重型汽车驱动桥主动锥齿轮加工工艺毕业设计1驱动桥主动锥齿轮结构与作用汽车的驱动桥位于传动系的末端，由主减速器、差速器、半轴、和驱动桥壳等组成是传动系的最后一个组成。它的基本功用是将万向节传动装置传来的发动机转矩传给驱动轮，并经过降速增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右车轮，并使左、右车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩。主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。主、从动锥齿轮啮合图如图1.1所示。图1.1主、从动锥齿轮啮合图Fig.1.1 Host, driven bevel gear meshing chart汽车正常行驶时，发动机的转速通常在2000至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需很大，而齿轮副的传动比越大，两齿轮的半径比也越大，换句话说，也就是变速箱的尺寸会越大。另外，转速下降，而扭矩必然增加，也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器，可使主减速器前面的传动部件如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，也可使变速箱的尺寸质量减小，操纵省力。圆锥齿轮与圆柱齿轮不同，圆锥齿轮在其齿线的全长上，齿轮的模数是均匀连续变化的，圆锥齿轮为渐近线齿轮，其齿形有直齿、斜齿等几种。直齿锥齿轮的啮合接触是一个接触面，其啮合过程并不是连续的，啮合瞬间会造成冲击，而且载荷大，传动不平稳，噪声大。易造成齿面的磨损，点蚀等，严重时会使轮齿折断。斜齿锥齿轮啮合时，其瞬时接触线是斜直线，且长度变化。一对轮齿从开始啮合起，接触线的长度从零逐渐增加到最大，然后又由长变短，直至脱离啮合。因此，轮齿上的载荷也是逐渐由小到大，再由大到小，所以传动平稳，冲击和噪声较小。此外，一对轮齿从进入到退出，总接触线较长，重合度大，同时参与啮合的齿对多，故承载能力高。因此齿轮齿形宜采用斜齿锥齿轮。主动锥齿轮的零件图如图1.2所示。它的轴向尺寸大于径向尺寸，严格地说，应该属于齿轮轴。它由装在轴75和轴60两段轴颈处的轴承支撑，通过装在花键外的凸缘盘联结，将传动轴的扭矩，传递给被动锥齿轮，以实现驱动轮的转动。图1.2主动锥齿轮的零件图Fig.1.2 Bevel Gear Parts2驱动桥主动锥齿轮选材2.1常用齿轮材料齿轮原材料质量的优劣是影响齿轮强度及其疲劳性能的最主要因素之一。齿轮钢材的质量状况，不仅直接影响齿轮的预备热处理质量，而且还影响齿轮渗碳淬火后的畸变情况，即影响齿轮的尺寸精度，并最终影响齿轮的疲劳性能。因此，齿轮材料应该有足够的齿面硬度，已获得抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性形变的能力；而齿心要韧，在变载荷和冲击载荷作用下有足够的抗弯疲劳折断能力；同时还要有良好的机械加工和热处理性能。工程中常用的齿轮材料锻钢、铸钢，其次是铸铁。铸铁齿轮成本低、切削性能和耐磨性能好，但铸铁的抗弯及耐冲击能力较差，热处理工艺也较复杂，只能用于低速、载荷不大的的齿轮传动中。而重型汽车主动锥齿轮在工作中要承受繁重而复杂的载荷，这就要求齿轮材料要有较大的接触应力和弯曲应力。而钢材的韧性好、耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理来改善其力学性能及提高齿轮面的硬度，故最适于用来制造齿轮。齿轮材料除必须满足工作条件，还要考虑齿轮尺寸的大小、毛坯的成形方法及热处理和制造工艺。在此综合考虑我们选用钢类做毛坯。2.2钢的分类按化学成分分类，钢材可分为碳素钢和合金钢两大类。按含碳量又可分为低碳钢（含碳量0.3%）；中碳钢（0.3%含碳量0.6%）；高碳钢（含碳量0.6%）。碳素钢：碳素钢是由碳和铁素体组成的，其中还含有少量杂质。合金钢：合金钢是在碳素钢(C)0.25%）基础上，加入少量合金元素而发展起来的，具有较高强度的工程用钢。这类钢比碳素钢的强度高20%-30%以上，节约钢材20%以上，从而可减轻结构件自重量，提高使用可靠性。钢的力学性能与其含碳量有关，热处理工艺也与含碳量关系很大。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降，与中、高碳钢相比，低碳钢的硬度小，塑性和韧性好，易于加工。一、低碳合金钢的成分特点（1）为保证有良好的塑性与韧性，良好的焊接性能和冷成形性能，低碳合金钢中碳的含量一般均较低，大多数为(C)0.160.20。（2）锰为主加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。这些元素的主要作用是：加入锰、硅、铬、镍元素为强化铁素体；加入钒、铌、钛、铝等元素为细化铁素体晶粒；合金元素使S点左移，增加珠光体数量；加入碳化物形成元素（钒、铌、钛）及氮化物形成元素（铝），使细小化合物从固溶体中析出，产生弥散强化作用。二、低碳合金钢的性能特点（1）良好的综合力学性能，在确保良好的塑性、韧性条件下具有高的强度，特别是把屈服点提高到265N/460N/，以便减轻结构自重，增加承载能力，节约钢材，保证安全。（2）良好的焊接性能，较好的耐大气腐蚀性能，良好的加工工艺性能。（3）较低的韧脆转变温度（碳素结构钢的韧脆转变温度一般为20左右，而低合金高强度结构则一般为30左右）。这对北方高寒地区使用的构件及运输工具，具有十分重要意义。低碳合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，重型汽车的主从动锥齿轮传动载荷较大，冲击大，因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，常采用合金钢。低碳合金钢材料根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性耐冲击，耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。2.3合金元素在钢中的作用合金元素可以可以在钢中形成碳化物提高强度和耐磨性，可以细化晶粒，提高淬透性和回火的稳定性，抑制回火的脆性。例如：Mo: 强化铁素体，提高钢的强度和硬度、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性、提高钢的耐热性和高温强度。Cr：在低合金范围内，对钢具有很大强化作用，提高强度、硬度和耐磨性、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力、提高钢的耐热性。Mn：在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性、改善钢的低温韧性。Ti：钛是钢中的强脱氧剂，能使钢的内部组织致密，细化晶粒。最常见的锥齿轮材料是20CrMnTi，价格低廉，但热后心部金相组织达不到要求，零件机械性能差。而20CrNi3，热后心部金相组织和零件机械性能满足要求，但该材料机械切削加工性能差，价格昂贵，同时，热后变形大，影响传动啮合。22CrMoH恰恰满足了上述工艺和性能要求，市场价格适中，适合企业大批量生产要求，故在此选择材料为22CrMoH。材料22CrMoH，其中22表示碳的质量分数为0.22%，合金元素Cr、Mo的质量分数小于1.5%，H表示高品质，杂质含量低。22CrMoH属于低碳钢。低碳钢的塑性和韧性较高,但强度较低。这类钢通常要经渗碳后进行淬火,回火处理,以提高强度和耐磨性。3驱动桥主动锥齿轮加工流程驱动桥主动锥齿轮加工流程如下：毛坯加工预先热处理机加工表面热处理热后机加工终检3.1毛坯加工常用的毛坯加工方法有铸造、锻造等。大尺寸的齿轮一般用铸造毛坯，可用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高齿轮常选用锻造毛坯。铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。它是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上减少了零件的制作时间。但铸件的收缩性引起体积的变化，在铸件的各个方向上都出现尺寸的减小，对铸件的形状和尺寸精度影响最大，使铸件产生内应力甚至引起变形产生裂纹。锻造是指利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织。而铸造工艺得到的铸件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷；铸件的抗压强度虽高、但韧性不足，难以在受拉应力较大的条件下使用。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于相同材料的铸件。锻造不仅可以获得预定的坯件形状，而且可以使粗大的晶粒破碎，晶粒细化，提高金属的力学性能，还可以节省材料，生产率高。模锻是将坯料放入锻造模膛内进行塑性变形，所以锻件尺寸精度较高，并且内部不存在气孔、砂眼、缩孔和缩松等现象。故在此我们选择锻造方法进行毛坯加工。3.2 下料为了充分发挥材料的功能，降低原材料消耗，提高经济效益，合理选择毛坯种类及下料方法,对降低成本提高材料利用率,起着决定性作用。机械加工零件的毛坯种类很多，各类毛坯的结构尺寸和精度是不同的，一般是根据毛坯种类来决定零件的加工方法和加工路线。机械加工零件的毛坯种类主要有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及各种轧制材料。锻坯的原材料一般为圆钢，合理选择圆钢直径和确定下科长度是锻造毛坯过程中的重要环节。一、尺寸确定原则可归纳如下：（1）体积相等，即锻件毛坯的体积加工锻造过程中金属烧损率应等于原材料（圆钢）的下料体积。（2）金属烧损率即锻造力。热时产生的氧化皮、脱碳层等的损耗率。一般取=0.050.10。火次增多，锻造不平度大，材料脱碳倾向大时取大值。（3）原材料长径比不能太大，一般取L/D=l.52.5，最大不超过3L/D太大，锻件锻造过程中可能发生弯曲、夹层等缺陷。（4）计算后的原材料直径必须按国家标准的规格进行圆整，且最好是工厂库房里现存的或市场上供应的规格。根据以上原则可得出以下计算公式和方法：首先，按原则（l）可得：V坯=V锻（l）式中，V锻是锻造后的模块体积，也就是模具零件的外形尺寸加上加工余量后的体积。V坯是原材料的下料体积。按原则（3）有L/D=l.52.5，即L=(l.52.5)D。这里D为一个估计值，设其为D估，其计算按下式进行。按上式计算出D估后，应按原则（4）进行圆整，设圆整后的直径为D料，则可按体积相等的原则计算出原材料下料长度L料，即故采用直径120 mm，长242mm，重215kg的热轧圆钢。二、下料方法选择常用的下料方法有：剪切法、锯切法、冷折法等，视材料性质，尺寸大小，生产批量和对下料质量的要求进行选择。剪切法：它是通过一对刀片作用给坯料，以一定的压力P，在坯料内部产生剪断所需应力而实现的。虽然该方法生产率高，操作简单，切口无金属损耗，但是剪切后坯料局部会被压扁，端面不平整，剪切面常有毛刺和裂纹。冷折法：冷折法适用于硬度较高的碳钢和高合金钢，并要求预热到300400。锯切法:锯床下料极为普遍，虽然生产率较低，锯口耗损较大，但下料长度准确，锯割端面平整，在精锻工艺中，是一种主要的下料方法。各种钢、有色合金和高温合金均可在常温下锯切。