齿轮轴
点击次数：3322 更新时间：2019-05-07 【关闭】
齿轮轴分类
根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。
齿轮轴设计运用
在设计中，齿轮轴的运用一般无外乎以下几种情况：
1、齿轮轴一般是小齿轮（齿数少的齿轮）。
2、齿轮轴一般是在高速级（也就是低扭矩级）。
3、齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，一是因为处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。
4、齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。
齿轮轴的加工工艺分析
定位基准的选择
齿轮轴主要表面的加工顺序，在很大程度上取决于定位基准的选择。轴类零件本身的结构特征和主轴各主要表面的位置精度要求都决定了以轴线为定位基准是最理想的。这样既保证基准统一，又使定位基准与设计基准重合。一般多以外圆为粗基准，以轴两端的项尖孔为精基准。具体选择时还要注意以下几点。
(1)当各加工表面间相互位置精度要求较高时，最好在一次装夹中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用两端顶尖孔（如加工主轴锥孔）定位时，为提高工件加工时工艺系统的刚度，可只用外圆表面定位或用外圆表面和一端中心孔作为定位基准。在加工过程中，应交替使用轴的外圆和一端中心孔作为定位基准，以满足相互位置精度要求。
(3)如果轴是带通孔的零件，通孔钻出后将使原来的顶尖孔消失。为了仍能用顶尖孔定位，一般均采用带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴。当轴孔的锥度较大（如铣床主轴）时，可用锥套心轴；当主轴锥孔的锥度较小（如CA6140型机床主轴）时，可采用锥堵。要注意，使用的锥套心轴和锥堵应具备较高的精度并尽量减少其安装次数。锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是主轴外圆的精加工基准，因此要保证锥堵或锥套心轴上的锥面与中心孔有较高的同轴度。若为中小批生产，工件在锥堵上安装后一般中途不更换。若外圆和锥孔需反复多次互为基准进行加工，则在重装锥堵或轴套心轴时要按外圆找正或重新修磨中心孔。
从以上分析来看，齿轮轴加工工艺过程中选择定位基准应考虑这样安排工艺过程：一开始就以外圆作为粗基准钻端面中心孔，为粗车准备定位基准；而粗车外圆则为后续加工准备定位基准：此后，为了给半精加工、精加工外圆准备定位基准，又先加工好前、后顶尖孔作定位基准；齿轮齿形加工也采用顶尖孔作为定位基准，这非常好地体现了基准统一原则，也充分体现了基准重合原则。 [1]
热处理工序的安排
在轴加工的整个工艺过程中，应安排足够的热处理工序，以保证齿轮轴力学性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。
一般在轴毛坯锻造后首先安排正火处理，以消除锻造内应力，细化晶粒，改善机加工时的切削性能。
在粗加工后安排调质处理。在粗加工阶段，经过粗车、钻孔等工序，齿轮轴的大部分加工余量被切除。粗加工过程中切削力和发热都很大，在力和热的作用下，轴产生很大内应力，通过调质处理可消除内应力，代替时效处理，同时可以得到所要求的韧性。
半加工后，除重要表面外，其他表面均已达到设计尺寸。重要表面精加工余量，这时在齿部等安排局部淬火处理，使之达到设计的硬度要求，保证这些表面耐磨性。而后续的精加工工序可以消除淬火变形。
加工顺序的安排
机加工顺序的安排根据基面先行，先粗后精，先主后次的原则进行。对齿轮轴一般零件是准备好中心孔后，先加工外圆，再加工其他部分，并注意粗、精加工分开进行。在齿轮轴加工工艺中，以热处理为标志，调质处理前为粗加工，淬火处理前为半精加工，淬火后为精加工。这样把各阶段分开后，保证了主要表面的精加工进行，不致因其他表面加工时的应力影响主要表面精度。
在安排齿轮轴工序的次序时，还应注意以下几点。
(1)该轴的齿形粗加工应安排在齿轮轴各外圆完成半精加工之后，因为作为齿轮轴来讲，齿形加工是该零件加工中工作量比较大、加工难度也比较大的加工内容，其加工位置适当放后一些，可提高定位基准的定位高度，而齿形精加工应安排在该零件各外圆等表面全部加工好后进行，从而消除齿形局部淬火产生的热处理变形。
(2)外圆表面的加工顺序应先加工大直径外圆，然后加工小直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。
(3)齿轮轴上的键槽等次要表面的加工一般应安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆前进行。如果在精车前就铣车键槽，一方面，在精车前，由于断续切削而产生振动，既影响加工质量又容易损坏刀具；另一方面，键槽的尺寸要求也难以保证。这些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后进行，以免破坏主要表面精度。
根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。
齿轮轴设计运用
在设计中，齿轮轴的运用一般无外乎以下几种情况：
1、齿轮轴一般是小齿轮（齿数少的齿轮）。
2、齿轮轴一般是在高速级（也就是低扭矩级）。
3、齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，一是因为处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。
4、齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。
齿轮轴的加工工艺分析
定位基准的选择
齿轮轴主要表面的加工顺序，在很大程度上取决于定位基准的选择。轴类零件本身的结构特征和主轴各主要表面的位置精度要求都决定了以轴线为定位基准是最理想的。这样既保证基准统一，又使定位基准与设计基准重合。一般多以外圆为粗基准，以轴两端的项尖孔为精基准。具体选择时还要注意以下几点。
(1)当各加工表面间相互位置精度要求较高时，最好在一次装夹中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用两端顶尖孔（如加工主轴锥孔）定位时，为提高工件加工时工艺系统的刚度，可只用外圆表面定位或用外圆表面和一端中心孔作为定位基准。在加工过程中，应交替使用轴的外圆和一端中心孔作为定位基准，以满足相互位置精度要求。
(3)如果轴是带通孔的零件，通孔钻出后将使原来的顶尖孔消失。为了仍能用顶尖孔定位，一般均采用带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴。当轴孔的锥度较大（如铣床主轴）时，可用锥套心轴；当主轴锥孔的锥度较小（如CA6140型机床主轴）时，可采用锥堵。要注意，使用的锥套心轴和锥堵应具备较高的精度并尽量减少其安装次数。锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是主轴外圆的精加工基准，因此要保证锥堵或锥套心轴上的锥面与中心孔有较高的同轴度。若为中小批生产，工件在锥堵上安装后一般中途不更换。若外圆和锥孔需反复多次互为基准进行加工，则在重装锥堵或轴套心轴时要按外圆找正或重新修磨中心孔。
从以上分析来看，齿轮轴加工工艺过程中选择定位基准应考虑这样安排工艺过程：一开始就以外圆作为粗基准钻端面中心孔，为粗车准备定位基准；而粗车外圆则为后续加工准备定位基准：此后，为了给半精加工、精加工外圆准备定位基准，又先加工好前、后顶尖孔作定位基准；齿轮齿形加工也采用顶尖孔作为定位基准，这非常好地体现了基准统一原则，也充分体现了基准重合原则。 [1]
热处理工序的安排
在轴加工的整个工艺过程中，应安排足够的热处理工序，以保证齿轮轴力学性能及加工精度要求，并改善工件加工性能。
一般在轴毛坯锻造后首先安排正火处理，以消除锻造内应力，细化晶粒，改善机加工时的切削性能。
在粗加工后安排调质处理。在粗加工阶段，经过粗车、钻孔等工序，齿轮轴的大部分加工余量被切除。粗加工过程中切削力和发热都很大，在力和热的作用下，轴产生很大内应力，通过调质处理可消除内应力，代替时效处理，同时可以得到所要求的韧性。
半加工后，除重要表面外，其他表面均已达到设计尺寸。重要表面精加工余量，这时在齿部等安排局部淬火处理，使之达到设计的硬度要求，保证这些表面耐磨性。而后续的精加工工序可以消除淬火变形。
加工顺序的安排
机加工顺序的安排根据基面先行，先粗后精，先主后次的原则进行。对齿轮轴一般零件是准备好中心孔后，先加工外圆，再加工其他部分，并注意粗、精加工分开进行。在齿轮轴加工工艺中，以热处理为标志，调质处理前为粗加工，淬火处理前为半精加工，淬火后为精加工。这样把各阶段分开后，保证了主要表面的精加工进行，不致因其他表面加工时的应力影响主要表面精度。
在安排齿轮轴工序的次序时，还应注意以下几点。
(1)该轴的齿形粗加工应安排在齿轮轴各外圆完成半精加工之后，因为作为齿轮轴来讲，齿形加工是该零件加工中工作量比较大、加工难度也比较大的加工内容，其加工位置适当放后一些，可提高定位基准的定位高度，而齿形精加工应安排在该零件各外圆等表面全部加工好后进行，从而消除齿形局部淬火产生的热处理变形。
(2)外圆表面的加工顺序应先加工大直径外圆，然后加工小直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。
(3)齿轮轴上的键槽等次要表面的加工一般应安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆前进行。如果在精车前就铣车键槽，一方面，在精车前，由于断续切削而产生振动，既影响加工质量又容易损坏刀具；另一方面，键槽的尺寸要求也难以保证。这些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后进行，以免破坏主要表面精度。