半轴机械加工工艺及工装设计

1 引 言

驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端,其功能是将转矩由差速器的半轴齿轮传动驱动车轮.驱动车轮传动装置的结构形式与驱动桥的结构形式密切相关,在断开式驱动桥和转向驱动桥中,驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置,且多采用等速万向节;在一般的非断开式驱动桥上,驱动车轮的传动装置就是半轴,半轴将差速器的半轴齿轮和车轮的轮毂连接起来.在装有轮边减速器的驱动桥上,驱动车轮的传动装置还应包括轮边的减速器,这时半轴将半轴齿轮和轮边减速器的主动齿轮连接起来.

半轴是在差速器与驱动轮之间传递的动力的实心轴,其内端用花键与差速器的半轴的齿轮连接,而外端用凸缘与驱动轮的轮毂相连,半轴齿轮的轴颈支承与差速器壳两侧轴颈的孔内,而差速器壳又以其两侧轴颈借助轴承支承在主减速器壳上.半轴驱动轮的轮毂在桥壳上的形式,决定了半轴的受力状况.现代汽车基本上采用全浮式半轴支承和半浮式半轴芝承两中主要支承形式.半轴的形式主要取决于半轴的支承形式.普通非短开式驱动桥的半轴,根据其外端支承形式或受力状况的不同可分为半浮式、3/4浮式和全浮式3种.由于3/4浮式未能推广,很少采用.目前汽车半轴的支承形式主要是半浮式和全浮式. （1） 半浮式半轴

半浮式半轴以其靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上,而端部则以具有圆锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定,或以凸缘直接与车轮轮盘及制动鼓相连接.因此,半浮式半轴除传递转矩外,还要承受车轮传来的垂向力、纵向力及侧向力所引起的弯矩.由此可见. 半浮式半轴所承受的载荷较复杂,但它具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、造价低廉等优点,故被质量较小、使用条件较好、承载负荷也不大的轿车的微型客、货汽车所采用.

当半轴外端支承在一个圆锥滚子轴承上时,向外的轴向力由轴承承受,而向内作用的轴向力由两半轴之间的滑块传给另一个半轴的外端轴承.也有装用可以承受双向作用轴向力的向心推力球轴承的结构,但这种轴承的使用寿命较短.

半浮式支承中,半轴与桥壳间的轴承一般只用一个,为使半轴和车轮不致被向外的侧向力拉出,该轴承必须能承受向外的轴向力.另外,在差速器行星齿轮轴的中部浮套着推力块,半轴内端正好能顶靠在推力块的平面上,因而不致在朝内的侧向力作用下向内窜动. （2）全浮式半轴

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全浮式半轴外端和轮毂相连接.该轮毂通常用两个圆锥滚子轴承于桥壳的半轴套管上.由于车轮所承受的垂直力、纵向力、侧向力以及由这些力引起的弯矩都经过轮毂、轮毂轴承传动桥壳.因此全浮式半轴只承受传动系统的转矩而不承受弯矩.这样的半轴支承形式称为全浮式支承,所谓“浮”即指卸除半轴的弯曲载荷而言.

具用全浮式半轴的驱动桥外端结构比较复杂,采用形状复杂且质量及尺寸较大的轮毂,制造成本较高,故小型汽车及轿车一般不采用此结构形式.由于其工作可靠,广泛用于轻型及中、重型载货汽车、越野汽车和客车上.

现代汽车全浮式半轴的结构中,几乎采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂,并且两轴承的圆锥滚子的锥顶应相向安装,轴承应有一定预紧度,调查好后用锁紧螺母锁紧.半轴本身的结构形状,以端部锻成凸缘的最常见,重型汽车上,有时将半轴外端制成花键,以花键与轮毂相连接.

全浮式半轴支承广泛应用于各种类型载货汽车上.例如:东风EQ1090E型汽车半轴外端与轮毂及桥壳的连接装配图.半轴外端锻出凸缘,借助螺栓和轮毂连接.轮毂通过两个相距较远的圆锥滚子合奏成和支承在半轴套管上.半轴套管与驱动桥壳压配成一体,组成驱动桥壳总成.为防止轮毂连同半轴在侧向力作用下发生轴向窜动,轮毂内的两个圆锥滚子轴承的安装方向必须使它们能非别承受向内和向外的轴向力.轴承的预紧度可借助调整螺母调整,并用锁紧垫圈和锁紧螺母锁紧[1].

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2 半轴机械加工工艺规程的制订

2.1 零件的生产纲领及生产类型

1 生产纲领:

产品的生产纲领就是产品的年产量.某零件的生产纲领是包括备品率、废品率再内的该零件的年产量.根据产品的生产纲领可确定零件的生产纲领.如下式:

N=Qn(1+a%)(1+b%) (2-1)

式中N—某零件的生产纲领(件/年); Q—产品的生产纲领(台/年); n—每台产品中的该零件数(件/台);

a%—备品率; b%—废品率.

2 生产类型:

根据产品的生产纲领以及产品的大小和结构的复杂程度.机械产品的生产可划分为三种不同的生产类型.

(1) 单件生产 单个的制造不同结构和尺寸的产品.很少重复.如重型机械、专业设备的制造、新产品的试制等.

(2) 成批生产 一年分批的制造相同的产品,生产过程呈周期的复制.按照产品批量的大小及特征成批生产可分为小批生产、中批生产、大批生产.

(3) 大量生产 产品的生产纲领很大,大多数工作地点长期的只进行某一零件某一工序的加工.如汽车、轴承、自行车等的生产.

生产纲领和生产类型的关系 生产类型 型零件 单件生产 小批生产 中批生产 大批生产 大量生产

生产纲领(台/年或件/年) 小型机械或轻≤100 ＞100～500 ＞500～5000 ＞5000～50000 ＞50000 中型机械或中型零件 ≤10 ＞10～150 ＞150～500 ＞500～5000 ＞5000 重型机械或重型零件 ≤5 ＞5～100 ＞100～300 ＞300～100 ＞1000 工作地每月担负的工序数(工序数/月) 不作规定 ＞20～40 ＞10～20 ＞1～10 1 3

生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量，在设计题目中半轴的生产纲领为较小。生产类型为大批量生产，所以在制度工艺路线的时候应充分考虑其生产特点，制度合理的工业路线，选择合理的机床，刀具，量具，检具，以提高生产率，降低成本。

2.2 零件的作用

设计题目给定的零件，将其划定为轴类零件。它是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，半轴是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，故应具有足够的强度和刚度。

2.3 零件的工艺分析

半轴共有2个加工表面，他们之间有的有一定的位置关系。现在分述如下： 1 以?38mm轴线为中心的加工表面

这一组加工表面包括：半轴的左端面和半轴左端的花键加工，以及?39.5mm、

?45mm和?52mm的外圆表面和?112mm和?96.5mm的两个台阶面。

2 以半轴右边圆盘上?96.5mm的台阶面为中心的加工表面

这一组加工表面包括：6个均匀分布的?14mm的孔，和一个M6的螺孔以及一个?10mm的孔。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要有： （1）6个?14mm孔与表面F和G的位置度公差为?0.2mm； （2）?38mm的外圆表面的跳动公差相对基准A为1.0mm； （3）半轴圆盘的跳动公差相对基准A为0.8mm。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一个表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。

2.4 确定毛坯制造的形式

1毛坯的选择:(1)毛坯种类的选择—根据选择毛坯的特点,结合具体零件的材料及其力学性能的要求以及零件的结构,形状可确定毛坯的种类.(2)毛坯制造方法的选择—主要根据生产类型,材料的工艺性(可塑性、可锻性)及零件对材料的组织性能要求,零件的形状及其外形尺寸,毛坯车间现有的生产条件及采用先进的毛坯制造方法.对大批量生产易采用高生产率、高精度的毛坯制造方法.

2 毛坯材料为40Cr。考虑零件在工作过程中经常受扭交变载荷及冲击性载荷，因此应选用锻件，以使金属钎维尽量不切削，保证零件工作可靠。可以采用模锻成形，

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可以提高生产率，保证加工精度。

2.5 定位基准的选择

2.5.1粗基准的选择原则

1 选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做基准. 2 选重要表面为粗基准,因为重要表面一般都要求余量均有.

3 选不加工的表面做粗基准,这样可以保证加工表面之间的相对位置要求,同时可以在一次安装下加工更多的表面.

4 粗基准一般只能使用一次,因为粗基准为毛面,定位基准位移误差较大,如果重

复使用将造成较大的定位误差,不能保证加工要求.

本零件是轴类零件，以外圆作为粗基准是完全合理的。但是对本零件来说，如果以?38mm外圆表面作基准.由于此表面的粗糙度比较大，所以会让加工出来的零件表 面尺寸严重不满足要求，由于本零件非常的特殊，我们车削外圆表面的时候可以选择半轴两端的顶尖作为粗基准，钻孔的时候以圆盘的台阶面为基准。 2.5.2 精基准的选择原则

1 基准重合原则 选设计基准为定位基准,这样就没有基准不重合误差. 2 基准单一原则 为了减少夹具类型和数量或为了进行自动化生产,在零件的加工过程中,采取单一基准必须会带来基准不重合.

3 互为基准原则 对某些空间位置精度要求很高的零件,通常采用互为基准反复加工的原则.

4 自为基准原则 对某些精度要求很高的表面,在精密加工时,为了保证加工精度,要求加工表面的余量很小并且均匀,这时常以加工面本身定位,待到加紧后将定位元件移去再进行加工.

在这主要考虑基准重合问题，也要考虑经济性等。

2.6 零件工艺路线的拟订

2.6.1零件表面加工方法的选择

零件的主要加工表面为外圆表面和孔。考虑到各个表面的技术要求，各种加工方法的经济加工精度范围，各加工表面的形状和尺寸大小，锻件材料的性质及可加工性和生产纲领与生产类型，选择各加工表面的加工方法如下:

1?39.5,?45,?52的外圆表面,该外圆表面的粗糙度为Ra6.3,采用粗车

?半精车?磨削进行加工。

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2花键加工:花键的最大的直径为38.100，采用铣花键加工。

3圆盘?96.5的台阶面因为它的粗糙度为Ra3.2，所以选择粗车?半精车，?112的台阶面由于粗糙度要求不是很高，所以就只进行粗车。

4孔6-?14，表面粗糙度为Ra3.2，故采用钻?铰孔加工。 5 M6×1.0-6H，先进行钻孔，然后铰孔，即可以满足要求。 6 键槽加工，由于表面粗糙度为Ra12.5，所以采用铣键槽。 2.6.2制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精确及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。

工序00 粗铣左端面并打中心孔；

工序10 以半轴两边的顶尖定位：粗车Φ54mm、Φ52mm、Φ45mm以及Φ39.5mm的外圆面，再粗车Φ96.5mm和Φ112mm的台阶面；

工序20 调质处理；

工序30 以半轴两边的顶尖定位：半精车Φ52mm、Φ45mm以及Φ39.5mm的外圆表面，及Φ96.5mm台阶面；

工序40 铣花键加工；

工序50 以盘的顶部的台阶定位，钻铰6个?14mm的孔；

工序60 以半轴圆盘的台阶面定位，加工与垂直轴线30?的?10mm的孔； 工序70 攻螺纹M6 ；

工序80 车削Φ39.5mm的左端斜度为8?的圆柱表面；车削Φ45这段距左边 位置的沟槽，和Φ45mm最右边的沟槽加工，Φ50mm宽为3的沟槽加工，并对Φ112进行倒角；

工序90 感应淬火和低温回火； 工序100 磨削半轴的左端面；

工序110 以半轴两边的顶尖定位，磨削Φ39.5mm、Φ45mm和Φ52mm外圆面；

工序120 钳工去毛刺； 工序130 终检[2-5，8]。

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3 机械加工余量及毛坯尺寸的确定

机械加工余量确定由很多的因素决定的，在此主要考虑的是经济精度及各个工序的加工方法.

1 左端面的机械加工

表3-1 工序尺寸表 工序 名称 工序间 余量(mm) 工序间 公差等级μm IT7 IT8 IT16 表面粗糙度 μm 工序间 尺寸(mm) 工序间 尺寸公差 (mm) ?0.046 2000?0.072200.40表面粗糙度 μm 磨削 粗铣 毛坯面

0.4 1.6 Ra1.6 Ra6.3 200 200.4 202 Ra1.6 Ra6.3 2.9 20202 ?54mm的机械加工

表3-2 工序尺寸表

工序 名称 粗车 毛坯面

工序间 余量(mm) 1 工序间 公差等级 表面粗糙度 μm IT12 IT16 工序间 尺寸(mm) 54 55 尺寸公差工序间 表面粗糙度 μm (mm) ?0.30?540 ?1.9550 Ra12.5 Ra12.5 0.053 ?52?_0.05mm的机械加工

粗车：?53.40?0.3mm 2Z=1.6mm 半精车：?52.40?0.04 mm 2Z=1.0mm 磨削：?52?0.05mm 2Z=0.4mm 具体工序尺寸见表3-3。

0.0184 ?45??0.002mm的机械加工

粗车：?55mm 2Z=8.6mm

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半精车：?45.40?0.039mm 2Z=1.0mm 磨削：?450?0.025mm 2Z=0.4mm 具体工序尺寸见表3-4。

表3-3 工序尺寸表

工序 名称 磨削 半精车 粗车 毛坯面 工序间 余(mm) 0.4 0.6 1 量公差等级 IT7 IT8 工序间 表面粗糙度 μm Ra0.8 工序间 尺寸(mm) 52 52.4 53 55

工序间 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm Ra0.8 ?520?0.030 0?52.4?0.046 Ra6.3 Ra12.5 Ra6.3 Ra12.5 IT12 IT16 ?530?0.3 ?540?1.9 表3-4 工序尺寸表 工序 名称 磨削 半精车 粗车 毛坯面

工序间 余量(mm) 0.4 1.0 6.9 公差等级 IT7 IT8 工序间 表面粗糙度 工序间 尺寸(mm) 45 45.4 46.4 53.4 工序间 尺寸公差 (mm) ?450?0.025 ?45.40?0.039 表面粗糙度 Ra0.8 Ra6.3 Ra12.5 Ra0.8 Ra6.3 Ra12.5 IT12 IT16 ?46.50?0.25 ?530?1.3 5 ?39.5?0.05mm的机械加工

粗车：?46.50?0.25mm 2Z=8.6mm 半精车：?45.40?0.039mm 2Z=1.0mm 磨削： ?450?0.025mm 2Z=0.4mm 具体工序尺寸见表3-5。

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[4] ?0.056 钻削 六个Φ140mm孔

毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8～IT9之间（参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量为：

钻孔Φ13.8mm

?0.033铰孔：Φ140mm 2Z=0.15mm

具体工序尺寸见表3-6

表3-5 工序尺寸表

工序间 工序 名称 磨削 半精车 粗车 毛坯面

表3-6 工序尺寸表

工序间 工序间 尺寸(mm) 39 39.4 40.4 46.5 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 工序间 余量(mm) 0.4 1.0 6.1 公差等级 表面粗糙度 μm IT7 IT8 IT12 IT16 Ra0.8 Ra6.3 Ra12.5 ?390?0.025 ?39.40?0.039 0?40.4?0.25 ?46.50?1.3 Ra0.8 Ra6.3 Ra12.5 工序 名称 铰孔 钻孔

工序间 余量(mm) 0.2 13.8 工序间 公差等级 表面粗糙度 μm IT10 IT12 工序间尺寸(mm) 14 13.8 尺寸公差 (mm) 工序间 表面粗糙度 μm Ra6.3 Ra12.5 ?0.07 ?140.18?13.800Ra6.3 Ra12.5 7 车削?112mm台阶 具体工序尺寸见表3-7。

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表3-7 工序尺寸表

工序 名称 粗车 毛坯

工序间余量(mm) 56 工序间 公差等级 表面粗糙度 μm IT12 IT16 工序间 尺寸(mm) 112 工序间 尺寸公差 (mm) .35?11200表面粗糙度 μm Ra12.5 Ra12.5 166 ?2.5?1660 0.0158 车削Φ96.5??0.044mm台阶面

具体工序尺寸见表3-8。 9 钻削 Φ10mm孔

毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT2～IT3之间（参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量为：

钻孔Φ10mm。

表3-8 工序尺寸表

工序 名称 半精车 粗车 毛坯面 工序间 余量(mm) 0.6 69 工序间 公差等级μm IT8 IT12 IT16 表面粗糙度 μm 工序间 尺寸(mm) 52.4 53 55 工序间 尺寸公差 (mm) ?0.039?960?0.25?970表面粗糙度 μm Ra3.2 Ra12.5 Ra3.2 Ra12.5 ?2.5?1660

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