陳　輝　周瑞婷

(一拖(洛陽)開創(chuàng)裝備科技有限公司裝備研究所，河南471004)

齒輪工位器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳輝周瑞婷

(一拖(洛陽)開創(chuàng)裝備科技有限公司裝備研究所，河南471004)

摘要：介紹了用于齒輪加工工廠的工位器具的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想。以簡約、高效、低成本為原則，通過合理設(shè)計(jì)工位器具的整體結(jié)構(gòu)，制造出完全符合工藝要求，滿足用戶需求的工位器具。

關(guān)鍵詞：齒輪加工；整體結(jié)構(gòu)；工位器具

根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)制造一批供用戶在生產(chǎn)現(xiàn)場周轉(zhuǎn)用和供倉庫發(fā)貨用的工位器具。用戶生產(chǎn)的零件種類多，批量大，需要批量制造工位器具，所以要求在保證剛性的前提下，盡量降低每件工位器具的成本，降低用戶投入。

通過現(xiàn)場查看，用戶現(xiàn)場使用的一些工位器具基本都是一些整體式的貨箱，零件全部堆放在貨箱內(nèi)，沒有針對(duì)零件的保護(hù)措施，這樣在零件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，很容易產(chǎn)生磕碰劃傷，對(duì)零件質(zhì)量造成損害。所以，我們需要設(shè)計(jì)出一些工位器具，既能盡量多的放置零件，又能避免零件在轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中出現(xiàn)磕碰劃傷。

1項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)過程中，通過和現(xiàn)場使用者溝通，總結(jié)出如下一些工位器具的設(shè)計(jì)思路：

(1)保證零件在運(yùn)輸過程中不產(chǎn)生磕碰傷；

(2)在減小其外形尺寸的前提下，盡量多放零件；

(3)一種貨架盡量放多種零件，提高通用性；

(4)保證可叉(叉車運(yùn)輸)，可吊(起吊運(yùn)輸)，可垛(能夠堆垛)；

(5)保證操作者取用零件方便、安全，且外形美觀，大方，實(shí)用；

(6)在保證強(qiáng)度的前提下，盡量使用較小規(guī)格的材料以降低成本。

經(jīng)過和用戶溝通，按照工位器具的功能和需要放置的工件進(jìn)行分類，總共需要設(shè)計(jì)制造80多種工位器具，總數(shù)量達(dá)數(shù)千件，所以需要考慮采用何種主體材料才能夠滿足工位器具的使用要求，此種材料容易采購，且成本相對(duì)低，因此我們考慮采用有限元分析方法確定部分參數(shù)。

圖1　60 mm×60 mm的方鋼框架式工位器具

圖2　40 mm×40mm的方鋼框架式工位器具

圖1所示的工位器具使用60 mm×60 mm方鋼制作框架，但未加筋板，整個(gè)框架為長方形結(jié)構(gòu)。利用有限元軟件可以分析出在A、B中點(diǎn)處為受力變形量最大的位置。

圖2所示的工位器具采用40 mm×40 mm方鋼制作框架，如果不加任何筋板，利用有限元軟件分析受力變形情況，A、B中點(diǎn)處仍為受力變形最大點(diǎn)，相對(duì)于60 mm×60 mm方鋼制作的工位器具，受力變形量增大。如果在圖中位置4處加上筋板，經(jīng)過有限元軟件受力分析，發(fā)現(xiàn)變形量減小不理想。如果在圖中位置1處加上筋板，經(jīng)過受力分析，發(fā)現(xiàn)變形量明顯減小，與使用60 mm×60 mm方鋼制作的工位器具情況相當(dāng)。

經(jīng)過上述分析得出結(jié)論：采用40 mm×40 mm方鋼，并在關(guān)鍵位置加三角筋板，可以滿足工位器具整體剛性要求，且用料最經(jīng)濟(jì)，所以全部工位器具的主體結(jié)構(gòu)都采用此種形式。

2項(xiàng)目分類實(shí)例

2.1錐齒盆角齒輪大輪貨架

圖3所示為錐齒盆角齒輪大輪貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉庫內(nèi)的存放。

貨架采用40 mm×40 mm方鋼加筋板的主體結(jié)構(gòu)，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪大輪，通用性非常好。一個(gè)貨架最多可以放置44個(gè)零件；四個(gè)互成90°的垂直鋼板焊接在框架上，同時(shí)在每一個(gè)支撐位置與水平方向成15°斜角焊接一個(gè)V形圓鋼，用來支撐分隔工件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。配置堆垛用支撐鋼板保證可垛，配置起吊鉤保證可以起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖3　錐齒盆角齒輪大輪貨架示意圖

2.2錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架

錐齒盆角齒輪分為大輪和小輪，大輪和小輪需要一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行裝配，所以用戶需要明確標(biāo)識(shí)，能夠很快識(shí)別一一配對(duì)的大小輪。圖4所示為錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架示意圖，主要是針對(duì)上面所述的用戶裝配要求，以及轉(zhuǎn)運(yùn)的要求而設(shè)計(jì)制造的貨架。

貨架的主體結(jié)構(gòu)和錐齒盆角齒輪大輪貨架基本相同，完全具備了大輪貨架所具備的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在貨架頂部橫撐上焊接了一塊整體鋼板，鋼板上安裝了一些定位襯套，用來安裝錐齒盆角齒輪小輪，為了方便用戶裝配時(shí)大小輪一一對(duì)應(yīng)的要求，分別在立撐和頂部鋼板對(duì)應(yīng)位置配置標(biāo)牌，用來標(biāo)識(shí)大小輪一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

2.3錐齒盆角齒輪小輪貨架

圖5所示為錐齒盆角齒輪小輪貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉庫內(nèi)的存放。

圖4　錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架

圖5　錐齒盆角齒輪小輪貨架示意圖

貨架采用40 mm×40 mm方鋼的主體結(jié)構(gòu)，采用梯形框架結(jié)構(gòu)，可以兼顧全部錐齒盆角齒輪小輪，通用性非常好。一個(gè)貨架最多可以放置96個(gè)零件，兩個(gè)與水平方向成75°的鋼板焊接在框架上，同時(shí)在鋼板上的每一個(gè)支撐位置與水平方向成15°斜角，配置一個(gè)尼龍襯套，用來支撐分隔工件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。配置起吊鉤，便于起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.4帶內(nèi)孔齒輪通用貨架

圖6所示為帶內(nèi)孔齒輪通用貨架示意圖，主要用于各工位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，以及在倉庫內(nèi)的存放。

貨架采用40 mm×40 mm方鋼加筋板的主體結(jié)構(gòu)，可以兼顧所有帶內(nèi)孔的齒輪，通用性非常好。下部配置交叉的橫撐，橫撐上焊接垂直鋼管，用來定位和支撐零件，保證零件在運(yùn)輸過程中不受到磕碰傷。一個(gè)貨架最多可以放置15個(gè)零件。配置支撐鋼板便于堆垛，配置起吊鉤，便于起吊運(yùn)輸，叉車可以叉住下部橫向方鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖6　帶內(nèi)孔齒輪通用貨架

3結(jié)論

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的有限元分析軟件，對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確有效地分析，采用最經(jīng)濟(jì)且剛性好的框架結(jié)構(gòu)，滿足了工位器具的要求。批量生產(chǎn)中，剛性可靠，成本低，技術(shù)水平和實(shí)際性能指標(biāo)得到顯著提升，得到了用戶的好評(píng)。本項(xiàng)目中主要包含四大類工位器具，已經(jīng)基本涵蓋了所有齒輪類零件，錐齒盆角齒輪大輪對(duì)應(yīng)直徑大且不帶內(nèi)孔的齒輪；錐齒盆角齒輪小輪對(duì)應(yīng)不帶內(nèi)孔的軸類齒輪；錐齒盆角齒輪上線配對(duì)架對(duì)應(yīng)需要一一對(duì)應(yīng)配對(duì)安裝的齒輪；帶內(nèi)孔齒輪通用貨架對(duì)應(yīng)所有帶內(nèi)孔的圓盤類齒輪。此項(xiàng)目非常適合于齒輪加工廠的工位器具的整體策劃、設(shè)計(jì)、制造，同時(shí)對(duì)于批量生產(chǎn)的軸類、盤類零件的工位器具也有極大的借鑒和參考作用。

編輯陳秀娟

Optimal Design of Working Position Apparatus in Gear Machining

Chen Hui ，Zhou Ruiting

Abstract：The optimal design concept of working position apparatus in gear machining has been introduced. Based on a principle of minimalism, high efficiency and low cost, the working position apparatus has been manufactured to comply with processes requirements fully and meet user′s demand by designing its integral structure reasonably.

Key words：gear machining; integral structure; working position apparatus

收稿日期：2016—02—25

作者簡介：陳輝(1980—)，高級(jí)工程師，主要從事組專機(jī)床、數(shù)控機(jī)床以及工裝夾具等的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。電話：15539710958，E-mail:185730177@qq.com

中圖分類號(hào)：TH138.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B