□張割 □問建

北京航空技術(shù)研究中心 北京 100076

齒輪傳動(dòng)通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長。

在齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，良好的工藝性是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的主要問題之一。好的結(jié)構(gòu)工藝性是指：在保證使用要求的前提下，其結(jié)構(gòu)便于毛坯的制造、切削加工、裝配和維修，在一定的生產(chǎn)條件下，能方便、高效、低成本地制造出來。從整體出發(fā)綜合考慮傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的工藝性，各傳動(dòng)副盡量采用相同加工性質(zhì)的安裝、定位基準(zhǔn)，盡量減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)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(zhǔn)的變換，用加工母機(jī)的精度來保證所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的精度，往往能達(dá)到既簡單又實(shí)用的效果。

1 結(jié)構(gòu)工藝性的評(píng)價(jià)

衡量產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從以下幾個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)。

①產(chǎn)品中各種不同作用的零件數(shù)量。數(shù)量越少，其結(jié)構(gòu)工藝性好。

②產(chǎn)品中零件的重復(fù)性。零件的重復(fù)性越大，加工、生產(chǎn)越方便，其結(jié)構(gòu)工藝性越好。

③產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度。標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，加工效率越高，工藝裝夾費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)工藝性好。

④結(jié)構(gòu)的繼承性。繼承性好，重新加工的零部件就少，成本就低。

⑤產(chǎn)品零件工藝的復(fù)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(jié)省材料，還可以節(jié)省工時(shí)，從而降低生產(chǎn)消耗，其結(jié)構(gòu)工藝性好。

⑦產(chǎn)品裝配的復(fù)雜程度。產(chǎn)品易裝配，則裝配工作量少，裝配成本低，結(jié)構(gòu)工藝性好。

2 提高結(jié)構(gòu)工藝性的技術(shù)措施

主要從以下幾個(gè)方面采取措施。

①簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量用最少的零件組成設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)，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(shí)，就可以減少零件的總數(shù)以及裝配后的累計(jì)誤差。

②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的零部件，可使設(shè)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(shù)量，為采用高效率的生產(chǎn)工藝創(chuàng)造條件。

③將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)劃分為幾個(gè)獨(dú)立的裝配單元，可提高裝配工藝性。

④在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)的繼承性，要有超前意識(shí)，用發(fā)展的眼光看問題，要考慮到未來采用電子設(shè)備改型時(shí)，做到少改動(dòng)或不改動(dòng)結(jié)構(gòu)，或少加工甚至不加工零件，就能使設(shè)備結(jié)構(gòu)不斷滿足未來改型設(shè)計(jì)的需要。

⑤所設(shè)計(jì)的零部件要能適應(yīng)目前的加工水平，并適于采用相應(yīng)的較為先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。

⑥選用加工性能好的材料，這是提高設(shè)備結(jié)構(gòu)工藝性的基礎(chǔ)，否則，會(huì)增加加工工時(shí)，而且會(huì)造成刀具、輔助材料的過多消耗，增加生產(chǎn)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(yīng)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(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)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(chǎn)率，降低成本，減少消耗。

3 齒輪的工藝性

齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工過程，因此，選材時(shí)對(duì)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(jī)械性能可以滿足一般工作條件的要求，但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。合金鋼淬透性好、強(qiáng)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(guī)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(dāng)進(jìn)行840～860℃油淬、540～620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)28～32HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)進(jìn)行860～880℃油淬、240～280℃回火時(shí)，硬度可達(dá)46～51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形?。划?dāng)進(jìn)行500～560℃氮化處理、氮化層0.15～0.6 mm時(shí)，硬度可達(dá)52～54HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度、較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極??；當(dāng)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(dòng)設(shè)備的外殼，是一種箱形結(jié)構(gòu)體，通常要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際使用環(huán)境來設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，并采取相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，目前，最常用的是鑄造箱體。設(shè)計(jì)鑄造結(jié)構(gòu)機(jī)箱應(yīng)注意以下幾個(gè)工藝問題。

4.1 箱體壁厚的確定

從節(jié)約材料、減輕設(shè)備重量的角度考慮，機(jī)箱壁越薄越好。從鑄造工藝性考慮，薄壁結(jié)構(gòu)鑄造難度大，成本高；機(jī)箱壁太厚則流動(dòng)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(jī)箱壁厚時(shí)，要從箱體大小、結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)

有時(shí)為了提高機(jī)箱的強(qiáng)度、剛度，需要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，有時(shí)甚至利用加強(qiáng)筋來安裝零件、元器件等。但是，在機(jī)箱外緣和拐角處不能設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，否則會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力而使金屬破壞，產(chǎn)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(shù)齒輪減速器的箱體為剖分式，通常采用鑄造箱體。所以，對(duì)于這類箱體在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(yīng)設(shè)計(jì)有拔模斜度、結(jié)構(gòu)斜度以及造型斜度。尺寸過渡處為避免應(yīng)力集中的影響，不宜有尖角和金屬的局部聚積，應(yīng)采用合適的圓角半徑，具體尺寸可查閱相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。

4.3 加工面設(shè)計(jì)

由于接合面一般需經(jīng)過精密加工，在裝配時(shí)不得采用墊片，以免破壞滾動(dòng)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(shí)一次銑削出來；各軸承座的外端面最好位于同一平面內(nèi)，且兩側(cè)對(duì)箱體的中心線對(duì)稱，以方便加工和檢驗(yàn)；為減少加工面積，箱體上的加工面應(yīng)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(huán)螺釘、油標(biāo)、油塞、地基等接合處設(shè)計(jì)出凸臺(tái)，螺栓頭和螺母支承面不做凸臺(tái)的地方，可在加工時(shí)锪出淺型魚眼坑或沉臺(tái)。

5 結(jié)束語

實(shí)踐證明，做好工藝性設(shè)計(jì)，是保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件。本文對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性進(jìn)行了探討。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性所涉及的內(nèi)容相當(dāng)復(fù)雜、廣泛，本文討論的只是本人從事實(shí)際工作的一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，僅供廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

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