模斜度，則毛坯長度方向的最大加工余量 Z=7.5mm。但實際上，由于以max后還要鉆花鍵底孔，因此端面不必全部加工，而可以留出一個40mm 心部待以后鉆孔時加工掉，故此是實際端面最大加工余量可按 Z=5.5mm 考慮，分兩次加工，maxa =3mm 計。長度加工公差按 IT12 級，取-0.46mm（入體方向） 。P確定進給量 ：根據切削用量簡明手冊 （第 3 版） （以下簡稱切削手冊 ）表 1.4，當刀桿尺寸為 16mmX25mm，a 3mm 以及工件直徑為 60mm 時P =0.50.7mm/r按 C620-1

54、車床說明書(見切削手冊表 1.30)取=0.5mm/r計算切削速度：按切削手冊表 1.27，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）：v =k （m/min）CvyvfxpmVaTCv式中，C =242，x =0.15，y =0.35，m=0.2。修正系數 k 見切削手冊vvvv汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 24 頁 共 50 頁表 1.28，即 k=1.44，k=0.8，k=1.04，k=0.81，k=0.97。mvsvkvkrvBv所以min)/(6 .10897. 081. 004. 18 . 044. 15 . 036024235. 015. 02 . 0mvc確定機床主軸轉速

55、：min)/(5231000rdvnwcs按機床說明書（見工藝手冊表 4.2-8） ，與 523r/min 相近的機床轉速為 480r/min 及 600r/min。現選取。如果選 480r/min，則速度min/600rnw損失較大。所以實際切削速度。min/122mv 計算切削工時：按工藝手冊表 6.2-1，取 0, 0,2),(5 .122406521sllmmlmml(min)096. 021ifnlllltwsm 粗車60mm 外圓，同時應效驗機床功率及進給機構強度：切削深度：單邊余量 z=1.5mm，可一次切除。進給量：根據切削手冊表 1.4， ，選用 f=0.5mm/r。計算切削

56、速度：見切削手冊表 1.27=116（m/min）vyxpmvckfaTcvvv確定主軸轉速： min)/(5681000rdvnwcs按機床選取 n=600r/min。所以實際切削速度min)/(1221000mdnv檢驗機床功率：主切削力按切削手冊表 1.29 所示公式計算cF畢業設計（論文）第 25 頁 共 50 頁ccFcFcFcFncyxpFckvfacF 式中： 89. 094. 0)650(15. 0,75. 0, 0 . 1,2795rFpcccknbMFFFFkknyxc所以，Fc=1012.5N切削時消耗功率 )(06. 21064kWvFPccc由切削手冊表 1.30 中

57、 C620-1 機床說明書可知，C620-1 主電動機功率為 7.8kW，當主軸轉速為 600r/min 時，主軸傳遞的最大功率為 5.5kw，所以機床功率足夠，可以正常加工。校驗機床進給系統強度：已知主切削力徑向切削力按,5 .1012 NFcPF切削手冊表 1.29 所示公式計算PPFPFPFPFncyxpFPkvfacF 式中：3 . 0, 6 . 0, 9 . 0,1940PPPPFFFFnyxc5 . 0897. 0)650(rFPknbMkk所以 )(195 NFP而軸向切削力ffFfFfFfFncyxpFfkvfacF 式中：4 . 0, 5 . 0, 0 . 1,2880fff

58、fFFFFnyxc17. 1923. 0)650(knbMkkF軸向切削力)(480 NFf取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數，則切削力在縱向進給方向對進1 . 0汽車萬向節滑動叉結構與工藝設計第 26 頁 共 50 頁給機構的作用力為)(600)1955 .1012( 1 . 0480)(NFFFFpcf而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為 3530N（見切削手冊表1.30） ，故機床進給系統可正常工作。切削工時：nflllt321式中，所以0, 4,9021lll(min)31. 05 . 0600490t車60mm 外圓柱面：（切削手rmmfmmap/5 . 0,1冊表 1.6，刀夾圓弧半

59、徑 r=1.0mm） ，切削速度,3 . 6mRacvvyxpmvckfaTcvvv式中：.81. 0,44. 1,35. 0,15. 0,60, 2 . 0,242kmvvvkkyxTmc則，min)/(15981. 044. 15 . 016024235. 015. 02 . 0mvc按機床說明書取 n=770r/min，則此時v=145m/min切削工時 nflllt21式中：所以, 0, 4,2021lll(min)062. 05 . 0770420t車螺紋 M601mm：計算切削速度：計算切削速度由參考文獻7表 21 中查得，刀具壽命T=60min，采用高速鋼螺紋車刀，規定粗車螺紋時

60、，走刀次數 i=4；17. 0pa精車螺紋時，走刀次數 i=2，則08. 0pa畢業設計（論文）第 27 頁 共 50 頁min)/(1mktaTcvvyxpmvcvv式中：螺距, 3 . 0,70. 0,11. 0, 8 .11vvvyxmc11t 11. 1)6 . 0637. 0(75. 1Mk75. 0kk所以粗車螺紋時min)/(57.2175. 011. 1117. 0608 .113 . 07 . 011. 0mvc精車螺紋時min)/(8 .3675. 011. 1108. 0608 .113 . 07 . 011. 0mvc確定主軸轉速：粗車螺紋時min)/(4 .11460