差速器壳体的工艺规程和夹具的工业设计Word文件下载.docx

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它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮以不同转速运动，减少轮胎与地面的摩擦。

汽车发动机的动力经离合器、变速器、传动轴，最后传送到驱动桥再左右分配给半轴驱动车轮，在这条动力传送途径上，驱动桥是最后一个总成，它的主要部件是减速器和差速器。

本设计就是主要设计差速器壳体工艺规程的制定及夹具。

首先是差速器壳体的工艺规程的制定。

首先对零件的作用与原理加以了解，然后根据零件图，进行工艺分析，按照供需设计的各项规定，选择毛坯，制定一个技术要求和经济上比较合理的工艺路线。

再查表确定加工余量，选择刀具及制定出一套完整的工序卡。

第二部分是夹具设计，本夹具专为钻，铰十字轴孔这两道工序而设计，设计普通机床能使用的夹具，然后用CAD画出来。

关键词：

差速器壳体；

工艺规程；

夹具；

汽车；

设计

ABSTRACT

Machiningtechnologydesignisadesignthatincludestheoretical,scientific,operatingcharacteristicandeconomic.Itinvolvedwideknowledge,decidedtheworkingquality,manufacturecost,productsbenefitandeconomiceffectofoneproduct.Thus,correctanalysethefunctionoftheparts,appropriatecompiletechnologicalprocedure,selectedmachine,tool,measuringimplement,designclamp,defineallowance,cuttingquantity,haveimportantmeaningforimprovingproductsquality,labourproductivity,reducelabourintensityetc.

Reducershellisoneofmoreimportantpartsintractor.itcanholdconnectpasstorque,theuseoftheholereduceristocircleitissuitedtobackandchangeturningdirection.Thecontentofdesignincludetwopart:

thefirstpartisreducershelltechnologicalprocessplan.Wegoonanglingtechnologyondependingonunderstandingtheuseofpartandpictureofpart.Wemakeamoreeconomicaltechnologyprocessonthebasisofobeyingthelawsofdesignprocess,decideperformancepartbyconsultingform,selectmachinetoolandsoforth,makeafullpairofprocesscard,thesecondpartisdesignofclamp,theuseoftheclampistodrillintersectionhole.

Keywords：

Differentialshell；

Processplanning；

Clamp；

Auto；

Design

目　录

第1章　概述

1.1　选题背景

机械制造业是一个国家最基础的行业，也决定了一个国家制造业的整体水平，是各国国民经济的重要支柱。

随着电子信息技术的发展，机械制造业也在不断融入新科技，与计算机交叉结合，用计算机指导工业生产。

机械制造工艺学是机械制造技术中的一门重要学科，它能实现产品设计，可以很好的实现产品的功能。

机械加工工艺设计是一门融理论性，科学性，经济性为一体的设计。

它涉及知识面广，决定着零件的加工质量，生产成本，产品效益及生产单位的经济效果。

因而，正确分析零件功用，恰当合理的编写加工工艺规程。

选定机床，刀具，量具，设计夹具。

确定加工余量，切削用量，对提高产品质量，劳动生产率，减轻劳动强度等具有重要的意义。

夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的，对不同形状尺寸的工件采用不同的加工方法。

设计出满足需要的夹具也是工艺设计中重要的一环。

本设计内容包括差速器壳体的工艺规程和夹具的CAD设计，设计重点放在夹具设计上。

本设计把只用于专用机床的夹具设计成普通机床使用的夹具，提高了夹具的普遍使用性，但增加了手工操作，增加了劳动强度。

1.2　课题研究的意义

差速器就是一种将发动机输出扭矩一分为二的装置，允许转向时输出两种不同的转速。

在现代轿车或货车，包括许多四轮驱动汽车上，都能找到差速器。

这些四轮驱动车的每组车轮之间都需要差速器。

同样，其两前轮和两后轮之间也需要一个差速器。

这是因为汽车转弯时，前轮较之后轮，走过的距离是不相同的。

汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；

左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；

左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。

这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。

为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。

在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。

另外，即使汽车作直线行驶，也会由于左右车轮在同一时间内所滚过的路面垂向波形的不同，或由于左右车轮轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度的不同以及制造误差等因素引起左右车轮外径不同或滚动半径不相等而要求车轮行程不等。

在左右车轮行程不等的情况下，如果采用一根整体的驱动车轮轴将动力传给左右车轮，则会由于左右驱动车轮的转速虽相等而行程却又不同的这一运动学上的矛盾，引起某一驱动车轮产生滑转或滑移。

这不仅会使轮胎过早磨损、无益地消耗功率和燃料及使驱动车轮轴超载等，还会因为不能按所要求的瞬时中心转向而使操纵性变坏。

此外，由于车轮与路面间尤其在转弯时有大的滑转或滑移，易使汽车在转向时失去抗侧滑能力而使稳定性变坏。

为了消除由于左右车轮在运动学上的不协调而产生的这些弊病，汽车左右驱动轮间都装有差速器，后者保证了汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时具有以不同速度旋转的特性，从而满足了汽车行驶运动学要求。

同样情况也发生在多桥驱动中，前、后驱动桥之间，中、后驱动桥之间等会因车轮滚动半径不同而导致驱动桥间的功率循环，从而使传动系的载荷增大，损伤其零件，增加轮胎的磨损和燃料的消耗等，因此一些多桥驱动的汽车上也装了轴间差速器。

而差速器壳体是差速器的重要组成部分，所以差速器壳体的加工也就显得比较重要。

1.3　国内外研究现状

上海汽车股份有限公司汽车齿轮厂生产的F15差壳的材料采用QS11MS55珠光体可锻铸铁，该差壳铸件一直由韩国公司提供。

珠光体可锻铸铁热处理设备投资大、工艺控制困难，目前在中国难以运用。

所以国内差速器壳体的材料通常采用灰铸铁，因为灰铸铁具有较好的耐磨性、减震性以及良好的铸造性能和切削性能，此外，灰铸铁的价格也比较低廉。

差速器壳体加工工艺分析现状：

1.安排工艺路线。

（1）安排加工工艺顺序时先面后孔，这是因为平面面积较大，定位稳定可靠，有利于简化夹具结构，减少安装变形。

从加工难度来看，平面比孔加工容易。

（2）粗、精加工阶段分开。

把粗精加工分开进行，有利于把已加工后由于各种原因引起的工件变形充分暴露出来，然后在精加工中将其消除。

2.壳体定位基准的选择。

（1）粗基准的选择，主要是为了决定加工平面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。

（2）精基准的选择，一般为“一面两销”，即以基准面和定位销孔定位，有利于保证各轴承孔的尺寸和位置精度，并且工件装卸方便，减少辅助时间，有利于提高生产率。

3.壳体平面加工和孔隙加工。

差速器壳体内球面加工的现状及分析：

差速器壳体零件由于其结构的特殊性，内部球面和端面的加工有较高的难度。

以天津齿轮厂生产的为夏利轿车配套的差速器壳体零件为例。

国内常用的加工差速器壳体的内球面方法如下：

首先由机械手将成形的双面锪刀从壳体中间空洞出送至球心，然后左右同时向前穿过差速器壳Ф15M7孔与在球心中的双面锪刀连接。

此时机械手退回，再由左、右动力头单轴驱动两滑台同时向左、右同步运动，从而分别将两侧球面成品。

锪完球面，两动力头需将锪刀再送至球心，而后由机械手将锪刀从工件内取出。

如图1.1、1.2所示。

该工艺的缺点是机床结构复杂，动作繁多。

由于成形刀固定需刀杆穿过壳体Ф15孔，再与锪刀相连，因此壳体零件限制了刀杆的直径尺寸，即刀杆直径必须小于Ф15，造成刀杆强度差。

同时因球面加工余量不均匀造成刀具无法抵抗来自任意方向的切削力而产生变形，其结果是球心位置无法保证，刀杆外圆磨损严重，乃至破坏工件内孔。

国外刀具、机床制造商纷纷推出一些解决方案，这些方案主要有以下几类。

1.采用四轴数控车床加弯形车刀对差速器壳体内球面，内端面进行车削加工。

2.采用具有杠杆机构复杂的刀具系统，在刀具通过半轴孔或行星齿轴孔后在差速器壳体内打开切刃进行切削，完成后合起切刃退刀。

这类工艺方案可在加工中心实施，但可能需要多道工序，效率较低。

而这种解决方案的致命问题是可能会产生切刃机构被铁屑卡住而无法正常退刀现象。

3.采用微型专用刀具在专用机床上加工的解决方案。

该方案刀杆和刀具分体制作。

加工时，通过机械手将刀具从差速器壳体窗口送至差速器壳内，然后刀具杆再插入刀具孔进行加工，完成后由机械手夹住刀具后刀杆先行拔出，最后将刀具取走。

4.夹具的现状及分析：

根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具大致可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。

目前，以上各类夹具都有应用，各企业根据自身产品特点和需求采用不同类型的夹具系统。

其中组合夹具根据标准化、模块化的原理，在夹具元件和组件完全标准化的基础上，由一整套预先制好的标准元件和合件，针对不同工件组合和装配成各种专用夹具。

一旦使用完毕后，可将夹具再拆散成元件和合件，如此不断重复使用。

可用于试制单件小批生产也可用于成批生产。

由此可见，组合夹具不仅具有标准化、模块化、组合化等当代先进设计思想，又符合节约资源的原则，更适合绿色制造的环境保护原理。

所以是今后夹具技术的一个重要发展方向。

在汽车行业中专用夹具被广泛应用，它只能用于一种产品的一种工件，用于大批量生产中。

图1.1双球面锪刀加工差速器壳体内球面

图1.2机械手抓刀具镗差速器壳体内球面

1.4　设计的基本内容及解决的问题

基本内容:

1.对差速器壳体零件进行分析。

2.机械加工工艺规程的制定。

（1）制定机械加工工艺规程的步骤和内容；

（2）加工余量和工序尺寸的确定；

（3）切削用量和时间定额的确定。

3.机床夹具设计。

（1）定位方案设计；

（2）对刀和导向装置设计；

（3）夹紧装置设计；

（4）夹具体的设计；

（5）专用机床夹具总装配图绘制。

4.解决的主要问题：

（1）对于壳体零件的定位基准不好选择。

定位基准的选择应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。

（2）绘制工序简图时应满足下列要求：

第一、工序简图以适当的比例，最少的视图，表示出工件在加工时所处的位置状态，与本工序无关的部位可不必表示。

一般以工件在加工时正对着加工者的实际位置为主视图。

第二、工序图上应标明定位、夹紧符号，以表示出该工序的定位基准（面）、定位点、夹紧力的作用点及作用方向。

第三、本工序的各个加工表面，用粗实现或粗红实线表示，其他部位用细实线表示。

第四、加工表面上应该标出相应的尺寸、形状、位置精度要求和表面粗糙要求。

（3）在选择工序间加工余量时应考虑零件尺寸大小和余量的大小、精度和表面粗糙度是否符合图样的要求。

（4）从工艺设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析差速器壳体工艺和夹具设计和加工技术。

第2章　零件的分析

2.1　零件的用途

设计工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在的部件或总成的装配图，掌握该零件在部件或总成中的位置、功用以及部件或总成对该零件提出的技术要求，明确零件的主要工作表面，以便在拟定工艺规程时采取措施予以保证。

本设计所给定的零件是差速器壳体，它与半轴套管配套使用，为微型车的左右转向提供不同速度的可靠性。

Ф130孔和Ф30孔用于安装与微型车两驱动轮相联的齿轮和半轴，两Ф15用于安装两行星锥齿轮。

整个差速器的功能是使左右驱动轮能以不同的速度旋转，以满足微型车转向的需要。

现广泛采用对称圆锥齿轮差速器，左右半轴齿轮的齿数及模数相同。

它的运动特性是左右半轴的转速之和等于差速器壳转速的两倍。

它的力学特性是将扭矩平均分配给左右两根半轴。

本零件是闭式差速器的重要组成部分之一，它位于差速器的左部与右壳相联，起着支承、连接和保护的作用。

其它各部分功用如下：

1.Ф40外圆支承在轴承上，使差速器壳体旋转，从而传递动力和运动。

2.Ф108外圆与右半壳相配合，一起传递动力、运动、支承工件、保护内部结构。

3.Ф150外圆连接中央传动大圆锥齿轮，使运动和动力传到差速器，而后传到两个后轮，得到不同的转速。

4.中间十字轴孔2-Ф15是支承在壳体上的轴孔，传递动力和运动，中间内部是轮系各齿轮运动的空间。

5.8-Ф10用于连接中间大齿轮。

2.1.1　分析零件的技术要求

对零件的技术要求进行分析，应包括以下内容：

1.掌握零件的几何形状、材料、硬度及热处理情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺规程设计的总体构思。

2.分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求；

明确哪些表面是主要加工表面，以便在选择主要表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑；

对全部技术要求应进行归纳处理。

本零件经仔细审查，零件图视图完整、正确、所有的标注均符合要求，以及尺寸，公差齐全，从零件图上可以看出差速器壳加工表面，现将其分述如下：

（1）左端加工表面，如表2.1所示

表2.1左端加工表面

零件加工表面

表面粗糙度

Ф30轴孔及其倒角3×

30°

Ra≤12.5μm

Ф40外圆端面

Ф40外圆表面

Ra≤3.2μm

Ф48外圆端面

Ф108外圆表面

Ra≤1.6μm

Ф150外圆端面

Ф150外圆表面

（2）右端加工表面，如表2.2所示

表2.2右端加工表面

Ф48外圆表面

（3）零件内部加工面，如表2.3所示

表2.3零件内部加工面

Ф35内圆面

Ф35内止口

Ф46止口

Ф15十字轴孔内止口

（4）孔加工，如表2.4

表2.4孔加工

8-Ф10

Ф18十字轴定位孔

Ф15十字轴孔

3.这三组加工表面主要位置要求如下：

（1）8-Ф10的轴线必须位于直径为公差值0.5，位置与十字轴定位孔中心线成22°

30'

。

（2）Ф30的轴线必须位于公差值为Ф0.05mm，且与基准轴线同轴的圆柱面内。

（3）Ф150端面必须位于距离为公差值0.35mm，且垂直于基准轴线的两平行平面之间。

（4）Ф40端面必须位于公差值0.04mm，且垂直于基准轴线的两平行平面之间。

（5）Ф48端面必须位于距离为公差值0.05mm，且垂直于基准轴线的两平行平面之间。

（6）2-Ф15孔相对于基准平面Ф150端面的位置误差为0.05mm，此十字轴在差速器壳中是要求各项精度很高的一项。

由以上分析可知，对于这几组加工表面，我们可以先加工外端面及外圆，后以外端为基准加工内部端面及止口，也可以先加工左端，后以左端为基准加工右端，最后钻孔，并保证它们的位置精度。

2.1.2审查零件的工艺性

1.审查零件图样上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整。

2.审查零件的工艺结构性，是否有利于机械加工、装配、热处理及毛坯制造等方面。

如发现有不合理之处应及时提出，并同有关人员商讨图样修改方案。

本零件图经审查不需要修改，完全符合要求。

2.2　确定零件的生产类型

零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。

生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。

零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。

零件的生产纲领N可按下式计算:

N=Qm（1+a%）（1+b%）　　　　　　　　　　（2.1）

式中N——零件的生产纲领（件/年）；

Q——产品的年产量（台、辆/年）;

M——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）；

a%——备品率，一般取2%～4%；

b%——废品率，一般取0.3%～0.7%。

根据上式就可以求得零件的生产纲领，在经过查表，就能确定该零件的生常类型。

求本零件的上述参数为：

Q=2000台/年m=1件/台

由于磨损、修理、损坏等，因而要有悖品率，取a=4%，废品率b=1%

则得：

N=2000（1+4%）（1+0.7%）=2080（件/年）

由零件图可知，该零件加工后的质量小于100kg,查表可知，该差速器壳体为轻型零件。

综上所述，查表可知，N=2080件/年,在500～5000之间，该差速器壳体的生产类型为中批生产。

2.3　确定毛坯的种类和制造方法

由于零件机械加工的工序数量、材料消耗、加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选择有关，故正确的选择毛坯具有重大的技术经济意义。

2.3.1　毛坯材料的选择

毛坯材料的确定一般应考虑零件在整个机器中的作用，零件的形状、大小、生产纲领以及工作环境，零件材料应具备主要机械性能指标。

此外，还有材料的工艺性、经济性，也是该零件选择材料时要考虑的因素。

差速器壳起着支承、联接，传递扭矩的作用，因而对强度、塑性、任性要求较高。

故选择铸铁材料。

考虑到铸铁材料的工艺性和经济性，因而选用目前广泛使用的球墨铸铁。

球墨铸铁具有较高的强度，其抗拉强度也大大超过灰口铸铁，球墨铸铁具有良好的铸造性、减摩性、切削性和低的缺口敏感性，其生产工艺简便，成本低廉，可选用QT42—10。

QT42—10具有较高的韧性、塑性，在低温下具有较低的韧--脆转化，其主要性能如下：

最低抗拉强度：

σb=412Mpa.

最低屈服强度：

σs=265Mpa.

最低延伸率：

δ=10%.

布氏硬度：

αk=294KJ/m2

技术条件：

GB1348—78

由于差速器壳承受扭转力矩，为提高强度和耐磨性，铸件成型后，还需进行正火处理。

2.3.2　铸造方法的选择

合理的选择铸造方法主要考虑如下因素：

1.零件的使用性能：

零件所承受的载荷情况及其所处的工作环境对铸件尺寸精度和表面粗糙度的要求。

2.零件的铸造工艺性能：

零件所采用的合金材料的铸造工艺性能和零件机构的铸造工艺性能。

3.经济的合理性：

各种铸造的方法生产费用的比较和成品零件生产总费用的综合比较。

本零件材料选用QT42—10，QT42—10具有良好的铸造性能。

零件生产类型为中批生产，而且起支承、连接、传递扭矩的作用，属壳体类中型零件。

故选用砂型铸造或金属型铸造，再从经济性方面应选择工艺简单、成本低廉的木模砂型机器造型，一次成型，提高生产率。

2.3.3　对加工表面的要求

1.每个加工表面，总数不得超过5个单独孔眼，这些孔直径不大于3mm，深度不大于2mm，相距不小于30mm。

2.蜂窝状的铸造孔眼所占面积不大于每个加工表面的1%。

2.4　绘制毛坯图

图2.1零件毛坯

2.5本章小结

本章确定了零件的生产纲领并针对工艺性做了分析，确定了毛坯的种类和制造形式分为后续的工艺规程制定选择基准面做了准备。

第3章　机械加工艺规程的制定

3.1　拟定工艺路线

工艺路线的拟定包括：

定位基准的选择，各表面加工方法的确定，加工阶段的划分，工序集中程度的确定，工序顺序的确定。

3.1.1　选择定位基准

拟定工艺路线的第一步是选择定位基准。

为使所选的定位基准保证整个机械加工工艺过程顺利及进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。

1.精基准的选择原则

选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具机构简单，工件装夹方便。

因此，选择精基准一般应遵循下列原则：

（1）基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，也就是说应尽量使定位基准与设计基准重合。

这样可避免由于基准不重合而产生的定位误差。

（2）基准统一原则若工件以某一组表面作为精基准定位，可以比较方便地加工大多数其它表面，则应尽早地把这一组基准表面加工出来，并达到一定的精度，在后继工序均以其作为精基准加工其它表面。

这称之为基准统一原则。

采用基准统一原则可以基准转换所产生的误差；

可以减少夹具数量和简化夹具设计；

可以减少装夹次数，便于工序集中，简化工艺过程，提高生产率。

（3）互为基准原则对于某些位置精度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的方法来保证其位置精度，这就是互为基准原则。

（4）自为基准原则有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，这就是自为基准原则。