齒輪軸
齒輪軸分類
根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：①轉(zhuǎn)軸，工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見(jiàn)的軸，如各種減速器中的軸等。②心軸，用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如鐵路車(chē)輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動(dòng)，如支承滑輪的軸等。③傳動(dòng)軸，主要用來(lái)傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的長(zhǎng)光軸、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸等。
齒輪軸設(shè)計(jì)運(yùn)用
在設(shè)計(jì)中，齒輪軸的運(yùn)用一般無(wú)外乎以下幾種情況：
1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數(shù)少的齒輪）。
2、齒輪軸一般是在高速級(jí)（也就是低扭矩級(jí)）。
3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運(yùn)行的齒輪，一是因?yàn)樘幵诟咚偌?jí)，其高速度是不適進(jìn)行滑移變速的。
4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個(gè)整體的，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)，還是要盡量縮短軸的長(zhǎng)度，太長(zhǎng)了一是不利于上滾齒機(jī)加工，二是軸的支撐太長(zhǎng)導(dǎo)致軸要加粗而增加機(jī)械強(qiáng)度（如剛性、撓度、抗彎等）。
齒輪軸的加工工藝分析
定位基準(zhǔn)的選擇
齒輪軸主要表面的加工順序，在很大程度上取決于定位基準(zhǔn)的選擇。軸類零件本身的結(jié)構(gòu)特征和主軸各主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準(zhǔn)是最理想的。這樣既保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，又使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。一般多以外圓為粗基準(zhǔn)，以軸兩端的項(xiàng)尖孔為精基準(zhǔn)。具體選擇時(shí)還要注意以下幾點(diǎn)。
(1)當(dāng)各加工表面間相互位置精度要求較高時(shí)，最好在一次裝夾中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用兩端頂尖孔（如加工主軸錐孔）定位時(shí)，為提高工件加工時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作為定位基準(zhǔn)。在加工過(guò)程中，應(yīng)交替使用軸的外圓和一端中心孔作為定位基準(zhǔn)，以滿足相互位置精度要求。
(3)如果軸是帶通孔的零件，通孔鉆出后將使原來(lái)的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均采用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。當(dāng)軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時(shí)，可用錐套心軸；當(dāng)主軸錐孔的錐度較?。ㄈ鏑A6140型機(jī)床主軸）時(shí)，可采用錐堵。必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應(yīng)具備較高的精度并盡量減少其安裝次數(shù)。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身制造的定位基準(zhǔn)，又是主軸外圓的精加工基準(zhǔn)，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產(chǎn)，工件在錐堵上安裝后一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復(fù)多次互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或軸套心軸時(shí)必須按外圓找正或重新修磨中心孔。
從以上分析來(lái)看，齒輪軸加工工藝過(guò)程中選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)考慮這樣安排工藝過(guò)程：一開(kāi)始就以外圓作為粗基準(zhǔn)鉆端面中心孔，為粗車(chē)準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)；而粗車(chē)外圓則為后續(xù)加工準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)：此后，為了給半精加工、精加工外圓準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)，又先加工好前、后頂尖孔作定位基準(zhǔn)；齒輪齒形加工也采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)，這非常好地體現(xiàn)了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，也充分體現(xiàn)了基準(zhǔn)重合原則。 [1]
熱處理工序的安排
在軸加工的整個(gè)工藝過(guò)程中，應(yīng)安排足夠的熱處理工序，以保證齒輪軸力學(xué)性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。
一般在軸毛坯鍛造后首先安排正火處理，以消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善機(jī)加工時(shí)的切削性能。
在粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理。在粗加工階段，經(jīng)過(guò)粗車(chē)、鉆孔等工序，齒輪軸的大部分加工余量被切除。粗加工過(guò)程中切削力和發(fā)熱都很大，在力和熱的作用下，軸產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理可消除內(nèi)應(yīng)力，代替時(shí)效處理，同時(shí)可以得到所要求的韌性。
半加工后，除重要表面外，其他表面均已達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。重要表面僅剩精加工余量，這時(shí)在齒部等安排局部淬火處理，使之達(dá)到設(shè)計(jì)的硬度要求，保證這些表面耐磨性。而后續(xù)的精加工工序可以消除淬火變形。
加工順序的安排
機(jī)加工順序的安排根據(jù)基面先行，先粗后精，先主后次的原則進(jìn)行。對(duì)齒輪軸一般零件是準(zhǔn)備好中心孔后，先加工外圓，再加工其他部分，并注意粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行。在齒輪軸加工工藝中，以熱處理為標(biāo)志，調(diào)質(zhì)處理前為粗加工，淬火處理前為半精加工，淬火后為精加工。這樣把各階段分開(kāi)后，保證了主要表面的精加工最后進(jìn)行，不致因其他表面加工時(shí)的應(yīng)力影響主要表面精度。
在安排齒輪軸工序的次序時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
(1)該軸的齒形粗加工應(yīng)安排在齒輪軸各外圓完成半精加工之后，因?yàn)樽鳛辇X輪軸來(lái)講，齒形加工是該零件加工中工作量比較大、加工難度也比較大的加工內(nèi)容，其加工位置適當(dāng)放后一些，可提高定位基準(zhǔn)的定位高度，而齒形精加工應(yīng)安排在該零件各外圓等表面全部加工好后進(jìn)行，從而消除齒形局部淬火產(chǎn)生的熱處理變形。
(2)外圓表面的加工順序應(yīng)先加工大直徑外圓，然后加工小直徑外圓，以免一開(kāi)始就降低工件的剛度。
(3)齒輪軸上的鍵槽等次要表面的加工一般應(yīng)安排在外圓精車(chē)或粗磨之后、精磨外圓前進(jìn)行。如果在精車(chē)前就銑車(chē)鍵槽，一方面，在精車(chē)前，由于斷續(xù)切削而產(chǎn)生振動(dòng)，既影響加工質(zhì)量又容易損壞刀具；另一方面，鍵槽的尺寸要求也難以保證。這些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后進(jìn)行，以免破壞主要表面精度。
根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：①轉(zhuǎn)軸，工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見(jiàn)的軸，如各種減速器中的軸等。②心軸，用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如鐵路車(chē)輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動(dòng)，如支承滑輪的軸等。③傳動(dòng)軸，主要用來(lái)傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的長(zhǎng)光軸、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸等。
齒輪軸設(shè)計(jì)運(yùn)用
在設(shè)計(jì)中，齒輪軸的運(yùn)用一般無(wú)外乎以下幾種情況：
1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數(shù)少的齒輪）。
2、齒輪軸一般是在高速級(jí)（也就是低扭矩級(jí)）。
3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運(yùn)行的齒輪，一是因?yàn)樘幵诟咚偌?jí)，其高速度是不適進(jìn)行滑移變速的。
4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個(gè)整體的，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)，還是要盡量縮短軸的長(zhǎng)度，太長(zhǎng)了一是不利于上滾齒機(jī)加工，二是軸的支撐太長(zhǎng)導(dǎo)致軸要加粗而增加機(jī)械強(qiáng)度（如剛性、撓度、抗彎等）。
齒輪軸的加工工藝分析
定位基準(zhǔn)的選擇
齒輪軸主要表面的加工順序，在很大程度上取決于定位基準(zhǔn)的選擇。軸類零件本身的結(jié)構(gòu)特征和主軸各主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準(zhǔn)是最理想的。這樣既保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，又使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。一般多以外圓為粗基準(zhǔn)，以軸兩端的項(xiàng)尖孔為精基準(zhǔn)。具體選擇時(shí)還要注意以下幾點(diǎn)。
(1)當(dāng)各加工表面間相互位置精度要求較高時(shí)，最好在一次裝夾中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用兩端頂尖孔（如加工主軸錐孔）定位時(shí)，為提高工件加工時(shí)工藝系統(tǒng)的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作為定位基準(zhǔn)。在加工過(guò)程中，應(yīng)交替使用軸的外圓和一端中心孔作為定位基準(zhǔn)，以滿足相互位置精度要求。
(3)如果軸是帶通孔的零件，通孔鉆出后將使原來(lái)的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均采用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。當(dāng)軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時(shí)，可用錐套心軸；當(dāng)主軸錐孔的錐度較?。ㄈ鏑A6140型機(jī)床主軸）時(shí)，可采用錐堵。必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應(yīng)具備較高的精度并盡量減少其安裝次數(shù)。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身制造的定位基準(zhǔn)，又是主軸外圓的精加工基準(zhǔn)，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產(chǎn)，工件在錐堵上安裝后一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復(fù)多次互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，則在重裝錐堵或軸套心軸時(shí)必須按外圓找正或重新修磨中心孔。
從以上分析來(lái)看，齒輪軸加工工藝過(guò)程中選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)考慮這樣安排工藝過(guò)程：一開(kāi)始就以外圓作為粗基準(zhǔn)鉆端面中心孔，為粗車(chē)準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)；而粗車(chē)外圓則為后續(xù)加工準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)：此后，為了給半精加工、精加工外圓準(zhǔn)備定位基準(zhǔn)，又先加工好前、后頂尖孔作定位基準(zhǔn)；齒輪齒形加工也采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)，這非常好地體現(xiàn)了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，也充分體現(xiàn)了基準(zhǔn)重合原則。 [1]
熱處理工序的安排
在軸加工的整個(gè)工藝過(guò)程中，應(yīng)安排足夠的熱處理工序，以保證齒輪軸力學(xué)性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。
一般在軸毛坯鍛造后首先安排正火處理，以消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善機(jī)加工時(shí)的切削性能。
在粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理。在粗加工階段，經(jīng)過(guò)粗車(chē)、鉆孔等工序，齒輪軸的大部分加工余量被切除。粗加工過(guò)程中切削力和發(fā)熱都很大，在力和熱的作用下，軸產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理可消除內(nèi)應(yīng)力，代替時(shí)效處理，同時(shí)可以得到所要求的韌性。
半加工后，除重要表面外，其他表面均已達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。重要表面僅剩精加工余量，這時(shí)在齒部等安排局部淬火處理，使之達(dá)到設(shè)計(jì)的硬度要求，保證這些表面耐磨性。而后續(xù)的精加工工序可以消除淬火變形。
加工順序的安排
機(jī)加工順序的安排根據(jù)基面先行，先粗后精，先主后次的原則進(jìn)行。對(duì)齒輪軸一般零件是準(zhǔn)備好中心孔后，先加工外圓，再加工其他部分，并注意粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行。在齒輪軸加工工藝中，以熱處理為標(biāo)志，調(diào)質(zhì)處理前為粗加工，淬火處理前為半精加工，淬火后為精加工。這樣把各階段分開(kāi)后，保證了主要表面的精加工最后進(jìn)行，不致因其他表面加工時(shí)的應(yīng)力影響主要表面精度。
在安排齒輪軸工序的次序時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
(1)該軸的齒形粗加工應(yīng)安排在齒輪軸各外圓完成半精加工之后，因?yàn)樽鳛辇X輪軸來(lái)講，齒形加工是該零件加工中工作量比較大、加工難度也比較大的加工內(nèi)容，其加工位置適當(dāng)放后一些，可提高定位基準(zhǔn)的定位高度，而齒形精加工應(yīng)安排在該零件各外圓等表面全部加工好后進(jìn)行，從而消除齒形局部淬火產(chǎn)生的熱處理變形。
(2)外圓表面的加工順序應(yīng)先加工大直徑外圓，然后加工小直徑外圓，以免一開(kāi)始就降低工件的剛度。
(3)齒輪軸上的鍵槽等次要表面的加工一般應(yīng)安排在外圓精車(chē)或粗磨之后、精磨外圓前進(jìn)行。如果在精車(chē)前就銑車(chē)鍵槽，一方面，在精車(chē)前，由于斷續(xù)切削而產(chǎn)生振動(dòng)，既影響加工質(zhì)量又容易損壞刀具；另一方面，鍵槽的尺寸要求也難以保證。這些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后進(jìn)行，以免破壞主要表面精度。
