模塊化設(shè)計及其在齒輪減速器中的應(yīng)用研究

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

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計；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，后期維護便捷，得到了廣泛普及的應(yīng)用。伴隨著經(jīng)濟的發(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)計中，繼承性較差，新產(chǎn)品設(shè)計周期時間長，工藝裝備復(fù)雜，生產(chǎn)效率相對低下。如果仍然沿用傳統(tǒng)的齒輪減速器設(shè)計制造方式將無法滿足日益增加的市場需求。在這一基礎(chǔ)上，模塊化設(shè)計應(yīng)運而生，其對齒輪減速器的設(shè)計與制造有著的十分重大的實際意義。

1 模塊設(shè)計及其優(yōu)點

模塊化設(shè)計是一種能夠?qū)崿F(xiàn)標準化與規(guī)范化的標準化方法，其在機械制造、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)計的主要目的就是能夠以盡量少的投入來生產(chǎn)獲得更多的產(chǎn)品，通過經(jīng)濟效益最高的方式來滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的各項需求。在機械產(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)計是將產(chǎn)品同一功能的單元組合設(shè)計成為擁有不同性能，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合拼湊成為不同類型、不同功能的產(chǎn)品。模塊化設(shè)計就是要在滿足客戶需求的基礎(chǔ)上保持產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡易，成本低廉。模塊設(shè)計的流程圖如圖1所示。

模塊化設(shè)計的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（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局部優(yōu)化實現(xiàn)的。如果將先進技術(shù)應(yīng)用至相應(yīng)的模塊就更加容易實現(xiàn)，從而加速產(chǎn)品更新速度。（2）縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。當客戶提出需求后，僅僅需要更換部分模塊單元，制造個別模塊單元就能夠制造出滿足客戶需求的產(chǎn)品。使用模塊化設(shè)計后，各個模塊能夠同時制造，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)計后相同的模塊單元能夠同時應(yīng)用在各個產(chǎn)品當中，顯著增加了該模塊的生產(chǎn)效率，縮短了設(shè)計實踐，降低了產(chǎn)品成本。（4）便于維護。模塊化設(shè)計下的產(chǎn)品后期維護工作十分便捷，在維修的時候只需要更換相應(yīng)的模塊。即使陳舊產(chǎn)品淘汰，但只要組合成產(chǎn)品的各個模塊單元沒有淘汰，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)計的重要基礎(chǔ)之一就是要對產(chǎn)品的規(guī)格以及市場上其他相同類別的產(chǎn)品需求量進行真實充分的了解。只有在充分了解市場需求與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上才能夠進行模塊的劃分與組合。在進行市場調(diào)查的過程中，為了全面滿足冶金行業(yè)、建筑行業(yè)、化工行業(yè)等行業(yè)的需求，需要設(shè)計中小功率的通用齒輪減速器系列，從而滿足平行軸與相交軸之間的轉(zhuǎn)動，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?；谧岧X輪減速器滿足單元模塊組合，實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)單位元件互換的需求，可以大致將產(chǎn)品的組合裝配進行擬定。在擬定裝配組合的過程中，齒輪減速器各級齒輪傳動中心距的確定需要滿足下列兩個主要因素：第一，最大程度的滿足各級齒輪等接觸的強度傳動；第二，系列各箱體號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特性。在開展模塊化設(shè)計的過程中，需要基于對產(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層次較高的綜合性，多功能單元。進而根據(jù)不同的需求，將多項綜合功能單元細分成為多個層次較低，能夠?qū)崿F(xiàn)互換、獨立的單元，例如齒輪、軸承等級分解。

2.4 模塊設(shè)計

由于模塊設(shè)計需要配置多種可能性的組合方式，因此在設(shè)計過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)計過程中要做到加工恰當，裝配合適，盡可能的選擇使用標準化的結(jié)構(gòu)。同時，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)計過程中，由于中心距相同而速比不同，因此二級、三級可以使用一致的箱體模塊。當只是二級轉(zhuǎn)動更多過程中，原箱體高速級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，以滿足不同安裝場合需求，可以在箱體的前后上下每個面分別裝設(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)計中主要要考慮到軸與其他領(lǐng)部門的裝配關(guān)系，不同傳動比要盡量選擇結(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)計中，例如視孔蓋、油標等，在齒輪減速器制造行業(yè)中已經(jīng)形成相關(guān)的標準，在設(shè)計過程中只需要根據(jù)不一樣的齒輪減速器標準選擇相關(guān)的模塊即可。

3 結(jié)束語

目前，國內(nèi)外齒輪減速器企業(yè)生產(chǎn)都已經(jīng)實現(xiàn)了模塊化設(shè)計與生產(chǎn)，并且已經(jīng)獲得了良好的經(jīng)濟收益。可以看出，模塊化設(shè)計作為一種科學的設(shè)計理念與方法，將會更普及的融入到其他行業(yè)，其他產(chǎn)品的設(shè)計當中。由于當前模塊化設(shè)計大部分僅僅只是在系列內(nèi)進行，跨系列的或非標齒輪箱由于各個主參數(shù)的差異難以實現(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的主要發(fā)展趨勢。

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作者簡介：熊勇（1974-），男，漢族，四川內(nèi)江市人，內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學院機械工程系，工程碩士，講師，研究方向：機械工程。