换挡叉课程设计说明书

中北大学课程设计说明书

目录

1零件工艺性分析 (1)

1.1换挡叉的概述 (1)

1.2换挡叉的技术要求 (1)

1.3分析换挡叉的工艺性 (2)

1.4确定换挡叉的工艺类型 (3)

2换挡叉机械加工工艺规程设计 (3)

2.1换挡叉材料及毛坯制造方法 (3)

2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量 (2)

2.3定位基准的选择 (4)

2.4制订工艺路线 (5)

2.5确定切削用量及基本工时 (7)

3 铣槽14专用机床夹具设计 (12)

3.1设计主旨 (12)

3.2夹具设计 (12)

4课程设计总结 (13)

6参考文献 (12)

1零件工艺性分析

1.1换挡叉的概述

1.1.1换挡叉的功用

换挡叉头以孔套在变素差叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联接，换挡叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中，当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，换挡叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。

1.1.2换挡叉的结构特点

换挡叉在改变档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应换挡叉的工作条件。该零件的主要工作表面为换挡叉脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。

1.2换挡叉的技术要求

换挡叉零件技术要求如下表

该换挡叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。差脚两端面以及换挡叉头部方槽两侧面在工作中需承受冲击载荷为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为55-63HRC ；

为保证换挡叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔027.0016+φmm 垂直度为0.1。为

保证换挡叉在叉轴上有准确的位置，该换档位准确，换挡叉采用螺栓螺纹连接定位。为保证整个零件的硬度和加工性能，要求对整个零件进行热处理、调质，硬度为18-25HRC 。 综上所述，该换挡叉零件的各项技术要求制定的较为合理，符合该零件在变速箱中的功用。

1.3分析换挡叉的工艺性

分析零件图可知，拨插头两端面和差脚两端面均要求切削加工，且在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少里加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度；16φmm 孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表

面（换挡叉脚两端面、内表面07.0043+R mm 和差轴孔027.0016+φmm ）外，其余表面加工精度均

较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。

1.4确定换挡叉的工艺类型

设计要求该零件的生产类型为大批生产。

2换挡叉机械加工工艺规程设计

2.1换挡叉材料及毛坯制造方法

由于该换挡叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强换挡叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件，该换挡叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属于中批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用砂型铸造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5°。

2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量

要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

2.2.1铸件机械加工余量等级

查表2-5[1]得铸件机械加工余量等级为F~H ，取G 级。

2.2.2铸件公差等级

由于铸件选择机器造型，材料为ZG45Ⅱ，生产类型为大批量，查表2-1[1]得铸件公差等级CT 为8~12级，取10级。

2.2.3确定铸件基本尺寸

换挡叉铸件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下：

2.3定位基准的选择 2.

3.1粗基准

作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。 粗基准：选择换挡叉脚两端面和内表面作为粗基准。

2.3.2精基准

根据该换挡叉零件的技术要求和装配要求，选择换挡叉头右端面和叉轴孔027

.0016+φmm

做为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。

叉轴孔027.0016+φmm 的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工换挡叉脚两端面，实

现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。

选用换挡叉左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该换挡叉在轴方

向的尺寸多以该端面作为设计基准；

另外，由于换挡叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避面在机械加工中产生加紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能做用在叉杆上。

选用换挡叉头右端面作精基准，夹紧可作用在换挡叉左端面上，加紧稳定可靠。

2.4制订工艺路线

2.4.1工艺路线方案一

工序1：粗铣换挡叉头左右两端面

工序2：钻

16

φ

mm孔。

工序3：拉

16

φ

mm孔至图样尺寸。

工序4：锪

16

φ

mm孔处倒角1×45o。

工序5：粗铣换挡叉头上端面。

工序6：粗铣—精铣换挡叉头部方槽。

工序7：粗铣—精铣—磨削换挡叉脚两端面。

工序8：粗铣—精铣换挡叉脚内表面。

工序9：粗铣螺纹孔端面。

工序10：钻M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺纹M10mm。工序11：清洗。

工序12：终检。

2.4.2工艺路线方案二

工序1：粗铣换挡叉头左右两端面

工序2：钻16

φmm孔。

工序3：拉16

φmm孔至图样尺寸。

工序4：锪16

φmm孔处倒角1×45o。

工序5：粗铣—精铣—磨削换挡叉脚两端面。

工序6：粗铣—精铣换挡叉脚内表面。

工序7：粗铣换挡叉头上端面。

工序8：粗铣—精铣换挡叉头部方槽。

工序9：粗铣螺纹孔端面。

工序10：钻M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺纹M10mm。

工序11：清洗。

工序12：终检。

2.4.3工艺方案的比较与分析

上述两个方案的特点在于：方案一是先加工换挡叉头部两端面及Φ16mm孔，再加工换挡叉头部方槽，再加工换挡叉脚部端面及内表面，最后加工M10mm螺纹孔。方案二是先加工换挡叉头部两端面及Φ16mm孔，再加工换挡叉脚部端面及内表面，再加工换挡叉头部方槽，最后加工M10mm螺纹孔。显然在加工换挡叉脚部端面及内表面之后在加工换挡叉头部方槽，较易保证方槽的加工精度和形位公差，所以方案二较合理。

2.4.4工艺路线确定

在综合考虑工序顺序安排原则的基础上，表4列出了换挡叉的工艺路线。

表4换挡叉工艺路线及定位基准、设备的选用

2.5确定切削用量及基本工时 2.5.1切削用量的计算

工序1：同时粗铣换挡叉头左右两端面。

该工序就一个工步，即同时粗铣换挡叉头左右两个端面。 （1）背吃刀量的确定 1.22)422.46(=÷-=p a mm

（2）进给量的确定 由表5-7，按机床功率5~10kW 、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，

该工件的每齿进给量z f 取为0.08mm/z 。

（3）铣削速度计算 由表5-9，按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v 可取为

44.9m/min 。由公式（5-1）n=1000v/πd 可求得该工序铣刀转速，即n=1000×44.9m/min/π×80=178.65r/min ，参照表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min 。再取此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度v=n πd/1000=40.2m/min 。 工序2：钻Φ16mm 孔。

（1） 背吃刀量的确定 由表2-28，15=p a mm 。

（2） 进给量的确定 查表5-22，按钢件45刚查表得进给量取f =0.25mm/r 。

（3） 切削速度的确定 查表5-22得切削速度v=20m/min. 工序3：拉Φ16mm 孔。

（1） 背吃刀量的确定 11516=-=p a mm 。

（2） 进给量的确定 查表5-33得拉削进给量z f =0.05mm/z

（3） 切削速度的确定 查表5-34，取第2组切削速度，切削速度为v=4m/min. 工序4：锪Φ16mm 孔两端倒角1×45o

（1） 背吃刀量的确定 7.045sin 1=?= p a mm （2） 进给量的确定 查表5-32，取进给量f =0.10mm/r. （3） 切削速度的确定 查表5-32，取切削速度v=14m/min. 工序5：粗铣—精铣换挡叉脚两端面

本工序由两个工步组成，即工步1：同时粗铣换挡叉脚两端面；工步2：同时精铣换挡叉脚两端面。

（1） 背吃刀量的确定 工步2的机械加工余量为1mm ，所以工步1的背吃刀量

9.019.11=-=p a mm ；工步2的背吃刀量12=p a mm 。

（2） 进给量的确定 工步1：查表5-7，取每齿进给量z f = 0.08mm/z ；工步2：查表5-8，

进给量f =1.5mm/r 。

（3） 铣削速度的确定 工步1：铣削速度同工序1，即:v 1=40.2m/min ；工步2：铣削速度

同工步1，即v 2=40.2m/min.

工序6：粗铣—精铣叉脚内侧面

本工序由两个工步组成，即工步1：粗铣换挡叉脚内侧面； 工步2：精铣换挡叉脚内侧面。

（1）背吃刀量的确定 工步2的机械加工余量为1mm ，所以工步1的背吃刀量

2.112.21=-=p a mm ；工步2的背吃刀量12=p a mm 。

（2）进给量的确定 工步1：查表5-7，取每齿进给量z f = 0.08mm/z ；工步2：查表5-8，进

给量f =1.5mm/r 。

（3）铣削速度的确定 工步1：铣削速度同工序1，即:v 1=40.2m/min ；工步2：铣削速度同

工步1，即v 2=40.2m/min

工序7：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽

本工序共有三道工步，即工步1：粗铣换挡叉头上端面；工步2：粗铣方槽；工步3：精铣方槽。

（1） 背吃刀量的确定 工步1：6.21=p a mm ；工步2：由于精加工余量为1mm ，所以

101112=-=p a mm ；工步3：该工步进给量包括方槽纵向背吃刀量和左侧及右侧

横向背吃刀量，三个背吃刀量相同，即13=p a mm 。

（2） 进给量的确定 工步1和工步2的进给量相同，即08.021==z z f f mm/z ；工步3的

进给量为f =1.5mm/r 。

（3） 铣削速度的确定 三个工步的切削速度相同，即v=40.2m/min 。 工序8：粗铣螺纹孔端面

（1） 背吃刀量的确定 5.2145.16=-=p a mm 。 （2） 进给量的确定 z f = 0.08mm/z 。 （3） 铣削速度的确定 v=40.2m/min 。

工序9：钻M10mm 底孔Φ8.5mm ，倒角120，攻M10mm 螺纹

本工序包括三道工步，即工步1：用Φ8.5mm 的麻花钻钻削底孔；工步2：用锪钻钻削

120倒角；工步3：攻M10mm 螺纹。

（1） 背吃刀量的确定 工步1：5.81=p a mm ；工步2：2p a =0.5mm ；工步3：

5.15.8101=-=p a mm 。

（2） 进给量的确定 工步1：查表5-22，按钢件45刚查表得进给量取1f =0.0.15mm/r 。工

步2：查表5-32，取进给量2f =0.10mm/r ；工步3：由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，取本螺纹的螺距为1mm ，所以本工步的进给量3f =1mm 。

（3） 切削速度的确定 工步1：查表5-22得切削速度v=20m/min ；工步2：查表5-32，取

切削速度v=14m/min 。工步3：由表5-37差得攻螺纹的切削速度v=3~8m/min ，暂取v=3m/min 。由公式（5-1）求该工步的主轴转速8.391000≈?=

d

v

n πr/min ，又由立

式钻床主轴转速表4-9，取转速44r/min 。再将此转速代入公式（5-1）可求出该工步的实际切削速度32.31000/==d n v πm/min 。

工序10：钻通孔Φ2mm

（1）背吃刀量的确定 2=p a mm 。 （2）进给量的确定 f =0.08mm 。 （3）切削速度的确定 v=20m/min 。

2.5.2基本工时的计算

工序1：同时粗铣换挡叉头左右两端面

按表5-43，取

l =22mm ，54.21)484640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，

22=l mm s f l l l t Mz j 4.12min 21.0160

1008.02

54.22221=≈??++=++=

工序2：钻Φ16mm 孔

根据表5-41，取

l =42mm ，4.6154cot 2

15

)2~1(cot 211≈+?=+-=

r d D l κmm ，12=l mm s f l l l t Mz j 9.30min 51.0960

1.01

4.64221=≈?++=++=

工序3：拉Φ16mm 孔

设拉刀长度为400mm ，则

s t j 6.6min 11.04000

400

42=≈+=

工序5：粗铣—精铣换挡叉脚两端面

l =19mm ，14.21)361640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，

22=l mm s i f l l l t Mz j 49min 82.04160

1008.02

14.22221=≈???++=?++=

工序6：粗铣—精铣叉脚内侧面

l =26mm ，2.21)676640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，

22=l mm s i f l l l t Mz j 6.56min 94.04160

1008.02

2.22621=≈???++=?++=

工序7：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽 （1） 粗铣换挡叉头上端面时所用基本工时计算：

l =42mm ，5.71)1764640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，

22=l mm s f l l l t Mz j 1.24min 40.0160

1008.02

5.74221=≈??++=++=

（2） 粗铣方槽所用基本工时为

l =12mm ，5.11)144640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，2

2=l mm s f l l l t Mz i 3.7min 12.0160

1008.025.11221=≈??++=++=

（3） 精铣方槽两侧面所用基本工时为

l =12mm ，5.11)144640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，2

2=l mm s i f l l l t Mz j 6.14min 24.02160

1008.02

5.11221=≈???++=?++=

工序8：粗铣螺纹孔端面

l =14mm ，6.11)196640080(5.0)3~1()(5.02

21=+--?=+--=e a d d l mm ，2

2=l mm s f l l l t Mz j 3.8min 14.0160

1008.02

6.11421=≈??++=++=

工序9：钻M10mm 底孔Φ8.5mm ，攻M10mm 螺纹 （1）钻

M10mm

底孔Φ8.5mm

所用基本工时为l

=8mm ，

1.4154cot 2

5.8)2~1(cot 211≈+?=+-=

r d D l κmm

，

1

2=l mm

s f l l l t Mz i 2.8min 14.0960

1.01

1.4821=≈?++=++=

（2）攻M10mm 螺纹所用基本工时为

l =8mm ，212)3~1(1=?==p l mm ，212)3~2(1=?==p l mm

s fn l l l fn l l l t j 7.32min 55.044122844122802121==???

?

??+++?++=???? ??+++++=

工序10：钻通孔Φ2mm

l

=29mm ，

7.1154cot 2

2

)2~1(cot 211≈+?=+-=

r d D l κmm ，12=l mm s f l l l t Mz i 8.19min 33.09601.01

7.12921=≈?++=++=

3 铣槽14专用机床夹具设计

3.1设计主旨

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。

经过选择课题和指导老师的帮助，决定设计槽14铣床夹具。本夹具将用于卧式铣床，刀具为三面刃铣刀，对工件的两端面同时进行铣削。

3.2夹具设计 3.2.1约束自由度

由于加工19、20两端面，所以至少要约束Z 轴的平移、X 轴旋转和Y 轴的旋转。

3.2.2设计夹具定位夹紧结构

因为只需约束三个自由度，

所以设计为小圆面、支撑板和大圆柱销定位结构来限制自由度，详见右图。

3.2.3定位误差分析

工件在竖直平面内最大转角误差 Δ

dw =Δ

db

=arctan

L

T T Hz Hg

+≈

7

.0o

T Hg

为小圆面上偏差； T

Hz

为支撑板上偏差；

L 为二者之间距离。

3.2.4夹紧力计算

R

R F F

f k

C

J

1

2

==2.5×

60

*5.0100

*3000N=25kN 。

4课程设计总结

此方案虽然也存在不足之处，但总体上可以满足要求，而且操作和经济性都很方便。汽车产业逐渐成为我国的支柱产业，汽车生产商不断加强在汽车研发上的物力、财力、和人力的投入。拨叉作为汽车上不可缺少的零件，它的好与坏直接影响汽车的传输动力效率，提高拨叉的技术水平和合理性是汽车在研发部门的重中之重。

在设计过程中，与同组的其他人员有异同的地方，例如换挡叉的工艺路线，工序过程，经过我们的反复讨论和分析，再根据我们在设计拨叉时所采用的车型不同，最终我们采取了比较合理的设计方案。在不断修改的过程中，使我们在设计时考虑问题更加缜密，设计出来的产品更加合理。

本设计还存在很多不足之处，一是由于本人对CAXA画图软件的掌握还不够好，二是本人对换档叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。

5参考文献

[1]赵丽娟，冷岳峰.机械几何量精度设计与检测[M]阜新:辽宁工程技术大学出版社,2010.

[2]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M]北京:冶金工业出版社,2002.

[3]李凤平，张士庆.机械图学[M]沈阳:东北大学出版社,2003.

[4]黄健求.机械制造技术基础[M]北京:机械工业出版社,2010.

[5]徐萃萍，赵树国.工程材料与成型工艺[M]北京:冶金工业出版社,2010.

[6]孙志礼，冷兴聚.机械设计[M]沈阳:东北大学,2000.

[7]李育锡.机械设计课程设计[M]北京:高等教育出版社,2008.

[8]吴拓，方琼珊.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导[M] 北京:机械工业出版社,2006.

[9]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M]北京:化学工业出版社,2007.

[10]孙恒，陈作模.机械原理[M]北京:高等教育出版社,2006.