齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用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着重要借鉴意义。首先分析了齿轮轴零件的作用和加工工艺性，然后进行工艺规程设计。齿轮轴零件的机械综合性能要求较高，一般选择锻件作为毛坯。

    轮轴一般是小齿轮（齿数少的齿轮），运用在高速级（也就是底扭矩级）传动中。聚英机械可以生产大模数的长轴齿轮，应用于大型煤矿及建筑机械类产品。齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，因为处在高速级，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体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长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。对于其他工作轴径，如安装齿轮、带轮、螺母、轴套等零件的轴径，除了有本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常还要求其轴线与两支承轴径的公共线同轴，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和轴做成一体无需键配合的一种常见机械零件。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用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。轴的中间部位为斜齿轮部分，主要传递运动和动力。

传统齿轮轴加工利用普通车床、铣床等，依靠技师进行手工操作，生产率低，耗时长，精度低。而聚英机械是使用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

 材料分析生产类型确定

45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。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。45钢淬火温度在A3+(30～50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。

45钢可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是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高强度和高韧性，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，它可冷挤压为成形零件，如球头销、推力杆等。45钢是轴类零件的常用材料，淬火后表面硬度可达45～52HRC 它价格便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。45钢还广泛用于机械制造等，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

设计中齿轮轴范例采用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》查表可知45钢密度ρ=cm???³

根据图纸体积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%）=

根据表可知生产类型为批量生产

 选择毛坯，绘制零件图或根据已有详图进行加工

 选择毛坯种类及制造形式

毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。选用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满足用户要求的程度。它主要包括外观质量、内在质量和使用质量。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理性能、力学性能、金相组织、化学成分、偏析、内应力、致密度、内部缺陷等；使用质量包括毛坯的抗疲劳性能、高温及低温力学性能、耐磨性、耐蚀性和精度保持性等。毛坯材料的选用是保证产品内在质量的一个主要因素。 毛坯选用的原则有：①满足材料的工艺性能要求。如碳钢主要使用锻造生产，但其中某些牌号也有较好的铸造性能；②满足零件的使用性能要求；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，中小型齿轮轴可选择模锻件，一些小齿轮轴也可制作成整体毛坯。若锻件毛坯为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T15826系列标准；若毛坯为钢质模锻件，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45钢，制造形式采用锻件。

 核算毛坯尺寸及机械加工余量

国标中规定钢质模锻件的公差分为两级，即普通级和精密级。精密级公差适用于有较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能达到的锻件，一般不宜采用。精密级公差可用于某一锻件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平锻件只采用普通级。由齿轮轴零件的功用和技术要求，可确定该零件的公差等级为普通级。锻件精度等级为F级。

根据零件图要求，采用粗车余量2mm。

根据零件图尺寸和加工余量可基本上确定毛坯的尺寸直径φ40mm，长120mm。

 选择加工方法，制定工艺路线

预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。本设计热处理工艺有退火、正火、时效、调质。

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

（2）时效处理：时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。为避免过多运输工作量，对于一般精度的零件，在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件，应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件，为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次时效处理。

（3）调质：调质即是在淬火后进行高温回火处理，它能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形作准备，因此调质也可作为预备热处理。

利用数控车床，编制数控程序，将毛坯加工成型材。

（1）调质热处理

   45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，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。

   因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的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，就有可能使工件裂开，这是因为当工件冷却到180°左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，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的热处理工艺，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，在不等热量充分传到心部时，即迅速冷却，使表层得到马氏体而被淬硬，而心部仍保持为未淬火状态的组织，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，长时间保温后（5-12小时）取出在空气中冷却。目的是为了减小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，残余应力去除较为彻底。

将热处理后的型材重新装夹在数控车床上，利用数控编制程序，对型材进行精加工。精加工包括精车外圆、车螺纹、切槽、铣键槽、铣齿。