棗陽市農(nóng)機(jī)局 張文斌

箱體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì)技巧

棗陽市農(nóng)機(jī)局 張文斌

每一部機(jī)器都少不了箱體零件，怎樣來設(shè)計(jì)箱體零件結(jié)構(gòu)才能既滿足機(jī)器的裝配實(shí)用性要求，又便于制造，降低生產(chǎn)成本？這篇文稿以實(shí)例的形式，用三維繪圖軟件繪出箱體設(shè)計(jì)的三維視圖，直觀、形象地對(duì)箱體零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與正誤對(duì)比，能迅速有效地提高箱體設(shè)計(jì)人員的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技能。

箱體零件；設(shè)計(jì)技巧；正誤分析

日常中見到的每一部機(jī)器一般都少不了箱體零件，用的最多的是傳動(dòng)箱、變速箱、支撐和密封箱體、機(jī)器殼體等箱體零件。工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)箱體零件時(shí)不僅要考慮箱體設(shè)計(jì)的整體要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，滿足實(shí)用性要求，更要考慮其加工制造性能和工藝性能，即設(shè)計(jì)出來的箱體零件既要滿足實(shí)用要求，又要便于制造，降低生產(chǎn)成本。要做到這一點(diǎn)就需要經(jīng)過多年的實(shí)踐設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累。在這里根據(jù)自己多年箱體零件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)就箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)技巧用實(shí)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(duì)實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)例，對(duì)箱體零件進(jìn)行正誤設(shè)計(jì)分析，能直觀的、有效地提高箱體設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)技能，為箱體零件的制造加工打下良好的基礎(chǔ)。下面“圖1”是我們曾經(jīng)設(shè)計(jì)的、由一個(gè)農(nóng)機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)制造的“油菜、蔬菜缽苗移栽機(jī)”傳動(dòng)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(shè)計(jì)圖），這個(gè)箱體零件比較典型，它的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，它在機(jī)器中承擔(dān)的功能比較多，有動(dòng)力輸入部分、變速及操縱部分、送苗機(jī)構(gòu)動(dòng)力輸出部分、兩側(cè)的移栽鉗動(dòng)力輸出部分及動(dòng)力箱離合操縱共5部分。兩側(cè)的移栽傳動(dòng)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(fù)雜的箱體該如何設(shè)計(jì)，才能保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化，功能實(shí)用，便于制作，下面就主要以此箱體零件為例來進(jìn)行一些設(shè)計(jì)分析，不僅使設(shè)計(jì)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(gè)箱體零件三維示意圖，為了更清楚直觀地看清各部分結(jié)構(gòu)，了解各部分的功用，圖中已經(jīng)將箱體內(nèi)部及外側(cè)的部分零件裝在了箱體上。此箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，首先看兩端的移栽鉗傳動(dòng)鏈箱，它左右對(duì)稱，并與中間主箱體傾斜一個(gè)角度，如果做成一個(gè)整體，無論采用什么鑄造方法都難以完成，或者說代價(jià)太高幾乎難以制造加工。因此，通過細(xì)致分析其結(jié)構(gòu)，實(shí)際設(shè)計(jì)中最終采取把整個(gè)“圖1”箱體分開做成分體結(jié)構(gòu)的形式，這樣可大大減少箱體的制作難度。實(shí)際中把整個(gè)“圖1”的箱體零件共分設(shè)3個(gè)分體，即中間主箱體部分、兩端的傳動(dòng)鏈箱部分、鏈箱端蓋部分共3部分（5個(gè)零件，兩端對(duì)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(gè)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(shè)計(jì)爆炸視圖。

圖2 分體式箱體設(shè)計(jì)

采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把整個(gè)箱體分成3部分后，對(duì)于兩端的鏈箱鏈盒相對(duì)來講設(shè)計(jì)要簡單一些，在這里我們不做分析。對(duì)于中間主箱體來說，如何設(shè)計(jì)？一般設(shè)計(jì)者或初學(xué)者很容易把它從實(shí)用的角度設(shè)計(jì)成如“圖3”的箱體結(jié)構(gòu)，

圖3

對(duì)于“圖3”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(cuò)誤的地方需要改進(jìn)，這樣的設(shè)計(jì)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(jìn)行比較分析：

（1）用于固定箱體上蓋的螺紋凸臺(tái)設(shè)計(jì)：箱體上蓋與箱體要在安裝完全部的內(nèi)部零件后密封成一個(gè)整體，這樣就要用螺釘固定上蓋，于是在箱體上需要設(shè)計(jì)出“圖3”中的螺紋孔。由于箱體太薄，螺紋孔當(dāng)然不能直接鉆在箱體壁上，不得不設(shè)計(jì)出用于加工螺紋孔的豎直方向上的圓柱型凸臺(tái)。“圖3”中把螺紋圓柱型凸臺(tái)放在箱體壁的中間，箱體兩邊都有螺紋孔凸臺(tái)凸起，這樣設(shè)計(jì)就非常不合理。因?yàn)橄潴w內(nèi)側(cè)的凸臺(tái)在箱體制作時(shí)難度較大，箱體內(nèi)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)鑄造成型要用到各種型芯，同時(shí)也要考慮型芯便于取出問題，所以箱體內(nèi)部的凸臺(tái)太多，增加了制造的難度與工藝成本。那么改進(jìn)的方法就是將加工螺紋孔的圓柱型凸臺(tái)向箱體外側(cè)適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)，再使箱體內(nèi)壁設(shè)計(jì)成平面，如“圖4”。

圖4

（2）“圖3”中用于“側(cè)傳動(dòng)鏈箱連接的螺紋凸”設(shè)計(jì)：很顯然，兩邊的側(cè)傳動(dòng)鏈箱連接螺紋凸臺(tái)是不能沒有的，但又不能像前面那樣將該螺紋孔凸臺(tái)外移，不能外移的原因是：因連接螺紋凸臺(tái)軸線是水平的，外移后會(huì)與固定上端蓋的豎直螺紋孔發(fā)生交叉干涉，這樣的凸臺(tái)從“圖3”中可以看出每側(cè)有4個(gè)，兩側(cè)共8個(gè)。這樣的箱體內(nèi)凸臺(tái)同樣是給箱體的制作帶來很大困難的，那么怎樣改進(jìn)呢？如下“圖5”所示，將上下凸臺(tái)設(shè)計(jì)成垂直加強(qiáng)筋的形式，使凸臺(tái)包含于加強(qiáng)筋內(nèi)，這樣就大大地方便了箱體制作，便于箱體內(nèi)型芯的取出，同時(shí)，加強(qiáng)筋在箱體的四角也確實(shí)起到了加強(qiáng)箱體整體強(qiáng)度和剛度的作用。

圖5

（3）連接箱體上蓋的邊緣凸臺(tái)凸起部分設(shè)計(jì)：如“圖3”中的用于連接箱體上蓋螺紋孔凸臺(tái)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(tái)直徑大小是分別根據(jù)不同的需要而設(shè)計(jì)的，于是就出現(xiàn)了箱體上邊緣外側(cè)有部分圓柱形凸起的凸臺(tái)。這樣的小凸臺(tái)存在也給箱體制作帶來不必要的難度。如果改進(jìn)一下，設(shè)計(jì)成圓柱凸臺(tái)內(nèi)包容形式，使箱體上邊緣外側(cè)全部變成平面，制作就簡單多了，如“圖6”中的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖6

（4）箱蓋連接中間螺紋孔設(shè)計(jì)：“圖3”中的箱蓋連接中間螺紋孔設(shè)計(jì)，由于該螺紋孔凸臺(tái)不能像前述方法一樣向箱體外移，因?yàn)橥庖茣?huì)影響兩側(cè)傳動(dòng)鏈箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及連接安裝，因而只能使螺紋圓柱凸臺(tái)保持在箱體內(nèi)凸起?！皥D3”設(shè)計(jì)的中間螺紋孔由于一部分孔鉆在了箱體壁上，這樣的設(shè)計(jì)是不允許的，原因是這樣的設(shè)計(jì)不便加工，加工時(shí)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(shí)錯(cuò)開箱體壁。如“圖7”所示的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖7

（5）加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)：“圖3”中的“⑦動(dòng)力輸入軸接口”，兼連接與傳輸動(dòng)力輸入雙重作用。由于受力較大，僅僅是“圖3”中的設(shè)計(jì)很難滿足連接強(qiáng)度與剛度的需要。為增加箱體與動(dòng)力輸入部分的連接強(qiáng)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(qiáng)筋的做法，可大大降低箱體壁厚，使動(dòng)力輸入接口處的連接有更高的強(qiáng)度與剛度，更好地滿足使用要求。實(shí)際設(shè)計(jì)中，在“圖3”的箱體設(shè)計(jì)時(shí)增加了多條加強(qiáng)筋，變成了下面“圖8”中的箱體連接表面設(shè)計(jì)。改進(jìn)前后兩圖有了明顯的區(qū)別對(duì)比。這種在這個(gè)方向增加筋的辦法不僅起到了增加強(qiáng)度、剛度，減少箱體壁厚的作用，同時(shí)由于筋板方向與動(dòng)力輸入連接凸臺(tái)方向一致，并不增加箱體制作拔模難度。

圖8

（6）箱體內(nèi)的盲孔難以加工，接近平面的凸臺(tái)設(shè)計(jì)成與平面平齊更為合理：“圖3”中的變速桿固定凸臺(tái)，原設(shè)計(jì)是一個(gè)凸出箱體接合側(cè)面的一個(gè)盲孔凸臺(tái)，這樣的設(shè)計(jì)顯然是對(duì)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(gè)孔時(shí)從箱體內(nèi)面很難加工，增加加工難度；其次，凸臺(tái)外平面與箱體接合面的邊緣側(cè)面不在一個(gè)平面上，也增加了箱體的制作難度，加大制作成本。針對(duì)以上2點(diǎn)問題要給予改進(jìn)，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)變成如下“圖9”中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：

圖9

（7）除了以上的改進(jìn)設(shè)計(jì)外，箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還有要注意的地方，比如箱體上有凸臺(tái)的地方或者整個(gè)箱體都要設(shè)計(jì)出拔模斜度，所有的棱角也要設(shè)計(jì)出較合理的鑄造圓角等等，這些都是箱體設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的。通過以上的設(shè)計(jì)分析與改進(jìn)，最后定型的箱體結(jié)構(gòu)如下“圖10”（與圖3進(jìn)行比較看所有的改進(jìn)設(shè)計(jì)），很顯然，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是比較優(yōu)化的了。改進(jìn)后的箱體設(shè)計(jì)，制作工藝大大簡化，達(dá)到了設(shè)計(jì)與制作的有效結(jié)合、提高生產(chǎn)效率、降低了制作成本的目的。

圖10

（8）另外，許多時(shí)候，設(shè)計(jì)箱體時(shí)還會(huì)遇到一些常見的凸臺(tái)，這些凸臺(tái)同樣需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如下“圖11”中改進(jìn)前的設(shè)計(jì)圖，箱體正面有相距較近的4個(gè)孔凸臺(tái)，如果將這4個(gè)凸臺(tái)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體凸臺(tái)便可以減少制作模型活塊的數(shù)量，使制作過程更簡單；“圖11”中箱體下面有2個(gè)連接螺孔凸臺(tái)，由于離箱體壁較近，改進(jìn)前設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于用砂型鑄造來講容易掉砂，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)就克服了此缺陷，也更便于制作，如“圖11”中改進(jìn)前后的對(duì)比。

圖11

總之，在箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中掌握了以上的設(shè)計(jì)技巧，并能靈活運(yùn)用，那么我們在箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就能得心應(yīng)手，設(shè)計(jì)出的箱體結(jié)構(gòu)就能很好地與箱體制造工藝要求結(jié)合起來，有效地防止箱體的設(shè)計(jì)與制作脫節(jié)，減少設(shè)計(jì)制作過程中的反復(fù)。

2016-07-10）