40cr轴

2.1驱动轴的简介

驱动轴是传动系统的一个重要组成部分它是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器对于采用非独立式旋架的驱动桥根据其驱动轴内端与外端的手里状况一般又分为全浮式驱动轴、四分之三浮式驱动轴与半浮式驱动轴三种。驱动轴是旋转运动部件当轴的质心与旋转中心线不重合时会产生方向周期性变化的惯性力这一惯性力是激起驱动轴横向振动的主要原因。驱动轴呈细长形状柔度较大固有频率低。当驱动轴的工作转速与横向振动的固有频率相同时会产生共振驱动轴的振动通过悬挂传递至车身产生低频的轰鸣声严重影响乘坐舒适度与此同时驱动轴的共振还会导致驱动轴万向节的早期损坏以及与驱动轴配合的差速器半轴油封的早期磨损而漏油。

驱动轴内端以花键连接着驱动轴齿轮驱动轴齿轮在工作时只将扭矩传给驱动轴几个行星齿轮对驱动轴齿轮施加的径向力是互相平衡的因而并不传给驱动轴内端。主减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器壳。因而驱动轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。驱动轴是拖拉机的轴类零件中承受扭矩最大的零件为了满足驱动轴的强度要求。多年来世界各国除了用各种各样的计算方法外还在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着不懈的努力。

驱动轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广，需求量大。驱动轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是下料—加热—粗锻—切飞边—精锻—切飞边—表面清理—钻孔、车大端面—车孔、齐端面—拉花键—热处理—磨大端面和内孔。

拖拉机驱动轴的选材

按照驱动轴对材料力学性能的要求驱动轴常用材料是中碳钢或中碳合金钢如45、40Cr、40MnB、40CrMnMo等。具体选用何种钢号应根据驱动轴承受负载的大小驱动轴杆部的直径和淬硬层深度的要求来确定。通常是轻型车、尺寸较小的驱动轴选用中碳钢重型车、尺寸较大和工作应力大的驱动轴选用淬透性和强韧性较好的合金钢。对于主要承受扭转载荷的轴类零件钢的淬透性以保证轴的直径的1/2处能淬火为最佳。驱动轴材料依据其工作条件选用中型重车选用40Cr重型载重车选用40CrMnMo。拖拉机为中型重车故选用40Cr。

40Cr热处理工艺特性

(1)预备热处理调至钢经加热后必须经过预备热处理来降低硬度便于切削加工消除热加工时造成的组织缺陷。对于40Cr钢而言可进行正火或退火处理。(2)最终热处理调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火可以用油淬避免热处理缺陷。当强度较高时采用较低的回火温度反之选用较高的回火温度。

40Cr拖拉机驱动轴工艺路线及热处理方案分析

工艺路线为锻造→毛坯调质→加工成形→?90圆柱面与花键两处高频淬火。

该工艺方案的优点工艺简单特别是调质工艺因为调质后再进行机械加工无须考虑氧化脱碳问题

该工艺方案的缺点是加工余量大浪费材料调质效果不好。该种钢油淬时临界直径大于55mm加上加工余量根据该种钢的端淬曲线可以推知即使在表面也得不到半马氏体区实际上只能得到网状铁素体及细片状珠光体组织。花键与锥度交界处恰好是花键高频淬火的过渡区热影响区此处的强度比未经表面淬火的还差而又是应力集中的危险断面。

2工艺路线为锻造~荒车及钻直径23孔应留加工余量以备扩孔成直径23→调质→加工成形包括扩直径23→90圆柱面、锥度及花键部分高频淬火。该工艺方案的优点是克服了第

一方案的调质效果不良以及锥度与花键交界危险断面处恰好是高频淬火热影响处的弱点其使用性能将比第一方案大为改善。

该方案的缺点是加工余量大、浪费原材料增加了加工工序和工序间周转延长了生产周期对调质工序加热时氧化、脱碳的控制要求较严高频淬火时在锥度根部R3圆角处需圆角淬火为了避免有淬火过渡区锥度与花键部分应连续淬火但该两部分尺寸及几何形状不同故用同一感应圈淬火时需改变高频淬火工艺参数至少应改变工件升降速度操作比较复杂质量不易稳定。在设备条件不变的情况下第二种方案的生产周期比较长生产成本较高。

3改整体结构为组合结构即把整体分解为法兰盘和花键轴花键轴为通花键与法兰盘用花键连接。工艺路线如下法兰盘锻造→调质→加工成形花键孔只加工内孔键槽未拉直径90外圆高频淬火→拉削花键孔。花键轴棒料钻孔→调质→加工成形→花键中频淬火。

该工艺方案的优点省料再大量生产中花键轴可向钢厂订购管材调质效果要好基本上与该种钢的临界直径相适应感应加热淬火工艺单一操作方便、质量稳定因为?90外圆高频淬火目的是提高耐磨性其与法兰盘连接处直径大应力小故强度足够。花键采用中频加热淬硬层深度增加至 4.55mm疲劳强度提高经2500Hz中频淬火并200℃低温回火表面硬度为53-55HRC据测量齿的根部有589-736N/mm2的压应力由于是通花键可以一次连续淬火没有过渡区。该工艺方案的缺点是增加了法兰盘拉削内花键孔的工艺但省去了锻造拔制锥度及花键部分直径的工序简化了花键轴的加工。

试验表明采用第一种工艺方案时由于强度比较低当与行星架锥度紧配合比较好时常在锥度部分与法兰盘连接处发生剪切断他过过渡区的材料剪切强度驱动轴将在花键根部迅速剪切断裂寿命更低。

当按第三种方案处理时与第一种方案处理的比较疲劳寿命大幅度提高条件疲劳极限扭矩提高至原来的2.8倍极限应力幅提高至原来的4.5倍。田间试验500h未发现断裂现象。可以估计采用第三种方案制造成本提高不多而寿命大幅度提高总的经济效果是良好的。

4.4 热处理工艺的确定

下料→锻造→正火预先热处理→粗加工→调制→直径90圆柱→面锥度及花键部分高频淬火→回火→精加工→校正→检验。

工艺说明如下

1 驱动轴零件经锻造后40Cr钢锻造温度始锻温度为1100℃终锻温度为800℃进行正火处理。

2 正火为消除锻后组织不均匀带状组织、经理粗大和锻造力改善切削加工行必须进

行预先热处理——正火。其工艺是加热温度为820-870℃。工件经加热、保温后冷却获得均匀的细珠光体组织。正火后的硬度为197-207HB易于切削加工。

3 调质调质是驱动轴机械加工后的最后热处理。为达到要求性能调质工艺采用以下措施

a.为了保证回火后驱动轴的力学性能淬火后再1/4直径处硬度应大于45HRC淬火组织为半马氏体。为此应选择较高的淬火加热温以提高淬透性。

b.淬火温度为860±10℃保温80min。首先是杆部和花键部分先淬入10%的NaCl水溶液中水温加热到50℃左右,待杆部和花键部分在热NaCl水溶液中冷却到本体降到600℃左右

时立即由溶液中提出再将工件整体投入油中冷却温度为60-80℃。这样操作是盘部外圆先不

冷却待盘部外圆在空气中降温杆部和花键部分在冷却https://www.wendangku.net/doc/4215703279.html,介质中降温。待盘部外圆降至750℃左右将工件整体投入油中冷却这样解决一个工件要求两种硬度的要求同时解决法兰盘与杆部相连处易产生开裂的问题既可保证盘部硬度又减少变形避免开裂。淬火后的金相组织为杆部为马氏体盘部为托氏体+马氏体。

c.回火温度是根据零件回火后的硬度要求确定的。驱动轴回火温度定为430±10℃回火时间为120min。为克服回火脆性回火后在水中冷却。经过回火后的金相组织为回火索氏体和回火屈氏体。

d.调质后再经喷丸处理使驱动轴表面由于局部塑性变形而增加加压应力能明显提高驱动轴疲劳寿命。

4?90外圆高频淬火目的是提高耐磨性其与法兰盘连接处直径大应力小故强度足够。花键采用中频加热淬硬层深度增加至

4.5-5mm疲劳强度提高经2500Hz中频淬火并200℃低温回火表面硬度为53-55HRC据测量齿的根部有589-736N/mm2的压应力由于是通花键可以一次连续淬火没有过渡区。

检验

<1>.调制零件均应按图纸要求和工艺规程进行硬度检验。

<2>.检验硬度前应将零件表面清理干净去除氧化皮脱碳层及毛刺等。

<3>.硬度检验的位置根据工艺文件或由检验人员确定在淬火部位检验硬度应不少于1~3处每处不少于三点不均匀度应在规定范围内。

<4>.调制零件淬火硬度用洛氏硬度计检验对于尺寸较大者可https://www.wendangku.net/doc/4215703279.html,用手锤式硬度计检验。

5.1.2 变形

轴类零件用顶尖或V行块支撑两端用百分表測径向圆跳动量无中心孔及细小的轴类零件可在平台上用塞尺检验。

5.1.3 外观

经调制处理后用肉眼观察零件表面有无裂纹烧伤等缺陷。