传动结构设计中的工艺性

□张割 □问建

北京航空技术研究中心 北京 100076

齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。

在齿轮传动结构设计中，良好的工艺性是在设计时应考虑的主要问题之一。好的结构工艺性是指：在保证使用要求的前提下，其结构便于毛坯的制造、切削加工、装配和维修，在一定的生产条件下，能方便、高效、低成本地制造出来。从整体出发综合考虑传动结构的工艺性，各传动副尽量采用相同加工性质的安装、定位基准，尽量减少基准转换，尤其要尽量减少重要零部件定位要素在加工中装夹基准的变换，用加工母机的精度来保证所设计机构的精度，往往能达到既简单又实用的效果。

1 结构工艺性的评价

衡量产品的结构工艺性应从以下几个方面综合评价。

①产品中各种不同作用的零件数量。数量越少，其结构工艺性好。

②产品中零件的重复性。零件的重复性越大，加工、生产越方便，其结构工艺性越好。

③产品的标准化程度。标准化程度越高，加工效率越高，工艺装夹费用低，结构工艺性好。

④结构的继承性。继承性好，重新加工的零部件就少，成本就低。

⑤产品零件工艺的复杂程度。工艺简单，则易加工，成本低。

⑥材料的利用率。即零件加工余量的多少，加工余量小不仅可以节省材料，还可以节省工时，从而降低生产消耗，其结构工艺性好。

⑦产品装配的复杂程度。产品易装配，则装配工作量少，装配成本低，结构工艺性好。

2 提高结构工艺性的技术措施

主要从以下几个方面采取措施。

①简化结构设计，尽量用最少的零件组成设备的执行机构，同时，零件本身要尽量减少平面加工尺寸，这样，在其它条件相同时，就可以减少零件的总数以及装配后的累计误差。

②结构设计中，尽量采用标准化、通用化的零部件，可使设备中不同的功能单元使用同一种零部件，从而增加相同零件的数量，为采用高效率的生产工艺创造条件。

③将复杂的结构划分为几个独立的装配单元，可提高装配工艺性。

④在结构设计时，要充分考虑设备结构的继承性，要有超前意识，用发展的眼光看问题，要考虑到未来采用电子设备改型时，做到少改动或不改动结构，或少加工甚至不加工零件，就能使设备结构不断满足未来改型设计的需要。

⑤所设计的零部件要能适应目前的加工水平，并适于采用相应的较为先进的生产工艺。

⑥选用加工性能好的材料，这是提高设备结构工艺性的基础，否则，会增加加工工时，而且会造成刀具、辅助材料的过多消耗，增加生产成本。材料的加工性能包括可切削性、可塑性、焊接性、耐腐蚀性、热处理性能等。材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。

3 齿轮的工艺性

齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工过程，因此，选材时对材料的工艺性要特别注意。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不够高，淬透性较差。合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。以上情况可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。

例如材料为40Cr合金钢的齿轮，当进行840～860℃油淬、540～620℃回火时，调质硬度可达28～32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当进行860～880℃油淬、240～280℃回火时，硬度可达46～51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当进行500～560℃氮化处理、氮化层0.15～0.6 mm时，硬度可达52～54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度、较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处理后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。

4 箱体的工艺性

箱体是传动设备的外壳，是一种箱形结构体，通常要根据设备的实际使用环境来设计相应的结构形式，并采取相应的生产工艺，目前，最常用的是铸造箱体。设计铸造结构机箱应注意以下几个工艺问题。

4.1 箱体壁厚的确定

从节约材料、减轻设备重量的角度考虑，机箱壁越薄越好。从铸造工艺性考虑，薄壁结构铸造难度大，成本高；机箱壁太厚则流动性差，且容易形成气泡、缩孔等铸造缺陷，成本也高。因此，在决定机箱壁厚时，要从箱体大小、结构形式、铸造方法、材料、加工成本等多角度综合考虑。

4.2 筋的设计

有时为了提高机箱的强度、刚度，需要设计加强筋，有时甚至利用加强筋来安装零件、元器件等。但是，在机箱外缘和拐角处不能设计加强筋，否则会产生局部应力而使金属破坏，产生裂纹。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。

由于大多数齿轮减速器的箱体为剖分式，通常采用铸造箱体。所以，对于这类箱体在设计时应尽量考虑到造型、拔模和浇注的方便，力求箱体形状简单，壁厚均匀，在必要的地方应设计有拔模斜度、结构斜度以及造型斜度。尺寸过渡处为避免应力集中的影响，不宜有尖角和金属的局部聚积，应采用合适的圆角半径，具体尺寸可查阅相关的机械设计手册。

4.3 加工面设计

由于接合面一般需经过精密加工，在装配时不得采用垫片，以免破坏滚动轴承在轴承座中的配合；轴承座孔最好为通孔，且同一根轴的轴承座孔直径最好大小一致，以便在加工时一次铣削出来；各轴承座的外端面最好位于同一平面内，且两侧对箱体的中心线对称，以方便加工和检验；为减少加工面积，箱体上的加工面应与非加工面分离开来，可在箱体与轴承端盖处、窥视孔板、吊环螺钉、油标、油塞、地基等接合处设计出凸台，螺栓头和螺母支承面不做凸台的地方，可在加工时锪出浅型鱼眼坑或沉台。

5 结束语

实践证明，做好工艺性设计，是保证和提高产品质量的基本条件。本文对传动结构设计的工艺性进行了探讨。传动结构设计的工艺性所涉及的内容相当复杂、广泛，本文讨论的只是本人从事实际工作的一点点经验，仅供广大结构设计人员参考。

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