箱體零件結構設計分析與設計技巧

棗陽市農機局 張文斌

箱體零件結構設計分析與設計技巧

棗陽市農機局 張文斌

每一部機器都少不了箱體零件，怎樣來設計箱體零件結構才能既滿足機器的裝配實用性要求，又便于制造，降低生產成本？這篇文稿以實例的形式，用三維繪圖軟件繪出箱體設計的三維視圖，直觀、形象地對箱體零件結構進行分析與正誤對比，能迅速有效地提高箱體設計人員的箱體結構設計技能。

箱體零件；設計技巧；正誤分析

日常中見到的每一部機器一般都少不了箱體零件，用的最多的是傳動箱、變速箱、支撐和密封箱體、機器殼體等箱體零件。工程技術人員在設計箱體零件時不僅要考慮箱體設計的整體要求與設計準則，滿足實用性要求，更要考慮其加工制造性能和工藝性能，即設計出來的箱體零件既要滿足實用要求，又要便于制造，降低生產成本。要做到這一點就需要經過多年的實踐設計經驗積累。在這里根據自己多年箱體零件設計經驗和體會就箱體結構設計方面的設計技巧用實例加以分析，再用三維繪圖軟件把它們直觀地表述出來。通過對實際應用中的實例，對箱體零件進行正誤設計分析，能直觀的、有效地提高箱體設計人員的設計技能，為箱體零件的制造加工打下良好的基礎。下面“圖1”是我們曾經設計的、由一個農機制造企業生產制造的“油菜、蔬菜缽苗移栽機”傳動變速箱的箱體零件與部分安裝零件（圖1只是示意圖，不是最終設計圖），這個箱體零件比較典型，它的結構也比較復雜，它在機器中承擔的功能比較多，有動力輸入部分、變速及操縱部分、送苗機構動力輸出部分、兩側的移栽鉗動力輸出部分及動力箱離合操縱共5部分。兩側的移栽傳動鏈盒箱還與中間箱體水平方向形成一定角度。類似于這樣的復雜的箱體該如何設計，才能保證結構優化，功能實用，便于制作，下面就主要以此箱體零件為例來進行一些設計分析，不僅使設計出的箱體零件滿足使用功能要求，更要考慮到其易于加工制造的工藝性要求。

圖1 箱體及部分零件總裝圖

“圖1”是這個箱體零件三維示意圖，為了更清楚直觀地看清各部分結構，了解各部分的功用，圖中已經將箱體內部及外側的部分零件裝在了箱體上。此箱體結構復雜，首先看兩端的移栽鉗傳動鏈箱，它左右對稱，并與中間主箱體傾斜一個角度，如果做成一個整體，無論采用什么鑄造方法都難以完成，或者說代價太高幾乎難以制造加工。因此，通過細致分析其結構，實際設計中最終采取把整個“圖1”箱體分開做成分體結構的形式，這樣可大大減少箱體的制作難度。實際中把整個“圖1”的箱體零件共分設3個分體，即中間主箱體部分、兩端的傳動鏈箱部分、鏈箱端蓋部分共3部分（5個零件，兩端對稱），最后再把這3部分通過螺紋連接件組裝在一起，成為一個整體組裝箱體。這樣分開制作，制作起來就比較方便了，如“圖2”中的分開設計爆炸視圖。

圖2 分體式箱體設計

采用分體式結構設計把整個箱體分成3部分后，對于兩端的鏈箱鏈盒相對來講設計要簡單一些，在這里我們不做分析。對于中間主箱體來說，如何設計？一般設計者或初學者很容易把它從實用的角度設計成如“圖3”的箱體結構，

圖3

對于“圖3”的結構設計，從功能上講也許能滿足使用和相互間連接的要求，但從加工制造工藝的角度又有很多不合理甚至錯誤的地方需要改進，這樣的設計有很多地方不便于箱體制作甚至不能制作。下面就來一一進行比較分析：

（1）用于固定箱體上蓋的螺紋凸臺設計：箱體上蓋與箱體要在安裝完全部的內部零件后密封成一個整體，這樣就要用螺釘固定上蓋，于是在箱體上需要設計出“圖3”中的螺紋孔。由于箱體太薄，螺紋孔當然不能直接鉆在箱體壁上，不得不設計出用于加工螺紋孔的豎直方向上的圓柱型凸臺。“圖3”中把螺紋圓柱型凸臺放在箱體壁的中間，箱體兩邊都有螺紋孔凸臺凸起，這樣設計就非常不合理。因為箱體內側的凸臺在箱體制作時難度較大，箱體內的凸臺結構鑄造成型要用到各種型芯，同時也要考慮型芯便于取出問題，所以箱體內部的凸臺太多，增加了制造的難度與工藝成本。那么改進的方法就是將加工螺紋孔的圓柱型凸臺向箱體外側適當地移動，再使箱體內壁設計成平面，如“圖4”。

圖4

（2）“圖3”中用于“側傳動鏈箱連接的螺紋凸”設計：很顯然，兩邊的側傳動鏈箱連接螺紋凸臺是不能沒有的，但又不能像前面那樣將該螺紋孔凸臺外移，不能外移的原因是：因連接螺紋凸臺軸線是水平的，外移后會與固定上端蓋的豎直螺紋孔發生交叉干涉，這樣的凸臺從“圖3”中可以看出每側有4個，兩側共8個。這樣的箱體內凸臺同樣是給箱體的制作帶來很大困難的，那么怎樣改進呢？如下“圖5”所示，將上下凸臺設計成垂直加強筋的形式，使凸臺包含于加強筋內，這樣就大大地方便了箱體制作，便于箱體內型芯的取出，同時，加強筋在箱體的四角也確實起到了加強箱體整體強度和剛度的作用。

圖5

（3）連接箱體上蓋的邊緣凸臺凸起部分設計：如“圖3”中的用于連接箱體上蓋螺紋孔凸臺邊緣豎直方向的凸起部分。由于箱體與箱體上蓋連接面寬度大小與豎直螺紋凸臺直徑大小是分別根據不同的需要而設計的，于是就出現了箱體上邊緣外側有部分圓柱形凸起的凸臺。這樣的小凸臺存在也給箱體制作帶來不必要的難度。如果改進一下，設計成圓柱凸臺內包容形式，使箱體上邊緣外側全部變成平面，制作就簡單多了，如“圖6”中的改進設計。

圖6

（4）箱蓋連接中間螺紋孔設計：“圖3”中的箱蓋連接中間螺紋孔設計，由于該螺紋孔凸臺不能像前述方法一樣向箱體外移，因為外移會影響兩側傳動鏈箱的結構設計及連接安裝，因而只能使螺紋圓柱凸臺保持在箱體內凸起?！皥D3”設計的中間螺紋孔由于一部分孔鉆在了箱體壁上，這樣的設計是不允許的，原因是這樣的設計不便加工，加工時螺紋孔容易鉆偏和折斷鉆頭，所以螺紋孔的位置必須保證在加工時錯開箱體壁。如“圖7”所示的改進設計。

圖7

（5）加強筋的設計：“圖3”中的“⑦動力輸入軸接口”，兼連接與傳輸動力輸入雙重作用。由于受力較大，僅僅是“圖3”中的設計很難滿足連接強度與剛度的需要。為增加箱體與動力輸入部分的連接強度和箱體的整體剛度，必然要加厚箱體。但如果采用添加加強筋的做法，可大大降低箱體壁厚，使動力輸入接口處的連接有更高的強度與剛度，更好地滿足使用要求。實際設計中，在“圖3”的箱體設計時增加了多條加強筋，變成了下面“圖8”中的箱體連接表面設計。改進前后兩圖有了明顯的區別對比。這種在這個方向增加筋的辦法不僅起到了增加強度、剛度，減少箱體壁厚的作用，同時由于筋板方向與動力輸入連接凸臺方向一致，并不增加箱體制作拔模難度。

圖8

（6）箱體內的盲孔難以加工，接近平面的凸臺設計成與平面平齊更為合理：“圖3”中的變速桿固定凸臺，原設計是一個凸出箱體接合側面的一個盲孔凸臺，這樣的設計顯然是對箱體的制作與加工都帶來不便。首先，盲孔是外面不穿透，因而在加工這個孔時從箱體內面很難加工，增加加工難度；其次，凸臺外平面與箱體接合面的邊緣側面不在一個平面上，也增加了箱體的制作難度，加大制作成本。針對以上2點問題要給予改進，改進后的設計變成如下“圖9”中的設計結構：

圖9

（7）除了以上的改進設計外，箱體的結構設計中，還有要注意的地方，比如箱體上有凸臺的地方或者整個箱體都要設計出拔模斜度，所有的棱角也要設計出較合理的鑄造圓角等等，這些都是箱體設計時必須考慮的。通過以上的設計分析與改進，最后定型的箱體結構如下“圖10”（與圖3進行比較看所有的改進設計），很顯然，這樣的結構設計是比較優化的了。改進后的箱體設計，制作工藝大大簡化，達到了設計與制作的有效結合、提高生產效率、降低了制作成本的目的。

圖10

（8）另外，許多時候，設計箱體時還會遇到一些常見的凸臺，這些凸臺同樣需要進行優化設計，如下“圖11”中改進前的設計圖，箱體正面有相距較近的4個孔凸臺，如果將這4個凸臺設計成一個整體凸臺便可以減少制作模型活塊的數量，使制作過程更簡單；“圖11”中箱體下面有2個連接螺孔凸臺，由于離箱體壁較近，改進前設計的結構對于用砂型鑄造來講容易掉砂，改進后的設計就克服了此缺陷，也更便于制作，如“圖11”中改進前后的對比。

圖11

總之，在箱體的結構設計中掌握了以上的設計技巧，并能靈活運用，那么我們在箱體結構設計上就能得心應手，設計出的箱體結構就能很好地與箱體制造工藝要求結合起來，有效地防止箱體的設計與制作脫節，減少設計制作過程中的反復。

2016-07-10）