HGCU2變速器輸入軸結構及加工工藝設計開題報告

畢業設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: HGCU2變速器輸入軸結構 及加工工藝設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業 班 級: 學 生 姓 名: 導 師 姓 名: 開 題 時 間: 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業設計（論文）開題報告 學生姓名 系部 汽車與交通工程學院 專業、班級 指導教師姓名 職稱 副教授 從事專業 車輛工程 題目名稱 HGCU2變速器輸入軸結構及加工工藝設計 一、 課題研究現狀、選題目的和意義 （一）選題的目的、依據和意義 1、選題的目的：汽車制造是車輛工程專業的主要培養方向，進行汽車零件結構設計及加工工藝規程與專用機床夾具設計，能使學生綜合運用所學專業知識，如機械制圖、測量與公差配合、金屬材料與熱處理、工程力學、機械制造基礎、機械設計、汽車設計、汽車制造工藝等，通過理論聯系實際，使這些知識得到進一步鞏固、加深和拓展，熟悉機械加工工藝規程編制、機床夾具設計的方法，培養我們設計能力和解決實際問題的能力，對CAD繪圖、運用設計資料（如手冊、圖冊、技術標準、規范等）以及進行經驗估算等技能得到綜合訓練，力求設計合理，理論聯系實際，設計手段具有一定的先進性。 本課題是要求學生對汽車重要部件變速器進行總體分析的基礎上進行輸入軸的結構設計，并進一步對其加工過程和方法進行設計。培養綜合運用所學專業知識的能力。 2、選題的依據：變速器軸在工作中承受著轉矩及來自齒輪嚙合的圓周力、徑向力和斜齒輪的軸向力引起的彎矩。剛度不足會產生彎曲變形，破壞齒輪的正確嚙合，產生過大的噪聲，降低齒輪的強度、耐磨性及壽命。 變速器軸在工作時承受扭矩、彎矩，因此應具備足夠的強度和剛度。軸的剛度不足，在負荷作用下，軸會產生過大的變形，影響齒輪的不常嚙合，產生過大的躁聲，并會降低齒輪的使用壽命。這一點很重要，與其它零件的設計不同。 設計變速器軸時主要考慮以下幾個問題：軸的結構形狀，軸直徑、長度、軸的強度和剛度，軸上花鍵型式和尺寸等。軸的結構主要依據變速器結構布置的要求，并考慮加工工藝，裝配工藝而最后確定。 3、選題的意義：變速器用于轉變發動機曲軸的轉矩及轉速，以適應汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅動車輪牽引力及車速的不同要求的需要。 變速器由變速器傳動機構和操縱機構組成。根據需要，還可以加裝動力輸出器。按傳動比變化方式，變速器可以分為有級式、無級式和綜合式三種。 有級式變速器應用最為廣泛。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系形式不同，有軸線固定式（普通變速器）和軸線旋轉式變速器（行星齒輪變速器）兩種。目前，轎車和輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3～5個前進檔和一個倒檔。 變速器由變速器傳動機構和操縱機構組成。變速傳動機構可按前進檔數或軸的形式不同分類。具體分類如下： 根據前進擋數：三擋變速器、四擋變速器、五擋變速器、多擋變速器。 根據軸的形式；固定軸式、旋轉軸式。 固定軸式可分：兩軸式變速器、中間軸式變速器、雙中間軸式變速器、多中間軸式變速器 固定軸式應用廣泛，其中兩軸式變速器多用于發動機前置前輪驅動的汽車上，中間軸式變速器多用于發動機前置后輪驅動的汽車上。旋轉軸式主要用于液力機械式變速器。然后對小型車來說，采用兩軸式變速器為多見，為此我以兩軸式變速器的輸入軸及齒輪作為設計對象。 （二）變速器的研究現狀?? 現在市場上的變速器細分為5類手動變速器(MT)，手動自動一體變速器(AMT)，無級變速器(CVT)、雙離合器變速器(DCT)和自動變速器(AT)，各自都有不同的優勢。國內外的汽車制造與銷售數據顯示人們對汽車駕乘的舒適性越來越重視。在歐洲市場，原本是手動變速器的市場，不斷被自動變速器占領。如在英國，現在裝配自動變速器的汽車占汽車總量的15%。而5年前，這個數字是13.5%。日前，世界著名的變速器制造商——德國ZF公司預測說到2012年，北美市場出售的汽車中將只有6%是手動擋2013年歐洲變速器市場上，配備手動自動一體的變速器將占20%，可以預見帶有自動功能變速器的汽車是未來市場的主導產品發展和掌握自動變速器制造技術是追趕世界變速器制造潮流的方向。而優先開發手動自動一體變速器具有技術上的延續性，對我國來說具有更大的優勢。 AMT是在M下基礎上增加ASCS自動換擋控制系統組成的。ASCS由微控制器控制的執行機構(液壓氣壓或電機)組成以電控液壓(氣壓)或電機機構代替人力控制離合器和選換擋機構實現自動變速功能。AMT具有自動換擋的功能能大幅提高離合器、同步器壽命(先進的AM下技術還可實現無離合器和無同步器下的自動換擋)和行車安全性且保留了傳統有級機械變速器傳動效率高、體積小、機構簡單、使用可靠，易于制造、成本低燃油消耗少和維護與使用費用低等優點特別適合我國國情。目前公司AMT項目正在按計劃實施。 圖1 輸入軸 （三）加工工藝過程： 1.鍛造制坯 熱模鍛仍然是汽車齒輪件廣泛使用的毛坯鍛造工藝。近年來，楔橫軋技術在軸類加工上得到了大量推廣。這項技術特別適合為比較復雜的階梯軸類制坯，它不僅精度較高、后序加工余量小而且生產效率高。? 2.正火 這一工藝的目的是獲得適合后序齒輪切削加工的硬度和為最終熱處理做組織準備，以有效地減少熱處理變形。一般的正火由于受人員、設備和環境的影響比較大，使得工件冷卻速度和冷卻的均勻性難以控制，造成硬度散差大，金相組織不均勻，直接影響機加工和最終熱處理；使得熱變形大而無規律，零件質量無法控制。為此，采用等溫正火工藝。實踐證明，采用這種等溫正火有效地改變了一般正火的弊端，產品質量穩定可靠。 3.車加工 為了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數控車床，使用機械夾固不重磨車刀，實現了在一次裝夾下孔徑、端面及外徑加工同步完成，既保證了內孔與端面的垂直度要求，又保證了大批量齒坯生產的尺寸離散小。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質量。另外，數控車床加工的高效率還大大減少了設備數量，經濟性好。 4.滾/插齒 加工齒部所用設備仍大量采用普通滾齒機和插齒機，雖然調整維護方便，但生產效率較低，若完成較大產能需要多機同時生產。隨著涂層技術的發展，滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍可方便地進行，經過涂鍍的刀具能夠明顯地提高耐用度，一般能提高90%以上，有效地減少了換刀次數和刃磨時間，效益顯著。? 5.剃齒 徑向剃齒技術以其效率高，設計齒形、齒向的修形要求易于實現的優勢被廣泛應用于大批量汽車齒輪生產中，加工質量穩定可靠。 6.熱處理 汽車齒輪要求滲碳淬火，以保證其設計要求的良好機械性能。對于熱后不再進行磨齒加工的產品，穩定可靠的熱處理設備是必不可缺的。? 7.磨削加工 主要是對經過熱處理的齒輪內孔、端面、軸的外徑等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齒輪加工采用節圓夾具定位夾緊，能有效保證齒部與安裝基準的加工精度，獲得滿意的產品質量。 8.修整 這是變速器一軸齒輪裝配前對齒部進行磕碰毛刺的檢查清理，以消除它們在裝配后引起的噪聲異響。通過單對嚙合聽聲音或在綜合檢查儀上觀察嚙合偏差來完成。 （四）零件的機械加工工藝性 1.零件的標準化 標準化是在經濟、技術、科學和管理等社會實踐中，對重復性事物和概念通過制定、發布和實施標準，達到統一，以獲得最佳秩序和社會效益的一項技術措施。零件結構要素標準化包括：螺紋、花鍵、齒輪、中心孔、各種空刀槽（如切削螺紋的退刀槽、插齒空刀槽、砂輪越程槽等）等結構的形狀及其尺寸，都應該符合國家標準和行業標準的規定。 2.盡量采用標準件和通用件 汽車產品是由大量零件構成的。設計產品時，應盡量采用標準件和通用件。所謂標準件是指一個企業按照國家標準、行業標準和企業標準制造的零件。所謂通用件是指在同一類型不同規格的或者不同類型的產品中，部分零件相同，他們彼此可以互換通用的零件。上述兩類零件在產品中所占的比重，是評定一個產品標準化程度的一項重要指標。一個產品中，標準零件的和通用件所占比例大，不僅可以簡化設計，避免重復設計工作，而且也減少了產品中的零件種類，擴大了零件制造批量，這就可以采用高效設備和工藝裝備，同時也減少了工藝裝備數量，有利于降低制造成本。 3.提高產品的繼承性 提高產品繼承性能夠充分利用原有產品中合理的結構和先進、成熟的技術也可以充分利用原有的制造工藝，工藝裝備和生產設備。 4.采用切削加工性好的材料 材料的切削加工性事指在一定條件下，材料切削加工的難易程度和經濟性。由于金屬材料的化學成分、金相組織及物理力學性能不同，期切削加工性也不同。一般而言，材料的硬度越高，其切削加工性越差，硬度過高還會引起刀具崩刃和刀尖燒損，材料的強度越高，切削力越大，切削溫度也增高，刀具磨損增加；同類材料強度相同時，塑性大的材料切削力較大，切削溫度也較高，切削易于刀具發生粘結，因而刀具磨損大，加工表面粗糙度值大，所以切削加工性差。 5.具有可靠定位用的定位基準和夾緊表面 在零件設計時，必須認真考慮在零件的適當位置處設置一個定位基準（或基面）——輔助基準，或在零件上的適當位置處增加一個結構表面加工出定位基準（或基面）——附加基準。 6.易于保證零件的加工精度 保證汽車零件的加工要求，由于產品設計者所設計的汽車零件沒有充分考慮到零件制造中可能出現的問題，不能可靠地保證零件的加工要求。 7.保證能以高生產率加工 （1）零件加工表面的形狀應盡量簡單 （2）盡量減少表面的加工面積 （3）減少零件加工時的安裝次數 （4）減少加工時的工作行程次數 （5）將復雜的零件分解成若干個簡單的零件 8.保證刀具能正常工作和改善刀具的工作條件 （1）零件結構應該保證刀具能正常工作 （2）盡量避免箱殼體內壁平面加工 （3）零件結構應該使刀具具有良好的工作條件 9.零件加工時應該具有足夠的剛性 零件結構具有足夠的剛性不僅是產品零件結構設計的要求，也是零件制造過程中的要求。零件切削加工時，由于受到切削力和夾緊力的作用，可能會產生較大的變形，對加工質量和生產率都會產生影響。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 （一）設計的基本內容 1.根據HGCU2車型變速器輸入軸基本參數確定設計方案； 2.設計變速器輸入軸，繪制零件圖和毛坯圖； 3.制定零件加工工藝路線； 4.進行工序設計； 5.設計兩道工序的夾具； 6.繪制夾具圖紙； 7.編寫設計說明書。 （二）設計擬解決的主要問題 1.明確設計內容和要求； 2.熟悉教材和相關設計指導書，準備設計資料和手冊等； 3.合理制定變速器輸入軸成批生產的工藝路線； 4.合理設計工序，具有工藝尺寸鏈計算能力； 5.設計二套典型專用機床夾具，具有定位誤差分析計算的能力；6.繪制夾具裝圖和非標準零件圖； 7.設計應理論聯系實際，不斷發現問題解決問題，方案正確、計算準確、設計合理、圖紙及撰寫規范。 三、技術路線（研究方法） HGCU2變速器輸入軸結構及加工工藝設計 軸的設計 工藝分析 繪制輸入軸零件圖及毛坯圖 工藝卡片繪制 工序卡片繪制 夾具的設計 動力源的確定 夾具體的設計 定位元件的選擇的設計 四、進度安排 （1）調研、收集資料、完成開題報告 第1～2周（2.28～3.11） （2）變速器輸入軸設計、繪制草圖 第3～5周（3.14～4.1） （3）繪制毛坯圖、制定加工工藝路線、進行工序設計、 制定夾具設計方案、繪制夾具裝配圖 第6～8周（4.4～4.22） （4）完善設計，撰寫設計說明書 第9～12周(4.25～5.20) （5）評閱教師評閱、修改設計 第13周（5.234～5.278） （6）畢業設計預答辯 第14周（5.30～6.3） （7）畢業設計修改 第15～16周（6.6～6.178） （8）畢業設計答辯 第17周（6.20～6.24） 五、參考文獻 [1] 于新洋.機械制造工藝學［M］. 北京：機械工業出版社，2004.3. [2] 機床夾具設計手冊.［M］. 北京：機械工業出版社，2000.8. [3] 機械加工工藝手冊.［M］. 北京：機械工業出版社，2004.3. [4] 王寶璽，賈慶祥.汽車制造工藝學［M］.北京：機械工業出版社，2007.3. [5] 宋淑娥,施志輝.漸開線螺旋齒輪Pro/E參數化造型方法[J].大連交通大學學報,2010, 31(1) [6] 何云祥．變速器一軸錐子L錐角自動測量系統的研制[J]．綦齒傳動，2008年1期. [7] 魏延,律偉.漸開線外嚙合圓柱齒輪彎曲應力齒形系數計算[J]大連交通大學學報,2010, 31(6) . [8] 孫軍.曲軸—軸承系統摩擦學、剛度和強度的耦合研究 [J]合肥工業大學：機械設計及理論. 2005. [9] 潘茂輝.基于CAD/CAE的發動機曲柄連桿機構設計研究[J].江蘇大學碩士學位論文,2010. [10] 王林.變速箱軸系的數控加工工藝研究.裝備制造技術，2010年2期?. [11] 朱新濤. Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版在工程中的應用：汽車變速器設計［M］. 北京：機械工業出版社，2008. [12] 郭磊，郝志勇，蔡軍.劉波汽車變速箱齒輪傳動系動力學振動特性的研究[J].振動與沖擊,2010, 29(1). [13] ANSI／AGMA 2o00 一A88． Gear Classification and Inspection Handbook —-—-Tolerances And Measuring Methods For Unassembled Spur And Helical Gears，1988． [14] ANSI／AGMA 2015-1-A01． Accuracy Classification System—-—-Tangential Measurements for Cylindrical，2002． [15] ANSI／AGMA 2015—2-A06． Accuracy Classification System--Tangential Measurements for Cylindrical Gears，2006. 六、備注： 簽字： 年 月 日