傳動結構設計中的工藝性

□張割 □問建

北京航空技術研究中心 北京 100076

齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。

在齒輪傳動結構設計中，良好的工藝性是在設計時應考慮的主要問題之一。好的結構工藝性是指：在保證使用要求的前提下，其結構便于毛坯的制造、切削加工、裝配和維修，在一定的生產條件下，能方便、高效、低成本地制造出來。從整體出發綜合考慮傳動結構的工藝性，各傳動副盡量采用相同加工性質的安裝、定位基準，盡量減少基準轉換，尤其要盡量減少重要零部件定位要素在加工中裝夾基準的變換，用加工母機的精度來保證所設計機構的精度，往往能達到既簡單又實用的效果。

1 結構工藝性的評價

衡量產品的結構工藝性應從以下幾個方面綜合評價。

①產品中各種不同作用的零件數量。數量越少，其結構工藝性好。

②產品中零件的重復性。零件的重復性越大，加工、生產越方便，其結構工藝性越好。

③產品的標準化程度。標準化程度越高，加工效率越高，工藝裝夾費用低，結構工藝性好。

④結構的繼承性。繼承性好，重新加工的零部件就少，成本就低。

⑤產品零件工藝的復雜程度。工藝簡單，則易加工，成本低。

⑥材料的利用率。即零件加工余量的多少，加工余量小不僅可以節省材料，還可以節省工時，從而降低生產消耗，其結構工藝性好。

⑦產品裝配的復雜程度。產品易裝配，則裝配工作量少，裝配成本低，結構工藝性好。

2 提高結構工藝性的技術措施

主要從以下幾個方面采取措施。

①簡化結構設計，盡量用最少的零件組成設備的執行機構，同時，零件本身要盡量減少平面加工尺寸，這樣，在其它條件相同時，就可以減少零件的總數以及裝配后的累計誤差。

②結構設計中，盡量采用標準化、通用化的零部件，可使設備中不同的功能單元使用同一種零部件，從而增加相同零件的數量，為采用高效率的生產工藝創造條件。

③將復雜的結構劃分為幾個獨立的裝配單元，可提高裝配工藝性。

④在結構設計時，要充分考慮設備結構的繼承性，要有超前意識，用發展的眼光看問題，要考慮到未來采用電子設備改型時，做到少改動或不改動結構，或少加工甚至不加工零件，就能使設備結構不斷滿足未來改型設計的需要。

⑤所設計的零部件要能適應目前的加工水平，并適于采用相應的較為先進的生產工藝。

⑥選用加工性能好的材料，這是提高設備結構工藝性的基礎，否則，會增加加工工時，而且會造成刀具、輔助材料的過多消耗，增加生產成本。材料的加工性能包括可切削性、可塑性、焊接性、耐腐蝕性、熱處理性能等。材料的工藝性能是指材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力。不僅要考慮材料的性能能夠適應零件的工作條件，使零件經久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能，以便提高零件的生產率，降低成本，減少消耗。

3 齒輪的工藝性

齒輪的制造要經過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工過程，因此，選材時對材料的工藝性要特別注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求，但強度不夠高，淬透性較差。合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。以上情況可以通過改變工藝規程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。

例如材料為40Cr合金鋼的齒輪，當進行840～860℃油淬、540～620℃回火時，調質硬度可達28～32HRC，可改善組織、提高綜合機械性能；當進行860～880℃油淬、240～280℃回火時，硬度可達46～51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形小；當進行500～560℃氮化處理、氮化層0.15～0.6 mm時，硬度可達52～54HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強度、較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極小；當通過電鍍或表面合金化處理后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。

4 箱體的工藝性

箱體是傳動設備的外殼，是一種箱形結構體，通常要根據設備的實際使用環境來設計相應的結構形式，并采取相應的生產工藝，目前，最常用的是鑄造箱體。設計鑄造結構機箱應注意以下幾個工藝問題。

4.1 箱體壁厚的確定

從節約材料、減輕設備重量的角度考慮，機箱壁越薄越好。從鑄造工藝性考慮，薄壁結構鑄造難度大，成本高；機箱壁太厚則流動性差，且容易形成氣泡、縮孔等鑄造缺陷，成本也高。因此，在決定機箱壁厚時，要從箱體大小、結構形式、鑄造方法、材料、加工成本等多角度綜合考慮。

4.2 筋的設計

有時為了提高機箱的強度、剛度，需要設計加強筋，有時甚至利用加強筋來安裝零件、元器件等。但是，在機箱外緣和拐角處不能設計加強筋，否則會產生局部應力而使金屬破壞，產生裂紋。筋的厚度通常取壁厚的0.7～0.9，筋的高度要小于5倍壁厚。

由于大多數齒輪減速器的箱體為剖分式，通常采用鑄造箱體。所以，對于這類箱體在設計時應盡量考慮到造型、拔模和澆注的方便，力求箱體形狀簡單，壁厚均勻，在必要的地方應設計有拔模斜度、結構斜度以及造型斜度。尺寸過渡處為避免應力集中的影響，不宜有尖角和金屬的局部聚積，應采用合適的圓角半徑，具體尺寸可查閱相關的機械設計手冊。

4.3 加工面設計

由于接合面一般需經過精密加工，在裝配時不得采用墊片，以免破壞滾動軸承在軸承座中的配合；軸承座孔最好為通孔，且同一根軸的軸承座孔直徑最好大小一致，以便在加工時一次銑削出來；各軸承座的外端面最好位于同一平面內，且兩側對箱體的中心線對稱，以方便加工和檢驗；為減少加工面積，箱體上的加工面應與非加工面分離開來，可在箱體與軸承端蓋處、窺視孔板、吊環螺釘、油標、油塞、地基等接合處設計出凸臺，螺栓頭和螺母支承面不做凸臺的地方，可在加工時锪出淺型魚眼坑或沉臺。

5 結束語

實踐證明，做好工藝性設計，是保證和提高產品質量的基本條件。本文對傳動結構設計的工藝性進行了探討。傳動結構設計的工藝性所涉及的內容相當復雜、廣泛，本文討論的只是本人從事實際工作的一點點經驗，僅供廣大結構設計人員參考。

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