曲轴齿轮课程设计.doc

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1、中北大学本科课程设计说明书1 引言随着生产的进展，齿轮运转的平稳性受到重视。1674 年丹麦天文学家罗默首次提出用外摆线作齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。18 世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速进展，人们对齿轮进展了大量的争辩。1733 年法国数学家卡米发表了齿廓啮合根本定律；1765 年瑞士数学家欧拉建议承受渐开线作齿廓曲线。19 世纪消灭的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900 年, 普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从今滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。1899 年，拉舍最先实施了变位齿轮的方案。变位齿

2、轮不仅能避开轮齿根切，还可以凑配中心距和提高齿轮的承载力气。1923 年美国怀尔德哈伯最先提出圆弧齿廓的齿轮，1955 年苏诺维科夫对圆弧齿轮进展了深入的争辩，圆弧齿轮遂得以应用于生产。这种齿轮的承载力气和效率都较高，但尚不及渐开线齿轮那样易于制造， 还有待进一步改进。为了提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，除从材料，热处理及构造等方面改进外，圆弧齿形的齿轮获得了进展。1907 年，英国人 Frank Humphris 最早发表了圆弧齿形。1926 年，瑞土人Eruest Wildhaber 取得法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955 年，苏联的MLNovikov 完成了圆弧齿形齿轮的有用争

3、辩并获得列宁勋章。1970 年，英国 RolhRoyce 公司工程师 RM.Studer 取得了双圆弧齿轮的美国专利。这种齿轮现已日益为人们所重视，在生产中发挥了显著效益。 齿轮是能相互啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。现代齿轮技术已到达：齿轮模数 O.004100 毫米；齿轮直径由 1 毫米150 米；传递功率可达上十万千瓦；转速可达几十万转/分；最高的圆周速度达 300 米/ 秒。2 分析争辩产品的零件图零件名称：曲轴齿轮材料: 45 钢质量：2.83kg第 17 页共 12 页技术要求：1、锻造拔模斜度不大于 122、硬度149-1873、涂漆3、锻造工艺

4、性分析3.1. 加工目的、环境及锻后现象分析 1 分析零件锻造的目的是侧重于成形、削减加工余量，还是侧重于提高锻件的力学性能。 2 分析工厂的现有设备、技术力气和加工力气。 3 分析锻后零件性能可能变化的趋势。3.2 零件构造外形对锻造适应性的分析该零件的构造较为简洁，使用自由锻造方法是很难实现的，且由于该零件的材料为低碳合金构造钢，具有较高的淬透性，是一种较好的渗碳钢，淬火低温回火后强度已接近超高强度钢的水平，而塑性和韧性及综合力学性能不亚于调质钢，低温冲击韧性也较好。用于制造负荷较大，要求较高强度和韧性的中小型零件，如曲轴齿轮、齿圈、齿轮轴等。承受模锻加工后即可以满足零件的锻造要求。4、

5、绘制锻件图锻件图是依据零件图绘制的。模锻件图是在零件图的根底上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等参数后绘制而成的。4.1 冷锻件图的制定4.1.1 分模面位置的选择该齿轮的高度与直径的比值为 H/D=67/89.5=0.751,是短轴类锻件，故取径向分模，分模面取在最大直径部位的 1/2 高度位置处。4.1.2 确定机械加工余量和公差该锻件的材料为低碳低合金钢，材质系数为 M1。锻件的重量为 Gd=2.83kg,毛坯重量为 Gb=3.285kg，故该锻件的外形简洁系数为 S=Gd/Gb=2.830/3.285=0.861.S 的值在 0.631.0 之间，故锻件的外形简洁系数为 S1 级，即

6、简洁。机械加工余量确实定：查表得：锻件高度尺寸为：67mm,余量取 2.0mm. 锻件长度尺寸为：89.5mm,余量取 2.0mm. 锻件内孔直径为：44.5mm,余量取 2.0mm.技术条件：错差量 1.2mm；允许残留飞边量 1.2mm；允许外表缺陷深度不允许超过 1.2mm.4.1.3 确定模锻斜度和圆角半径查表得：锻件的内外表模锻斜度选取 10，外外表模锻斜度选取为 7.外圆角半径 r=+a=2+3=5mm.内圆角半径 R=23r=1015mm,取 12mm.4.1.4 冲孔连皮的计算根 据 需 要 ， 该 锻 件 锻 造 时 采 用 平 底 连 皮 。 连 皮 厚 度 s=0.45

7、46 - 0.25*67/2 - 533.5+0.6=9.185mm.连皮上的圆角半径：R1=R+0.1h2+2=12+0.133.5+2=17.35mm.取 20mm.图 1 冷锻图4.2 热锻件图的制定热锻件图依据冷锻件图设计，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图上的相应尺寸有所放大。理论上加收缩率后的尺寸 L 按以下公式计算 L=l(1+ ).其中 l 为冷锻件尺寸， 为终锻温度下的金属收缩率，钢为1.2%1.5%，取1.5%。代入上述公式， 计算出热锻件图上相应的尺寸，并绘制热锻件图。依据生产实践阅历，应考虑锻模使用后承击面下陷，模膛深度减小及精压时的变形不均匀，横向尺寸增大等因素，适当调整尺

8、寸，绘制锻件图。5 确定工艺方案及锻锤设备5.1 锻件的主要参数1.锻件在分模面的投影面积为 A= 94.5+225tan74=2532.06mm2.锻件周边长度为 94.5=296.73 .3.锻件质量为 2.83 .5.2 锻锤吨位确实定锻件的总变形面积为锻件在水平面上的投影面积与飞边水平投影面积之和，按12 吨锤飞边槽尺寸考虑，假定飞边平均宽度为23 ，则总的变形面积为2532.06+296.7323=9356.85 mm.按确定双作用模锻锤吨位的阅历公式 G=63KA 的计算值选择模锻锤。取钢种系数 K=1，锻件和飞边在水平面上的投影面积为 A.故 G=63KA=6319.36=589

9、.47KN,选用 1t 双作用模锻锤。6 设计锤锻模6.1 终锻模膛的设计6.1.1 飞边槽的设计计算1. 依据需要，选择形式的飞边槽。2. 锻 件 在 分 模 面 上 的 投 影 面 积 为6.1.2 确定飞边槽的形式和尺寸A=2532.06 mm 。参考模锻设计手册，按 12 t 锤飞边槽尺寸考虑飞边 尺寸，选定飞边槽的尺寸为选型飞边槽：h 1.6mm , h14mm , b8mm , b125mm , R2mm ,F飞126 mm2 。F飞=F飞均飞飞边体积VL F飞周296.730.712626172 mm3F飞均为飞边平均飞均断面积 L为锻件平面周长周m 0.026172*7.93=

10、0.21kg飞7、参数选择参数选择主要依据该零件的机加工外表粗糙度要求，以及加工外表的几何尺寸大小，利用特地的查询工具查找相应的参数，综合对锻造工艺和方式的分析。8、确定坯料质量和尺寸8.1 、确定坯料质量坯料质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、切头时的损失及冲孔时的芯料损失等。8.1.1 计算坯料质量 坯料的质量包括锻件本身的质量、加热时氧化烧损、端部切头时的损失及冲孔时的芯料损失等。m m m坯锻烧 m m m切芯飞式中 m坯m锻2.83+0.057+0.048+0.036+0.213.181kg坯料质量 kg ；锻件质量 kg ；m 氧化烧损的质量 kg ；承受连续式煤气炉加热火耗率

11、 为 2.0-2.5% m烧m烧坯m 表示对拔长工件的切头损失 kg ；切m 冲孔时冲掉的芯料损失 kg ；m芯取决与冲孔方式、坯料直径 ddm芯和坯料高度 H (dm)0实心冲子冲孔 m芯=1.57d2*H0空心冲子冲孔 m=6.16d2* H芯0垫环冲孔m芯=4.71d2* H0m 一般按下面阅历公式估算：切圆形截面矩形截面 1.8 2.36 B2H式中 m切头质量 kg ；切D切头局部直径dm；B切头局部宽度dm；H切头局部高度dm。8.2 、确定坯料尺寸承受镦粗法锻制锻件时对于钢坯，为避开镦粗时坯料产生弯曲，坯料高度 H 与其直径 D 之比应满足镦粗规章，即1.25H/D2.5坯料直径

12、D 或边长L的计算方法是：坯按阅历公式对圆坯料D0.813 v坯坯3 v坯对方坯料L0.750.9初步确定毛坯直径或边长后应按国家标准，选用标准直径。V =1+kV坯锻k 为富有系数，综合反映了模锻件简洁程度、飞边体积、火耗量的影响。d =1.13m 为毛胚高度与直径的比值，一般取 1.82.2坯对圆形模锻件，k=0.120.15V =1+0.15360.51 cm3 =414.59 cm33 414.59坯用阅历公式计算：圆钢坯料 D=0.93 414.592计=6.7 cm圆饼类模锻件镦粗制坯 D =1.13计=6.69 cm参考合金构造钢圆钢规格表，选用直径为 70mm 的坯料L =4V

13、 /()=4414590/( 702)=108mm坯坯9、设计模锻工步和设计模膛9.1 、主要变形工步下料加热成形镦粗终锻冲孔切边冷却热处理清理校正检查(1)下料选用棒料剪切机 Q42-250下料规格： 70108材料： 45 钢(2)加热承受连续式煤气炉，一段加热标准，炉温把握在 12501300，温度头达 100150左右，将坯料加热至 1150。(3) 成形镦粗利用成形模膛对坯料进展制坯，将毛坯进展第一次锻造成形，安排坯料体积，使其接近终锻件的外形和尺寸，改善金属在终锻模膛内的流淌条件。(4) 终锻 完成锻件的最终成形，获得带飞边的锻件。(5) 冲孔切边 去除冲孔连皮，切除模锻件的飞边。

14、(6) 冷却 承受炉冷的方式，将锻件从终锻温度800850冷却到室温。(7) 热处理 热处理标准：淬火900,油冷；回火200,水冷、空冷。硬度149-187。(8) 清理去除模锻件外表氧化皮。(9) 校正 校正模锻件在切边、热处理、清理过程中的变形。(10) 检查 检验模锻件的品质。9.2 、设计模膛9.2.1 终锻模膛设计终锻模膛是依据热锻件图来制造和检验的，热锻件图尺寸一般是在冷锻件图的尺寸的根底上考虑 1.21.5%的收缩率。依据生产阅历应考虑锻模使用后承击面下陷，模膛深度减小，横向尺寸增大等因素，可适当调整尺寸。绘制的热锻件图如下所示。9.2.2 制坯模膛设计图 2 热锻件图以以下图

15、为成形镦粗模膛局部剖视图图 3 成形镦粗模膛10、设计锻模模体10.1 锻模飞边槽设计飞边槽确实定方法有（1） 依据锻件在水平面上的投影面积确定（2） 依据锻锤吨位确定选定飞边槽的尺寸为选型飞边槽：h 1.6mm , h14mm , b8mm , b125mm , R2mm ,F飞126 mm2 。飞10.2 钳口确实定图 4 飞边槽钳口是在锻模的模锻模膛前面加工的空腔，一般由夹钳口和钳口颈两局部组成。夹钳口尺寸一般依据夹钳尺寸和料头直径而定，应保证夹料钳子能自由操作。齿轮类锻件在模锻时无夹钳料头，钳口作为锻件起模之用。钳口颈用于加强夹钳料头与锻件之间的连接强度。钳口尺寸主要依据夹钳料头直径及

16、模膛壁厚等尺寸确定。10.3 锁扣设计图 5 钳口锁扣有平衡错移力的作用，起导向作用，便于上下模块的调整。锻件为圆饼形，所以承受圆形锁扣。锁扣中间为凸起局部，设计在上模，简洁起模，能避开热胀冷缩的影响。锁扣高度 h=25mm；锁扣壁厚 b=35mm；锁扣凸凹局部之间的间隙 s=0.3mm。10.4 锻模构造设计考虑模膛的布排、错移力的平衡、锻模的强度校核。10.4.1 模膛布置模膛中心的布排：由于无预锻，终锻模膛中心位置与锻模中心重合。制坯模膛的布排：1按工艺过程挨次排列，操作时只允许转变坯料运动方向一次；2模膛的排列应与加热炉、切边压力机和吹风管的位置相适应。模锻此锻件的 1t 模锻锤机组，

17、加热炉在锤的左方，故成形镦粗模膛放在左边， 终锻模膛放在锻模中间。10.4.2 错移力的平衡和锁扣的设计此锻件分模面为水平分模，在锻模模块上设置锁扣，使上下块在锤击中相互锁住，从而抑制或消退锻件的错移。承受圆形锁扣，查锻造模具简明设计手册表 7.29 得：锁扣高度H=25mm，最小宽度 35mm，锁扣侧面间隙为 0.3mm。锁扣其余尺寸为 =12， =5。， R =3mm，1R =5mm。210.4.3 模块尺寸及要求模块尺寸除了与型槽数、型槽尺寸、排列方式和各型槽间的最小壁厚有关外， 还需考虑设备的技术规格。承击面积为模块在分模面上的面积减去背型槽、毛边槽、锁扣和钳口所占面积。承击面积一般按

18、阅历公式 S =(3040)G 计算，其中 G 为锻锤吨位，S 的单位是c2， G 的单位是N。查锻造工艺过程及模具设计可得承击面积为 300cm2模壁厚度，由模膛到模块边缘，以及模膛之都称间的壁厚为模壁厚度，模壁厚度在保证强度的前提下应尽可能减小。查锻造工艺与模具设计P152 图 4-113 确定模壁厚度为 50mm。模块宽度，为保证锻模不与锤的导轨相碰，模块最大宽度要保证上模边缘与导轨净距不小于 20mm，模块最小宽度要求至少超出燕尾每边 10mm。锻模宽度 B 不大于燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸 B1 的两倍减 20mm。即：B1B/2+10mm。模块高度，锻模高度依据型槽最大深度和锻

19、模最小闭合高度确定。通常锻模高度等于(1.351.45)最小闭合高度。查锻造模具简明设计手册P173 表 7.31和锻造工艺与模具设计P155 表 4-30 可得 Hmin=320mm。模块长度，模块长度应保证上模外伸距离 fH/3H 为模块高度。模块长度依据模膛长度和模壁厚度确定。模块质量，锻模质量要保证上模块的质量G不能超过锻锤吨位t的35%， 即 G0.35t。下模块重量不限。模块应设起吊孔。检验角，为便于制模及安装，模块上应有检验角。由以上要求及条件，计算所需模块的最小尺寸，并选取较大相近值的标准模块。确定模块尺寸如下：模块宽度 B=250mm，模块高度 H=300mm，模块长度 L=

20、325mm。模块材料: 上模 5CrNiMo下模 5CrNiMo燕尾尺寸：宽度 b=200mm，高度 h=50.5mm。起重孔的直径 d 与深度 s 按锻锤吨位选择为 d=30mm，s=60mm。致 谢在这次课程设计的过程中，我得到了很多人的帮助。首先我要感谢我的教师在课程设计上赐予我的指导、供给应我的支持和帮助， 这是我能顺当完成这次设计的主要缘由，更重要的是教师帮我解决了很多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了很多的学问，而且也开阔了视野，提高了自己的设计力气。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院赐予我们这样一

21、次时机，能够独立地完成一个课程设计， 并在这个过程当中，赐予我们各种便利，使我们在这学期快要完毕的时候，能够将学到的学问应用到实践中。最终再一次感谢全部在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。参 考 文 献1 郝滨海.锻造模具简明设计手册M.北京：化学工业出版社，2023.2 齐卫东.锻造工艺与模具设计M.北京：北京理工大学出版社，2023.3 张振纯.锻模图册M.北京：机械工业出版社，1980.4 胡亚民，华林.锻造工艺过程及模具设计M.北京：北京大学出版社，2023.5 模锻设计手册编写组编著.模锻设计手册M.北京：机械工业出版社,1991.6 韩鹏彪，张双杰，王丽娟.有用锻工速查手册M.石家庄：河北科学技术出版社，2023.7 运兵，宋宝韫，陈吉光.齿轮锻模的计算机关心设计系统J.锻压技术，20235:5860.8 姚泽坤.锻造工艺学与模具设计M.西安：西北工业大学出版社，2023.