花键齿轮轴的加工工艺及功能用途研究

姜 超

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司设计研究院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

花键齿轮轴作为生产工作中比较常见的轴类之一，它具有较大的传动力，在机械中起到传递和控制的作用，由于它的传递性能好，在运作中可以减小能量的损失带来由电机传动出能量的最初效果，所以它被广泛用于机械传动中的一级传动，由花键齿轮轴来控制能量变换的，显而易见它充分体现出了自己的着实作用。

1 花键和齿轮的论述

1.1 花键的功能特点

（1）花键的联接。花键联接由内花键和外花键组成。内、外花键均为多齿零件，在内圆柱表面上的花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。显然，花键联接是平键联接在数目上的发展。

（2）花键使用特点。由于结构形式和制造工艺的不同，与平键联接比较，花键联接在强度、工艺和使用方面有下列特点：①因为在轴上与毂孔上直接而均匀地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀；②因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；③齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；④轴上零件与轴的对中性好，这对高速及精密机器很重要；⑤导向性好，这对动联接很重要；⑥可用磨削的方法提高加工精度及联接质量；⑦制造工艺较复杂，有时需要专门设备，成本较高。

（3）适用场合。花键的定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联接。

（4）花键连接的分类及特点。花键联接按齿形的不同，可分为矩形花键渐开线花键和三角形花键三类，这三类花键均已标准化。

（5）键连接特点。键连接具有以下特点：①齿较多、工作面积大、承载能力较高；②键均匀分布，各键齿受力较均匀；③齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少；④轴上零件对中性好；⑤导向性较好；⑥加工需专用设备、制造成本高。

1.2 齿轮的作用和种类

（1）齿轮作用。齿轮是由很多齿芽组成的，它具有良好的啮合性。它通过主齿与副齿及其他齿轮的啮合配合来改变机械的转速和运动方向，因为齿轮与齿轮啮合时齿芽接触次数频繁、接触面积大而密集、且齿轮啮合的深呈严密交叉状，所以它在转动中可以非常好地控制能量的进出以至达到能量损失的最低效果。

（2）齿轮种类。齿轮按齿廓曲线可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮等。按外形可分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆-蜗轮等；按轮齿所在的表面可分为外齿轮和内齿轮；按齿线形状可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等。按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。

2 花键齿轮轴的加工步骤

花键齿轮轴的加工步骤：①花键齿轮轴零件图样分析；②毛坯选择；③确定定位基准；④划分阶段；⑤确定主要表面的加工方法；⑥热处理工序安排；⑦加工尺寸和切削用量；⑧选择加工路线流程；⑨拟定工艺过程。

3 加工工艺的制定与加工过程分析

通过实际生产加工，从中得到了经验，掌握了花键齿轮轴的加工方案。首先，车削阶段由C630卧式车床加工。粗车较大毛坯件一般采用吊夹的方式打中心孔，将工件夹端用三爪卡盘夹好另一端通过天车将其吊起，先用粉笔在需打中心孔的一段涂抹标记下，然后用卡尺三次测量其外圆直径取中心值的一半，上下两头划中心交叉线，最后用尾座顶尖将手钻后眼儿顶住钻工件中心点钻到旋角尾为止，另一端采用旋夹方式找正的方式打眼儿。粗车各部留量6mm，由于40Cr是高硬度材质，切削是一定要注意主轴的转速和进给用量，主轴转速不宜太快进给量不宜太大以免出现打刀和闷车的状况，一般转速调到80r/min，吃刀量6mm，进给量0.38mm/r即可，由于是锻件表面十分不光整凹坑较多所以先选用45°车刀慢转粗车扒皮，外圆见光后主轴转速调到190r/min选用90°车刀正常切削留量至粗车后要求尺寸。粗车后工件需要调制，调制过程需要热处理主要是为了检测、强化对材料的硬度和物理性能及承受力的大小的检查。修研中心孔保证工件同轴度，消除中心孔的热处理变形和氧化皮，提高定位基准的精度和减小表面的粗糙度，为精磨做准备，以免两中心孔不同心而导致工件的偏心带来的顶尖顶不上、工件磨不圆等严重问题。

4 结语

在花键齿轮轴的粗加工过程中首先应当注意的是毛坯尺寸的选择以及一定要打好两端中心孔，其次在半精加工中一定要量好各部位尺寸，留好余量，这对工件的调制、对工件进行热处理去除残余应力、选择正确的热处理方式以及热处理之后的磨削都起到决定性作用，如果工件的余量小，那么在淬火后由于物体会发生热胀冷缩的现象所以工件的现尺寸会比实际尺寸小很多，从而就给下一步的磨削带来困难,导致花键回转面部分磨不圆工件达不到工艺要求等等。

在花键和齿轮加工过程一定要细心选好刀具和调好机床，测量之前先检查测量工具能否归零，在加工过程中多用样板和千分尺等测量工具以免一时疏忽发生错误，最后精加工阶段主要是对工件的各个部位进行精确的加工，主要是对留磨部位进一步的精确磨削来达到工艺要求尺寸。

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