淺析機械傳動系統保障性設計

姚翼武

摘 要：伴隨著工業技術的不斷發展，我國的機械傳動系統也取得了長足的進步。社會經濟的飛速發展也對機械傳動系統提出了更高的要求，如何解決機械傳動系統保障性問題已經成為我國機械化技術發展中亟待解決的問題。文章主要闡述了機械傳動系統的概念、分類、發展以及保障性設計，探討了機械傳動系統的保障性要求及問題，重點研究了機械傳動系統的保障性設計，并對機械傳動系統的保障型設計實例進行了分析，以期為我國機械傳動系統保障性的發展提供理論指導。

關鍵詞：機械傳動系統；保障性設計；齒輪傳動系統

1 機械傳動系統概述

機械傳動系統是機床中傳遞運動和力的重要機械部件，根據機械運行要求的不同，機械傳動系統的選擇也存在差異，常見的機械傳動系統主要有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動、輪系等。（1）齒輪傳動是運用最為廣泛的傳動系統，其傳動體系的運作主要通過主動輪撥動從動輪的形式來實現。根據齒輪傳動系統運動空間的不同，可以分為平面齒輪傳動和空間齒輪傳動；根據齒輪工作模式的不同，又可以分為閉式傳動和開式傳動。（2）蝸輪蝸桿傳動系統主要用于空間垂直且不相交的兩軸間，借助蝸輪蝸桿實現運動與力的傳遞。蝸輪蝸桿傳動系統具有傳動比大、結構緊湊等優點，但是只能用于單向傳動，且傳動系統本身容易發熱。（3）帶傳動系統是利用撓性件來實現運動和力的傳動的，多用于兩軸平行且回轉方向相同的傳動系統中，對沖擊有一定的緩沖性，傳動結構簡單，運行成本較低。（4）鏈傳動是利用鏈條與鏈輪嚙合來傳遞運動和力的傳動系統，對設計精度要求較低，且傳動系統結構簡單，易于維護。（5）輪系是由一系列齒輪組成的傳動系統，主要包括定軸輪系與周轉輪系兩種傳動模式。輪系傳動能夠在相距較遠的兩軸間實現運動和力的傳遞，并具有較大的傳動比，但該傳動系統對精確度的要求極高。

我國機械傳動系統的發展可以追溯到新中國成立時期，伴隨著國內工業生產技術的進步，機械傳動系統也經歷了從無到有的過程，并在追逐世界先進技術的道路上快速發展。特別是近幾年，國內的機械傳動系統在功能、效率等方面已經接近于世界先進水平，并在諸多領域得到了極為廣泛的應用，但是整體而言，我國機械傳動系統在精確度、穩定性、保障性、使用壽命等方面仍然存在較大問題，機械傳動技術仍然需要不斷地發展與完善。

2 機械傳動系統的保障性問題

2.1 保障性的概念

保障性是衡量產品優劣的重要指標，是決定產品生命周期費用的關鍵性因素，可以將其理解為：產品的設計特性與保障性資源滿足使用功能的能力。產品保障性的發展經歷了一個漫長的過程，最初的保障性僅限于對功能與壽命的要求。而伴隨著科學技術的不斷進步，產品生產相關的技術體系趨于復雜化，也對產品的安全性與穩定性提出了更高的要求，設計特性、保障性資源、維修性等內容也被納入保障性要求中，產品保障性也成為貫穿產品設計階段的重要指標。

2.2 機械傳動系統的保障性要求

在確定保障性要求時首先應考慮以下幾個問題：一是系統應用的設備類型，二是系統的工作環境，三是系統的工作強度，四是保障條件的具體要求，五是成本方面的約束。在考慮上述要求的基礎上，需要確定具體的保障性定量要求以及保障性定性要求。其中，保障性定量要求包括系統級總體性能需求、保障型設計特性要求、保障系統及資源要求等三個方面的內容；而定性要求則包括穩定性、維修性、測試性、安全性、運輸型、標準化、經濟性、特殊要求等。

2.3 我國機械傳動系統的保障性問題

我國的機械傳動系統的發展較快，但是由于起步較晚，在技術基礎方面與發達國家存在較大差距，而且我國機械傳動系統的發展比較注重功能與壽命的提升，但在系統保障性方面存在諸多問題。首先是機械傳動系統保障性研究的落后，對于系統保障性與安全性的重視程度不足；其次，作為機械傳動系統的主要使用者，多數生產企業并不注重傳動系統保障性的開發與推廣，而是出于企業經濟利益的考量，將重心放在在成本控制方面；另外，我國機械傳動系統保障性的發展受制于技術水平的限制，在保障性設計方面存在明顯缺陷。

2.4 我國機械傳動系統保障性問題出現的原因

要提升我國機械傳動系統的保障性，首先應對保障性問題出現的原因有一定的認識。我國機械傳動系統保障性問題出現的原因主要包括以下三個方面：一是重視程度不夠，我國對于機械傳動系統保障性重要性的認識不足，國內研究機構及生產企業對機械傳動系統保障性的研究尚處于起步階段；二是發展機制不合理，國內機械傳動系統的研發和生產機制仍然沿用計劃經濟時期發展模式；三是整體投入不足，研發資金多集中在機械傳動系統的功能開發與壽命延長上。

3 機械傳動系統的保障性設計

3.1 機械傳動系統的保障性分析

保障性分析是提高機械傳動系統保障性的基礎，需要根據系統的保障性要求、參數及量值，選擇最優的保障方案。保障性分析涵蓋內容的眾多，一是故障模式、影響及危害性分析，對產品故障的發展機制及后果進行分析；二是維修級別分析，對各類維修工作進行評估，確定科學的維修模式；三是以可靠性為中心的維修分析，即對系統維護工作的分析與預測；四是成本分析，在滿足系統保障性要求情況下的最優成本；其他設計分析手段還包括敏感性分析、比較分析、功能要求分析等。

3.2 機械傳動系統的保障性設計模型

為了確保機械傳動系統保障性設計工作的順利實施，必須建立完整的保障性設計模型，首先，是對傳動系統使用要求與系統特性的分析，為保障性設計提供參考資料，并在此基礎上展開保障性分析工作，確定機械傳動系統定量與定性要求；其次，細化機械傳動系統保障性設計的相關要素，將保障性要求轉化為具體的設計規范及設計要求；最后，是系統保障性方案的提出，根據機械傳動系統的具體工作要求，確定最優的設計方案。

3.3 齒輪傳動系統的保障性設計實例

為了對保障性設計分析與保障性設計模型有一個更為全面的認識，下面作者以齒輪傳動系統為例進行保障型設計。首先是確定可用度、故障間隔時間、可靠度、返修期限、平均修復時間、故障率、故障檢測率等一系列保障性定量要求，以及齒輪可靠性、測試性、維修性、安全性等定性要求；然后根據保障性要求確定初步方案，經過方案論證后展開詳細的保障性設計工作；最后，進行齒輪材料及生產工藝的論證分析，選擇最優的齒輪傳動系統保障性設計方案。

4 結束語

機械傳動系統是傳遞運動和力的重要機械部件，常見的傳動系統包括齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動、輪系等。我國機械傳動系統的發展較晚，雖然發展較為迅速，但在系統整體的穩定性、安全性以及保障性方面存在諸多問題，一方面是由于技術基礎及研究力度的差距，另一方面也歸咎于開發者與使用者對機械傳動系統保障性設計的重視程度不足。因此，必須重視機械傳動系統的保障性設計，做好前期的保障性設計工作，建立科學的保障性設計模型，最終達到提高機械傳動系統保障性的目的。

參考文獻

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