模塊化設(shè)計(jì)及其在齒輪減速器中的應(yīng)用研究

摘 要：在機(jī)械行業(yè)中，齒輪減速器的應(yīng)用十分廣泛。然而伴隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，對(duì)齒輪減速器的需求量不斷增加，傳統(tǒng)的齒輪減速器設(shè)計(jì)與制造方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足機(jī)械工業(yè)發(fā)展需求。模塊化作為一種科學(xué)的設(shè)計(jì)制作方式被應(yīng)用在齒輪減速器的設(shè)計(jì)與制造中。文章主要針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)及其在齒輪減速器中的應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì)；齒輪減速器；模塊單位

齒輪減速器的工作效率佳，使用年限長(zhǎng)，后期維護(hù)便捷，得到了廣泛普及的應(yīng)用。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，齒輪減速器的需求量也在不斷增加。在傳統(tǒng)模式下的齒輪減速器設(shè)計(jì)中，繼承性較差，新產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期時(shí)間長(zhǎng)，工藝裝備復(fù)雜，生產(chǎn)效率相對(duì)低下。如果仍然沿用傳統(tǒng)的齒輪減速器設(shè)計(jì)制造方式將無(wú)法滿(mǎn)足日益增加的市場(chǎng)需求。在這一基礎(chǔ)上，模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，其對(duì)齒輪減速器的設(shè)計(jì)與制造有著的十分重大的實(shí)際意義。

1 模塊設(shè)計(jì)及其優(yōu)點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)化方法，其在機(jī)械制造、電子工程、建筑等行業(yè)有著十分廣泛的應(yīng)用。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要目的就是能夠以盡量少的投入來(lái)生產(chǎn)獲得更多的產(chǎn)品，通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益最高的方式來(lái)滿(mǎn)足產(chǎn)品生產(chǎn)的各項(xiàng)需求。在機(jī)械產(chǎn)品中，模塊就是一組具有相同功能與結(jié)合要素，性能與結(jié)果不同，但是能夠?qū)崿F(xiàn)互換的單元。模塊化設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品同一功能的單元組合設(shè)計(jì)成為擁有不同性能，能夠相互交換的模塊，選擇不同的模塊單元就能夠?qū)⑵浣M合拼湊成為不同類(lèi)型、不同功能的產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)就是要在滿(mǎn)足客戶(hù)需求的基礎(chǔ)上保持產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，成本低廉。模塊設(shè)計(jì)的流程圖如圖1所示。

模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）產(chǎn)品構(gòu)成更新速度較快。新產(chǎn)品的更新往往都是通過(guò)局部?jī)?yōu)化實(shí)現(xiàn)的。如果將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用至相應(yīng)的模塊就更加容易實(shí)現(xiàn)，從而加速產(chǎn)品更新速度。（2）縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。當(dāng)客戶(hù)提出需求后，僅僅需要更換部分模塊單元，制造個(gè)別模塊單元就能夠制造出滿(mǎn)足客戶(hù)需求的產(chǎn)品。使用模塊化設(shè)計(jì)后，各個(gè)模塊能夠同時(shí)制造，分別調(diào)試，從而有效縮短制造周期。（3）降低制造成本。使用模塊化設(shè)計(jì)后相同的模塊單元能夠同時(shí)應(yīng)用在各個(gè)產(chǎn)品當(dāng)中，顯著增加了該模塊的生產(chǎn)效率，縮短了設(shè)計(jì)實(shí)踐，降低了產(chǎn)品成本。（4）便于維護(hù)。模塊化設(shè)計(jì)下的產(chǎn)品后期維護(hù)工作十分便捷，在維修的時(shí)候只需要更換相應(yīng)的模塊。即使陳舊產(chǎn)品淘汰，但只要組合成產(chǎn)品的各個(gè)模塊單元沒(méi)有淘汰，該模塊能夠依然被使用于其他產(chǎn)品。

2 模塊化設(shè)計(jì)在齒輪減速器中的應(yīng)用

2.1 確定相關(guān)范圍

模塊化設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)之一就是要對(duì)產(chǎn)品的規(guī)格以及市場(chǎng)上其他相同類(lèi)別的產(chǎn)品需求量進(jìn)行真實(shí)充分的了解。只有在充分了解市場(chǎng)需求與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)行模塊的劃分與組合。在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查的過(guò)程中，為了全面滿(mǎn)足冶金行業(yè)、建筑行業(yè)、化工行業(yè)等行業(yè)的需求，需要設(shè)計(jì)中小功率的通用齒輪減速器系列，從而滿(mǎn)足平行軸與相交軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)，確定相關(guān)系列的參數(shù)，確定相關(guān)范圍。

2.2 設(shè)定產(chǎn)品裝配與中心距

齒輪減速器的結(jié)構(gòu)形式主要分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器以及圓柱-圓錐齒輪減速器。基于讓齒輪減速器滿(mǎn)足單元模塊組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)單位元件互換的需求，可以大致將產(chǎn)品的組合裝配進(jìn)行擬定。在擬定裝配組合的過(guò)程中，齒輪減速器各級(jí)齒輪傳動(dòng)中心距的確定需要滿(mǎn)足下列兩個(gè)主要因素：第一，最大程度的滿(mǎn)足各級(jí)齒輪等接觸的強(qiáng)度傳動(dòng)；第二，系列各箱體號(hào)齒輪之間能夠相互交換。

2.3 具體劃分模塊

齒輪減速器整體結(jié)構(gòu)擁有十分顯著的等級(jí)特性。在開(kāi)展模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要基于對(duì)產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品的整體功能分解成為多個(gè)層次較高的綜合性，多功能單元。進(jìn)而根據(jù)不同的需求，將多項(xiàng)綜合功能單元細(xì)分成為多個(gè)層次較低，能夠?qū)崿F(xiàn)互換、獨(dú)立的單元，例如齒輪、軸承等級(jí)分解。

2.4 模塊設(shè)計(jì)

由于模塊設(shè)計(jì)需要配置多種可能性的組合方式，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到模塊單元需要擁有較多的接合處，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要做到加工恰當(dāng)，裝配合適，盡可能的選擇使用標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，還應(yīng)該注意模塊單元的使用年限。在齒輪減速器箱體模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于中心距相同而速比不同，因此二級(jí)、三級(jí)可以使用一致的箱體模塊。當(dāng)只是二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)更多過(guò)程中，原箱體高速級(jí)孔先不許使用悶蓋封死。為了提高齒輪減速器安裝的便捷性，以滿(mǎn)足不同安裝場(chǎng)合需求，可以在箱體的前后上下每個(gè)面分別裝設(shè)安全平面與安裝孔，從而保證箱體能夠?qū)崿F(xiàn)不同方位的安裝方式。在軸模塊的模塊化設(shè)計(jì)中主要要考慮到軸與其他領(lǐng)部門(mén)的裝配關(guān)系，不同傳動(dòng)比要盡量選擇結(jié)構(gòu)尺寸相同更多軸，從而便于抽成與端蓋密封等模塊能夠相互通用。附件模塊的設(shè)計(jì)中，例如視孔蓋、油標(biāo)等，在齒輪減速器制造行業(yè)中已經(jīng)形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需要根據(jù)不一樣的齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)選擇相關(guān)的模塊即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外齒輪減速器企業(yè)生產(chǎn)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，并且已經(jīng)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)收益。可以看出，模塊化設(shè)計(jì)作為一種科學(xué)的設(shè)計(jì)理念與方法，將會(huì)更普及的融入到其他行業(yè)，其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中。由于當(dāng)前模塊化設(shè)計(jì)大部分僅僅只是在系列內(nèi)進(jìn)行，跨系列的或非標(biāo)齒輪箱由于各個(gè)主參數(shù)的差異難以實(shí)現(xiàn)通用。因此，拓展豐富模塊系統(tǒng)，全面提高模塊化的通用水平是其未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：熊勇（1974-），男，漢族，四川內(nèi)江市人，內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，工程碩士，講師，研究方向：機(jī)械工程。