传动轴的加工工艺及夹具设计

摘 要：传动轴是汽车的关键部件，它将汽车的变速器和主减速器有机的连接在一起，在汽车的运转过程中起到至关重要的作用。传动轴的夹具设计好坏直接影响其加工精度，加工工艺的高低直接影响工作性能、装配精度以及使用寿命。

关键词：传动轴；加工工艺；夹具设计

通常，传动轴是由轴管、伸缩套以及万向节构成，是汽车底盘的重要组成部分。随着人们出行的频率的提高，极大地促进了汽车行业的快速发展，然而对于大多汽车购买者而言，汽车的寿命往往是购买者需要考虑的首要因素。传动轴作为汽车的关键部件，在汽车的使用寿命中有着举足轻重的作用，因此对传动轴的加工工艺分析以及对其夹具的合理化设计研究势必成为热点。

1 传动轴结构工艺的分析

传动轴轴管硬度大，使得其表面加工难度比较大，同时要求轴管表面加工精度高，因此，我们为减少加工工作量以及减轻加工难度，通常我们在设计传动轴的过程中都采取简单、合理并且易加工的机械结构，使得传动轴有良好的加工工艺性能。万向节和伸缩套是传动轴的重要组成零件，也是加工难度较大的部分，其表面和圆弧面都是不易加工的地方。考虑到传动轴的结构特点以及加工难易程度，因此传动轴的加工工艺性能通常需要考虑以下几个方面。

1.1 轴管上轴线平行孔的工艺性

鉴于传动轴的需求量大，往往加工过程需要大批量生产，但是对于轴管而言，轴上的孔如果他们的轴线平行，我们会在尽可能的减少装夹次数的前提下，使用多把刀具在一次装夹过程中完成多道工序，尽量避免装夹误差影响孔的加工工艺性。同时在镗孔的过程中，要求镗孔小刀可顺利通过，减少回刀时间，提高生产效率。

1.2 轴管上孔中心距大小的工艺性

轴管属于回转性零件，在镗孔的过程中，当孔大小不一致时，需要换多把镗刀，或者使用组合机床，此时孔中心距的大小严重影响加工效率，孔中心距若太小，组合机床多把刀同时工作可能发生干涉，可能振动加剧，严重影响加工精度。同若孔的形状公差需要保证，则孔中心距的大小在设计的时候必须予以重视。

1.3 轴管孔的基本布置形式

轴管孔多数为通孔，同时两端与万向节连接处偶有阶梯孔，因此不同的孔径比折射出不同的工艺性能。当孔径比大于1但是小于1.5时，属于短圆柱孔，该类孔的工艺性能较好；当孔径比大于1.5时，属于深孔，深孔的加工难度大，因此工艺性较差。阶梯孔的工艺性也受孔径比的影响，其中孔径比快接近通孔时，加工难度容易，工艺性能较好，但孔径比远离通孔孔径比时，加工难度较大，工艺性能差。

2 传动轴零件加工工艺分析

传动轴的零件包括轴管、伸缩套、万向节，加工工艺直接影响零件的装配精度、零件的使用寿命，因此对于加工工艺的分析显得尤为重要。万向节在传动轴中的作用相当于大脑作用，没有万向节的连接作用加辅助支撑以及旋转的作用，传动轴将无法正常工作。对于万向节如此重要的作用，因此此处我们将着重讨论万向节的加工工艺。

2.1 万向节的主要技术要求

万向节的主要技术要求，包括毛坯的选择，材料的选择，同时还对空和平面有较大的加工精度要求。我们可以大致的概括如下：主要的孔我们需要注意形状公差，尺寸公差，以及表面粗糙度等因素；主要的空与空之间，我们需要考虑位置公差，如平行度、同轴度等因素；主要的平面我们需要考虑粗糙度，平面度等因素。

2.2 万向节的材料和毛坯选择

由于万向节将与汽车底盘连接，因此我们首先考虑减震性能，同时还需要易于加工，因此切削性能也需要考虑。若成本也考虑进来的话，那么材料最好的选择便是灰铸铁，但是灰铸铁的强度性能不够，考虑多到方面的因素，选择45号钢才是最优的选择。材料的选择主要受工作条件的限制，但是对于万向节，由于其加工工序比较复杂，因此在大批量的生产中，为了提高生产率，万向节的模型可通过铸造首先成模，然后再进行粗加工精加工。

2.3 万向节加工过程中定位基准的选择

为保证万向节在加工过程中的余量均匀，因此定位基准的选择显得尤为重要。万向节直接连接汽车底盘，为减少振动和共振，连接处需要有一定间隙。同时为减小加工误差，需要减少加工工序，保证万向节的精度，加工万向节时尽可能满足基准统一原则。

2.4 万向节主要加工表面加工工序安排

首先，满足先面后孔原则。由于平面的面积通常较大，定位十分方便且可靠，可有效减少零件的变形，从而提高加工精度。而传动轴的设计基准通常是和万向节的基准一致，同时加工的过程都保持相同的原则，这样可使得装配精度提高。另外，先加工平面以后再去钻孔，可有效防止孔钻偏或者钻斜，有效的保护刀具。其次，粗加工和精加工过程需要分开。由于粗加工时需要的切削余量大，因此切削过程应力较大，可能导致的变形量也会增大。但是精加工过程，加工余量小，相对而言切削应力较小，对于刚性好的零件而言，其变形几乎不会影响加工精度，因此粗加工过程务必和精加工过程分开。最后，对于将要加工的表面，如果有位置公差的要求，那么加工工序需要尽量集中，不能随意安装与拆卸工件。

3 传动轴夾具的设计准则

夹具是机械加工中重要的助手，可以有效的简化工作量，达到提高工作效率的目的。因此，在机械加工过程中，方便而有效的夹具会使得加工过程得心应手，顺利进行，特别是在大批量的加工厂内，夹具设计的是否高效，严重关乎着企业的利润。

3.1 满足传动轴的各项指标要求

设计专用夹具的前提就是所设计的夹具必须能够保证加工精度，其次再考虑加工效率以及夹具的简单程度。通常设计夹具是从定位方案的确定、夹紧方案的选择、对刀装置的设计以及导向装置的使用等方面来考虑。

3.2 设计夹具尽量采用标准件

在设计夹具的过程中，能使用标准件的尽量使用标准件，这样可以缩短夹具的设计周期，简化设计步骤，同时节约夹具的制造成本。

4 结语

通过分析传动轴的工作条件，确定传动轴零件的加工工艺，拟定了合理的加工过程，同时制定了合适的加工路线。最后，在满足工作条件的情况下，对传动轴的专用夹具设计准则进行了合理化分析，得出了夹具设计的注意事项。

参考文献：

[1] 黄如林.切削加工简明实用手册[M].北京：化学工业出版社，2009.

作者简介：张榕宾（1976-），男，汉族，本科，一级指导教师（讲师），研究方向：数控机加工。