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1、济源职业技术学院毕业设计济源职业技术学院毕 业 设 计题目 送煤系统车轮小轴设计 系别 机电工程系 专业 机电一体化技术 班级 机电0901班 姓名 周明露 学号 07550313 指导教师 孙海燕 日期 2011年08月 1设计任务书设计题目：送煤系统车轮小轴设计设计要求：1、对于以前使用的小车轴用材（Q235）不符合实际工作要求而产生的断裂情况进行分析并改进。2、在原有的小轮基础上进行改进，设计出省材、耐磨、结构合理的小车轮。3、两端小轮中心距符合轨道要求。4、拟订加工工艺过程及加工技术要求。设计进度：第一周：领取题目，到图书馆查阅相关方面的资料。第二周：形成比较清晰的设计思路及框架结构。
2、第三周：查阅资料，与老师讨论相关的设计尺寸、数据。第四周：在作业本上初步写出设计结果，与老师讨论。第五周：将与老师讨论的结果归纳总结，逐步排查，更正设计。第五周：将手抄稿打成电子稿，请老师审阅。第六周：对设计过程结果进行熟悉。第八周：毕业答辩指导教师（签名）： 摘要某厂用拉煤小车的小车轴在使用过程中经常发生断裂，车轮磨损严重，根据这种情况我对此小轴车轮进行了综合分析改进，使材料满足使用要求，小轴在运行中不发生断裂，提高车轮的耐磨性能，使其结构得以优化，使用寿命得以延长，综合性能得以提高，满足经济性要求。根据各种机器不同的用途，轴的结构形状、尺寸和材料也有很大的差别，该传动轴选用40Gr钢。轴盖
3、选用Q235钢，小轮选用45钢。该传动轴选用以上材料进行生产使用是因为原本使用的Q235进行运行时发生过断裂，现选用40Gr调质处理，这种材料耐磨性好，韧性好，比原来用的Q235的强度高，同时加上调质处理使其综合力学性能得到提高，使小轴在拉煤的过程中得以长时间运行。45钢经过调质后，仍可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，表面硬度可达HRC4552，耐磨性能得到提高。轴盖受力较小选用Q235，不需要热处理，满足使用要求即可。本次送煤系统车轮小轴的设计将按照实际工作需要对产品进行改造，制定出合适的工艺过程，保证产品质量，充分发挥了设备的利用率、降低了生产成本。关键词：小
4、车轴，小轮，端盖，标准件，材料选择，图样目录摘要II 轴轮类零件的综合分析21.1 轴类零件的结构和特点21.2 零件的材料选择21.3 零件的加工31.4 零件加工工艺分析32 小车轴的分析52.1 零件图样分析52.2 零件的作用62.3 确定毛坯材料及热处理方法62.4 确定主要表面的加工方法72.5 工序安排72.6 划分阶段72.7 工艺路线的选择及确定82.8 小车轴加工工艺流程图93 小车轮的设计分析143.1 小轮的分析143.2 零件的材料及力学性能143.3 热处理143.4 零件各主要部分的功能和技术要求153.5 工艺分析153.6 小车轮的加工工艺流程图164 端盖的
5、设计分析204.1 零件图204.2 零件材料选用及分析214.3 零件各主要部分的功用和技术要求214.4 工艺分析214.5 加工路径的拟定225 标准件的选用256 送煤系统车轮小轴装配图26结论27参考文献3024 轴轮类零件的综合分析1.1 轴类零件的结构和特点1.1.1 轴类零件的功用:为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证安装后具有一定的回转精度。1.1.2 轴类零件的分类:1) 按轴的长度和直径的比例可以分为刚性轴（L/d12）和柔性轴两类。2) 按轴的类型可以分为心轴、传动轴和转轴。1.1.3 轴类零件的技术要求:1) 尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面
6、，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的精度根据其使用要求通常为IT6IT9，精密轴的轴颈可达IT5。2) 几何形状精度轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。3) 位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.0010.005mm，而一般精度轴为0.010.03mm。此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。4) 表面粗糙度根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机
7、床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra1.66.3um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra2.56.3um，随着机器运转速度的加大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。1.2 零件的材料选择合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质后具有较高的综合力学性能。轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件。1.3 零件的加工轮类零件在切削加工之前，
8、应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断、车端面和钻中心孔。1.3.1 加工步骤1) 校正：棒料毛坯在制造、运输和保管过程中易发生弯曲变形，以保证加工余量均匀。校正可在各种压力机上进行。2) 切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。3) 切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先加工端面后再钻中心孔。4) 荒车：如果轴的毛坯是锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外圆表面的形状误差，使后续工序的加工余量均匀。1.4 零件加工工艺分析1.4.1 类零件加工的工艺分析外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。1) 粗车精车对于
9、一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。2) 粗车半精车粗磨精磨。对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能采用磨削加工路线。3) 粗车半精车精车金刚石车。对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。4) 粗车半精粗磨精磨光整加工。对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。1.4.2 轴类零件加工的定位基准和装夹1) 以工件的中心孔定位 在轴的加工中，零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互
10、位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。2) 以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶） 用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。3) 以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴的内孔时，不能采用中
11、心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。4) 以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工空心轴的外圆表面时，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。1.4.3 零件加工的主要问题零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。2 小车轴的分析2.1 零件图样分析图2.1 小车轴零件名称：轴零件材料：40Gr
12、钢摘自 GB/T 3078-1988化学成分WFe100C0.37-0.44Si0.17-0.37Mn0.50-0.80Gr0.80-1.10力学性能b/Mpas/MPa5100100Ak/J98078594547表2.1图2.1所示零件是送煤系统小轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、螺纹、等组成。螺纹用于安装锁紧螺母。根据工作性能与条件，该传动轴图样(图2.1)规定了主要轴颈外圆40，50以及螺纹M20、有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈的加工。2.2 零件的作用此轴要承受送煤小车的自重和小车所拉煤的重量
13、，所以要有足够的强度防止其在工作过程中发生断裂现象，因此我对原来的轴进行了改进，把原来的Q235钢换成40Gr调质处理提高其强度。2.3 确定毛坯材料及热处理方法2.3.1 毛坯的选择1) 材料轴的毛坯使用热轧棒料，材料选择40Gr。2) 热处理选用40Cr合金结构钢，这类钢经调质，具有较高的综合机械性能，调质放在粗车之后、精车之前，以便因粗车产生的内应力得以在调质时消除。该轴各外圆直径尺寸相差不大，故选择50mm的热轧棒料作毛坯，热处理采用调质处理，提高小轴的综合力学性能，硬度可达到HRC45。2.4 确定主要表面的加工方法轴大都是回转表面，主要采用粗车外圆与精车外圆成形。由于该轴的主要表面
14、的公差等级(IT7)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=1.6 um)较小，故粗车后还需精车。步骤：粗车热处理精车2.5 工序安排2.5.1 选择定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该轴的主要配合表面()及对基准轴线同轴度要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹，在另一端搭中心架，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。2.6 划分阶段粗、精加工应分开，以保证零件的质量。2.6.1 加工阶段的划分该轴加工过程中的各加工工序和热处理工序均会不同程度地产生加工
