十字轴课程设计十字轴说明书

前言

大四最后一次课程设计，我们对车辆也有了一定的了解，车辆正以迅猛的态势发展，加工方法和制造工艺进一步完善与开拓，在传统的切削、磨削技术不断发展，上升到新的高度的同时，开拓出新的工艺可能性，达到新的技术水平，并在生产中发挥重要作用。

所以我们要更加重视这些可以锻炼我们实践能力的机会，透过对十字轴的测绘能更好的提高我的动手和绘图能力，和课本理论知识相结合，从而提高我综合能力，增强机械零部件形体的空间概念。

而老师这次比较重视工艺方面，我也在这方面得到很大的锻炼，从而让我更加了解机械加工工艺的各个流程，确定各工序定位基准，加工余量，工艺卡等，对提高自身的专业知识应用能力有重大的意义。

目录

1.十字轴的测绘 (1)

1.1.测绘的目的和意义 (1)

1.2测绘的方法和注意事项 (1)

1.3测量工具 (1)

1.4测量过程 (1)

2十字轴简介 (2)

3十字轴三维建模 (2)

4工程图的制作 (3)

5加工工艺的制定 (4)

5.1零件的材料及技术要求的确定 (4)

5.2 加工工艺流程的制定 (4)

5.3 各个工序定位基准的选择 (4)

5.3.1 粗基准的选择 (5)

5.3.2精基准的选择 (5)

5.4 工序及尺寸公差的确定 (7)

5.5 热处理 (8)

5.5.1正火 (8)

5.5.2渗碳 (8)

5.5.3淬火 (8)

5.6 机加工设备的选择 (9)

5.6.1 机床的选择 (9)

5.6.1工艺装备的选择 (9)

结语 (9)

致谢 (10)

参考文献 (11)

1.十字轴的测绘

1.1.测绘的目的和意义

通过对十字轴的测绘，掌握一般测绘程序和步骤；近而掌握各类零件草图和工作图的绘制方法；掌握常用测量工具的测量方法；掌握尺寸的分类及尺寸协调和圆整的原则和方法；理解零、部件中的公差、配合、粗糙度及其它技术条件的基本鉴别原则；了解零件常用材料及其加工方法；有效地将制图课、金工、工厂实习等环节接触到的相关知识综合应用，从而提高设计绘图能力。意义是培养我们的图示能力，读图能力，空间想象能力和思维能力以及绘图的实际技能，为使我们绘制的图样与生产实际接轨起了过渡作用。

1.2测绘的方法和注意事项

现场测绘，根据测绘部件的大小、要求的精确度带好测量工具，小部件、要求高的就游标卡尺、深度尺等等，大部件、要求不高的就带米尺等工具，画个草图，记录测量数据.这些只是测绘的初步工作，在得到这些测量数据后，你还要根据机械设计手册里面的相关公式进行计算核对，然后再得出正确的数值，因为你实际测得的数据大部分都是零件磨损后的尺寸，不能为准，还是要计算设计才行，切记，否则你画出的零件可能就不符合要求。最后才是出图加工，精度公差要求要确定好。注意事项：进行测绘前，必须对该设备的结构性能、动作原理、使用情况等作初步了解；测量零件尺寸时，要正确地选择基准面；测量磨损零件时，对于测量位置的选择要特别注意，尽可能地选择在未磨损或磨损较少的部位；对零件的磨损原因应加分析，以便在修理时加以改进；测绘零件的某一尺寸时，必须同时也要测量配合零件的相应尺寸，尤其是在只更换一个零件时更应如此；测量孔径时，采用4点测量法，即在零件孔的两端各测量两处；测量轴的外径时，要选择适当部位进行，以便判断零件的形状误差；测量零件的锥度或斜度时，首先要看它是否是标准锥度或斜度。

1.3测量工具

直尺、游标卡尺、千分尺

1.4测量过程

现场测绘，根据测绘部件的大小、要求的精确度带好测量工具，小部件、要求高的

就游标卡尺、深度尺等等，大部件、要求不高的就带米尺等工具，画个草图，记录测量数据.这些只是测绘的初步工作，在得到这些测量数据后，你还要根据机械设计手册里面的相关公式进行计算核对，然后再得出正确的数值，因为你实际测得的数据大部分都是零件磨损后的尺寸，不能为准，还是要计算设计才行，切记，否则你画出的零件可能就不符合要求。最后才是出图加工，精度公差要求要确定好。

2十字轴简介

是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节”部件。十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为15゜～20゜。十字轴是十字轴式刚性万向节关键件之一。

特别差速器十字轴不仅支承传动零件，还要传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。为了降低成本，占领市场，要达到高质量，低成本的要求，进而对零部件提高了要求。十字轴零件小，内部需加工的地方多，设计要求严格，工序达几十多道，它是汽车上的关键零件，起着传递动力的作用，精度要求高，加工难度大。所以在加工十字轴时要注意尺寸，精度，结构，锻造，车削等方面都要进行更精密的加工[

3十字轴三维建模

我是先画中心的部分，然后以中心部分为基准再画四根轴。中心部分要画一球体，然后进行拉伸得到。最后画其中的一根轴，进行阵列所得。图一是从不同角度对十字轴的观察。

图一 差速器十字轴三维图

4工程图的制作

先画主视图，然后画左视图。十字轴的主视图和俯视图是一样的，所以画两个视

图就可以表达出十字轴的结构。图二是十字轴的二维图。

图2 差速器十字轴

5加工工艺的制定

5.1零件的材料及技术要求的确定

零件材料的选择应该立足于国内，尽量选择我国资源丰富的材料，尽量不要选择贵重金属材料，差速器十字轴的材料选择，根据零件要求要有一定的强度和耐磨性，一般常选用20CrMnTi等低碳合金结构（渗碳材料），经渗碳淬火后表面具有高的硬度而轴心部分保持相当的强度和韧性，并且要求的力学性能高，质量在25Kg以内，需要大批量生产，因此选择锻模的制造形式。技术要求：1.极限与配合：该零件配合是孔轴配合，为G8/g8；

2.表面粗糙度，各表面粗糙度见图2；

5.2 加工工艺流程的制定

落料——锻模——正火——车基准孔和四轴颈端面——打定位孔—粗、精车外圆——车M、N面—M、N面去锐棱——渗碳——淬火——整形或修正定位孔——粗磨轴颈——半精磨轴颈——精磨轴颈——检验——入库。

5.3 各个工序定位基准的选择

5.3.1 粗基准的选择

粗基准的选择将影响的加工面和不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配，并

且第一道加工工序首先要遇到基准选择问题，因此正确选择粗基准对保证产品质量将有重

要影响。

在选择粗基准时，一般应遵循下列原则：

（1）保证相互位置要求的原则

如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。（2）保证加工表面加工余量合理分配的原则

如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗基准。（3）便于工件装夹的原则

选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠及夹具结构简单、操作方便等的问题。

为保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有足够大的尺寸，不

允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。

（4）粗基准一般不得重复使用的原则

如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面很

粗糙，在两次装夹中重复使用同一基准，就会造成相当大的定位误差。

上述选择粗基准的四条原则，每一原则都只能说明一个方面的问题。在实际应用中有

时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据具体情况抓住主要矛盾，解决主要问题。

根据以上原则，在本课题，即十字轴设计的过程中，选择了毛坯的四个轴颈为粗基准，因为在工

序的最初阶段不对轴颈进行加工，并且轴颈方便夹装，又能使加工表面A的加工余量合理分配，并且

可保证加工A的位置精度。

5.3.2精基准的选择

选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证技术设计要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。为此，一般应遵循以下五条原则：

（1）基准重合原则

应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。这称之为基准重合原则。

（2）统一基准原则

当工件以某一精基准定位，可以比较方便的加工大多数其他表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他表面。这称之为统一基准原则。

（3）互为基准原则

某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求。这称之为互为基准原则。

（4）自为基准原则

旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。

（5）便于装夹原则

所选择的精基准，应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便，这称为便于装夹原则。

在上述五条原则中，前四条都有它们各自的应用条件，唯有最后一条，即便于装夹原则是始终不能违反的。在考虑工件如何定位的同时必须认真分析工件夹紧，遵守机构的设计原则精基准选择镗孔，该孔是工艺基准孔，在零件设计过程中多个表面都可以用他作基准，符合基准统一原则；

另外，选择精基准时也应考虑要便于工件加工，并能使夹具结构简单。

根据以上原则车?131+0.50

0mm四轴颈端面时，以?27+0.20

mm及A面作精基准定位上夹具；

钻四轴端中心孔B3，以?27+0.20

mm及A面作精基准定位，上四等分夹具；

车同一轴线两端?22.50

-0.15mm外圆和车另一轴线两端外?22.50

-0.15

mm外圆，以?22.50

-0.15

mm

外圆轴线为精基准；

以?27+0.20

0mm孔及?22.50

-0.15

mm轴为精基准车削M面，然后车削N面；

粗磨同一轴线两端?22.30.02+-mm 外圆，再粗磨另一轴线两端?22.3mm 0.02+

-mm 外圆，以?22.5mm 0.02+-mm 外圆轴线为精基准；

半精磨磨同一轴线两端?0.0260.00722+-mm 外圆，以?22.3mm 0.02+-mm 轴线为精基准； 精磨磨同一轴线两端?0.0260.00722+-mm 外圆，以?0.0260.00722+-mm 外圆轴线为精基准

[13]。 5.4 工序及尺寸公差的确定

工序1根据下料要求锯料

工序2对原料锻模基本形成十字轴，然后再对毛胚正火处理

工序3在车床上，以毛胚四轴颈为粗基准，上V 形槽定位车夹具；采用φ27专用镗刀镗孔?27+0.20 0mm 工艺基准孔并倒角2mm ×45°，粗糙度为Ra12.5；采用左侧车刀车A 面，

加工余量为0.24mm ，粗糙度为Ra12.5.

工序4在车床上，以?27+0.20 0mm 及A 面作定位上夹具；采用左侧车刀和右侧刀车?131+0.50

0mm 四轴颈端面，公差为IT10,加工余量为0.24mm ，粗糙度为Ra12.5.

工序5在车床上以?27+0.20 0mm 及A 面作定位，上四等分夹具；采用专用镗刀镗四轴端定

位孔B3，公差为IT10，粗糙度为Ra12.5。

工序6在车床上，上两顶尖，装夹工件；采用左手车刀和右手刀车同一轴线两端?22.50

-0.15mm 外圆，公差为IT8，加工余量为0.12 mm ，粗糙度为6.3；车另一轴线两端外?22.50 -0.15mm 圆，公差为IT8，加工余量为0.12 mm ，粗糙度为Ra6.3。

工序7在车床上，采用左侧车刀和右侧刀车以?27+0.20 0mm 孔及?22.50

-0.15mm 孔为基准车削M 面，然后车削N 面°，公差为IT8，加工余量为0.12 mm ，粗糙度为Ra6.3。

工序8用钳工将M 、N 面?54mm 两平面修锐棱。

工序9在磨床上，以两顶尖定位装夹工件，采用外圆磨削砂轮，粗磨同一轴线两端

?22.30.02+

-mm 外圆，公差为IT8，加工余量为0.04 mm ，粗糙度为Ra1.6，再粗磨另一轴

线两端?22.30.02+

-mm 外圆，公差为IT8，加工余量为0.04 mm ，粗糙度为Ra1.6。

工序10粗磨后淬火前检查轴颈位置精度。

工序11渗碳：严格控制1.1mm ——1.6mm 的深度；淬火：严格控制HRC58——64

工序12在磨床上，采用外圆磨削砂轮，四轴颈定位孔研磨至表面粗糙度Ra0.8μm，公差为IT7，加工余量为0.02 mm 。

工序13在车床上，以两顶尖装夹工件，采用外圆磨削砂轮磨同一轴线两端?0.0260.0722+

-mm

外圆Ra0.8μm，公差为IT7，加工余量为0.02 mm ，然后磨另一端轴线两端?0.0260.0722+

-mm 外

圆Ra0.8μm，公差为IT7，加工余量为0.02 mm 。

工序14按零件工作图要求，检查加工精度。

工序15涂上防锈油入库。

5.5 热处理

十字轴的热处理主要进行正火，渗碳, 淬火.

5.5.1正火

正火，又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac ?是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与 退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

5.5.2渗碳

渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

5.5.3淬火

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms 以下（或

Ms附近等温）进行马氏体转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

5.6 机加工设备的选择

5.6.1 机床的选择

机床选择应遵循的原则：

(1) 机床的加工尺寸范围应与加工零件要求的尺寸相适应；

(2) 机床的工作精度应与工序要求的精度相适应；

(3) 机床的选择还应与零件的生产类型相适应。

5.6.1工艺装备的选择

(1) 夹具的选择:在单件小批量生产中，应选用通用夹具和组合夹具，在大批量生产中，应根据加工要求设计制造专用夹具。

(2) 刀具的选择:主要依据加工表面的尺寸、加工材料、所要求的加工精度、表面粗

糙度及选定的加工方法等选择刀具。一般应采用标准刀具，必要时采用组合刀具及专用刀具。

(3) 量具的选择:主要依据生产类型和零件加工所要求的精度等选择量具。一般在单

件小批量生产中，应选用通用量具和量仪，在大批量生产中，采用各种量规、量仪和专用

量具等[6]。

结语

老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；在这次的课程设计中，老

师对加工工艺的要求比较高，这使我们在工艺方面得到很大的锻炼，不仅检验了我所学习

的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在

设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

致谢

在此要感谢廖老师，在做课程设计时，廖老师对加工工艺和说明书格式要求比较高，在过程中，我们埋怨过老师。不过，现在明白老师的良苦用心，我们从中得到很大的锻炼，特别是加工工艺和说明书格式，这个在我们的工作中会经常用到，对我们以后的工作会有很大的帮助，在此真心的再一次感谢廖老师。

参考文献

[1] 华侨大学机电及自动化学院 .基础实验指导书[M] .泉州：华大印刷厂，2007

[2] 零点工作室.PROE3.0三维设计与工程范例[M].北京：清华大学出版社，2008

[3] 杨占敏等.轮式装载机[M].北京：化学工业出版社，2006

[4] 孟少农等.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991

[5] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2006

[6] 陈隆德等，机械精度设计与检测技术[M].北京：机械工业出版社，2000

[7] 沈莲，机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2003

[8] PTC.Pro/MECHANICA DESIGN STUDY REFERENCE. USA, 2000

[9] 王雪琴，基于UG的装载机驱动桥壳有限元分析[J] .重型机械,2007.5

[10]周晓平，轮边支承轴热处理工艺的改进[J].工程机械,2005，10

[11]葛正浩.Pro/E 3.0机械结构有限元分析[M].北京：化学工业出版社,2007

[12]陈育仪.工程机械优化设计[M].北京：铁道出版社，1987