齿轮轴零件的主要作用(yòng)是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用(yòng)寿命長(cháng)等一系列优点，是通用(yòng)机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴加工材料、热处理(lǐ)方式、机械加工工艺过程的优化，将对提高齿轮轴的加工质量及寿命有(yǒu)着重要借鉴意义。首先分(fēn)析了齿轮轴零件的作用(yòng)和加工工艺性，然后进行工艺规程设计。齿轮轴零件的机械综合性能(néng)要求较高，一般选择锻件作為(wèi)毛坯。

    轮轴一般是小(xiǎo)齿轮（齿数少的齿轮），运用(yòng)在高速级（也就是底扭矩级）传动中。聚英机械可(kě)以生产大模数的長(cháng)轴齿轮，应用(yòng)于大型煤矿及建筑机械类产品。齿轮轴一般很(hěn)少作為(wèi)变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，因為(wèi)处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。齿轮轴是轴和齿轮合成一个整體(tǐ)的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的長(cháng)度，太長(cháng)了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太長(cháng)导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。

一般齿轮轴有(yǒu)两个支撑轴径，工作时通过轴径支撑在轴承上，这两个支撑轴径便是其装配基准，通常也是其他(tā)表面的设计基准，所以它的精度和表面质量要求较高。对于一些重要的轴，支撑轴除规定较高的尺寸精度外，通常还规定圆度、圆柱度以及两轴径之间的同轴度等形状精度要求等。对于其他(tā)工作轴径，如安装齿轮、带轮、螺母、轴套等零件的轴径，除了有(yǒu)本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常还要求其轴線(xiàn)与两支承轴径的公共線(xiàn)同轴，以保证轴上各运动部件的运动精度。

齿轮轴零件的主要作用(yòng)是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴零件是将齿轮部分(fēn)和轴做成一體(tǐ)无需键配合的一种常见机械零件。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用(yòng)寿命長(cháng)等一系列优点，是通用(yòng)机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴的工作能(néng)力一般取决于轴的强度和刚度，转速高时还取决于轴的振动稳定性。轴的中间部位為(wèi)斜齿轮部分(fēn)，主要传递运动和动力。

传统齿轮轴加工利用(yòng)普通車(chē)床、铣床等，依靠技师进行手工操作，生产率低，耗时長(cháng)，精度低。而聚英机械是使用(yòng)加工中心进行自动化打磨，从而大大提高了轴部的精度。

齿轮轴加工工艺设计

 材料分(fēn)析生产类型确定

45钢是中碳结构钢，冷热加工性能(néng)都不错，机械性能(néng)较好，且价格低、来源广，所以应用(yòng)广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用(yòng)。45钢淬火温度在A3+(30～50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可(kě)以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能(néng)提高工效。為(wèi)使工件的奥氏體(tǐ)均匀化，就需要足够的保温时间。

45钢可(kě)制造强度要求较高的零件，如曲轴、轴、活塞销、工夹具等零件。这些零件的制造要求大多(duō)是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有(yǒu)高强度和高韧性，调质后进行高频或火焰表面淬火等。45钢经低温球化退火后，它可(kě)冷挤压為(wèi)成形零件，如球头销、推力杆等。45钢是轴类零件的常用(yòng)材料，淬火后表面硬度可(kě)达45～52HRC 它价格便宜，经过调质（或正火）后，可(kě)得到较好的切削性能(néng)，而且能(néng)获得较高的强度和韧性等综合机械性能(néng)。45钢还广泛用(yòng)于机械制造等，这种钢的机械性能(néng)很(hěn)好。但是这是一种中碳钢，淬火性能(néng)并不好，45钢可(kě)以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又(yòu)希望发挥45钢优越的机械性能(néng)，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能(néng)得到需要的表面硬度。

设计中齿轮轴范例采用(yòng)45钢。

 确定零件的生产类型

已知：备品率a=3%     废品率b=1%   年产量Q=1000个/年

根据《机械设计手册》查表可(kě)知45钢密度ρ=cm???³

根据图纸體(tǐ)积V=V₁+V₂+V₃+V₄

=8²*10π+*π+8²*46π+7²*π= mm???³= cm???³

      齿轮轴质量m=ρV=

      计算N=Q*m（1+a%）（1+b%）=1000*（1+3%）（1+1%）=

根据表可(kě)知生产类型為(wèi)批量生产

 选择毛坯，绘制零件图或根据已有(yǒu)详图进行加工

 选择毛坯种类及制造形式

毛坯的选用(yòng)主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用(yòng)。选用(yòng)正确与否直接关系到毛坯的制造质量、工艺和成本，并影响到机械加工质量、工艺和成本等。毛坯质量主要是指合格毛坯本身能(néng)满足用(yòng)户要求的程度。它主要包括外观质量、内在质量和使用(yòng)质量。其中，外观质量包括毛坯表面粗糙度、尺寸精度、质量偏差、形状偏差和表面缺陷等；内在质量包括毛坯的物(wù)理(lǐ)性能(néng)、力學(xué)性能(néng)、金相组织、化學(xué)成分(fēn)、偏析、内应力、致密度、内部缺陷等；使用(yòng)质量包括毛坯的抗疲劳性能(néng)、高温及低温力學(xué)性能(néng)、耐磨性、耐蚀性和精度保持性等。毛坯材料的选用(yòng)是保证产品内在质量的一个主要因素。 毛坯选用(yòng)的原则有(yǒu)：①满足材料的工艺性能(néng)要求。如碳钢主要使用(yòng)锻造生产，但其中某些牌号也有(yǒu)较好的铸造性能(néng)；②满足零件的使用(yòng)性能(néng)要求；③降低制造成本；④符合生产条件。

尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻造，中小(xiǎo)型齿轮轴可(kě)选择模锻件，一些小(xiǎo)齿轮轴也可(kě)制作成整體(tǐ)毛坯。若锻件毛坯為(wèi)锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T15826系列标准；若毛坯為(wèi)钢质模锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T12362系列标准。

本设计中，齿轮轴材料采用(yòng)45钢，制造形式采用(yòng)锻件。

 核算毛坯尺寸及机械加工余量

國(guó)标中规定钢质模锻件的公差分(fēn)為(wèi)两级，即普通级和精密级。精密级公差适用(yòng)于有(yǒu)较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能(néng)达到的锻件，一般不宜采用(yòng)。精密级公差可(kě)用(yòng)于某一锻件的全部尺寸，也可(kě)用(yòng)于局部尺寸。平锻件只采用(yòng)普通级。由齿轮轴零件的功用(yòng)和技术要求，可(kě)确定该零件的公差等级為(wèi)普通级。锻件精度等级為(wèi)F级。

根据零件图要求，采用(yòng)粗車(chē)余量2mm。

根据零件图尺寸和加工余量可(kě)基本上确定毛坯的尺寸直径φ40mm，長(cháng)120mm。

 选择加工方法，制定工艺路線(xiàn)

预备热处理(lǐ)的目的是改善加工性能(néng)、消除内应力和為(wèi)最终热处理(lǐ)准备良好的金相组织。本设计热处理(lǐ)工艺有(yǒu)退火、正火、时效、调质。

（1）退火和正火：退火和正火用(yòng)于经过热加工的毛坯。含碳量大于% 的碳钢和合金钢，為(wèi)降低其硬度易于切削，常采用(yòng)退火处理(lǐ)；含碳量低于%的碳钢和合金钢，為(wèi)避免其硬度过低切削时粘刀(dāo)，而采用(yòng)正火处理(lǐ)。退火和正火尚能(néng)细化晶粒、均匀组织，為(wèi)以后的热处理(lǐ)作准备。

（2）时效处理(lǐ)：时效处理(lǐ)主要用(yòng)于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。為(wèi)避免过多(duō)运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理(lǐ)即可(kě)。但精度要求较高的零件，应安排两次或数次时效处理(lǐ)工序。简单零件一般可(kě)不进行时效处理(lǐ)。除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件，為(wèi)消除加工中产生的内应力，稳定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之间安排多(duō)次时效处理(lǐ)。

（3）调质：调质即是在淬火后进行高温回火处理(lǐ)，它能(néng)获得均匀细致的回火索氏體(tǐ)组织，為(wèi)以后的表面淬火和渗氮处理(lǐ)时减少变形作准备，因此调质也可(kě)作為(wèi)预备热处理(lǐ)。

利用(yòng)数控車(chē)床，编制数控程序，将毛坯加工成型材。

（1）调质热处理(lǐ)

   45钢是中碳结构钢，冷热加工性能(néng)都不错，机械性能(néng)较好，且价格低，来源广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸和要求比较高的工件不宜采用(yòng)。

   因為(wèi)45钢淬透性低，故应采用(yòng)冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应当淬透，但不是冷透。如果工件在盐水中冷透，就有(yǒu)可(kě)能(néng)使工件裂开，这是因為(wèi)当工件冷却到180°左右时，奥氏體(tǐ)迅速转变為(wèi)马氏體(tǐ)造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度區(qū)域，就应采取缓冷的方式，由于出水温度难以掌控，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可(kě)出水空冷，油冷更好。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，做规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至裂开。

（2）表面淬火，低温回火

  表面淬火是仅对工件表层进行淬火以改变表层组织和性能(néng)的热处理(lǐ)工艺，它是通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现的，即利用(yòng)快速加热使工件表面快速的加热到淬火温度，在不等热量充分(fēn)传到心部时，即迅速冷却，使表层得到马氏體(tǐ)而被淬硬，而心部仍保持為(wèi)未淬火状态的组织，即原来塑性、韧性较好的退火、正火或调质状态的组织。

（3）低温人工时效

将零件加热到120~150℃进行去应力退火，長(cháng)时间保温后（5-12小(xiǎo)时）取出在空气中冷却。目的是為(wèi)了减小(xiǎo)淬火后轴零件内的微观应力、机械加工残余应力，防止变形及开裂。低温人工时效操作简单、成本低。相比自然时效节省时间，残余应力去除较為(wèi)彻底。

将热处理(lǐ)后的型材重新(xīn)装夹在数控車(chē)床上，利用(yòng)数控编制程序，对型材进行精加工。精加工包括精車(chē)外圆、車(chē)螺纹、切槽、铣键槽、铣齿。