模块化设计及其在齿轮减速器中的应用

　　模块化设计及其在齿轮减速器中的应用汪云祥，高洪安徽机电学院机械工程系，安徽芜湖需要。分析了传统的齿轮减速器设计方法的不足，介绍了模块化设计理论及其主要特点，讲述了模块化设计在齿轮减速器中的应用。运用模块化设计不仅能使齿轮减速器具有很大适应性和灵活性，同时对提高齿轮减速器的传动质量，延长使用寿命都具有重要意义。

　　齿轮减速器以其效率高，工作耐久，维护方便，而得到广泛应用。但传统的齿轮减速器设计往往是面向某具体产品，从零件设计入手，逐步完成整机设计，除少量标准件外，几乎是全新的，生产上及技术上的继承性很差，且新产品设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大，生产线也需作较大的调整。随着科学技术和国民经济的发展，对齿轮减速器的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，若仍采用传统的单产品设计方法是远不能满足市场多样化的需求，不能适应激烈的市场竞争，也很难提高产品的综合技术经济效益及保证产品质量。为了解决这些问，可采用模块化设计。模块化设计是种标准化组合化设计，它不是面向某具体产品，而是面向某类产品系统以至有相似功能的相邻产品系统，它不必对每种产品施以单独设计，而是精心设计出多种模块，用巧妙灵活而多变的方式组合出多样化新产品研制周期，而且可极大地丰富产品的规格和品种，提高产品对用户的响应性和适应性，使产品结构呈现柔性化。

　　1模块化设计及其主要特点模块化设计是近年来发达国家普遍采用的种先进的设计方法。它的核心思想是将系统根据功能分解为通用模块和为实现多样化效果的专用模块，将这两部分巧妙的组合起来构成新产品或使产品多样化。

　　在机械产品中所谓模块就是组具有同功能和结合要素指联接部位的形状尺寸和联接件之间的配合或嗤合参数等，但性能和结构不同，却能互换的单兀。

　　模块化设计是将产品上同功能的单元设计成具有不同性能，可以互换的模块，选用不同的模块即可组成不同类型，不同规格的产品。模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽1能多的产品，并在满足用户要求的基础上使产品精度高，性能稳定，结构简单，成本低廉。

　　模块化设计的主要方式横系列模块化设计。即在不改变产品主要参数条件下，利用模块发展变型产品。横系列模块化设计方法最普遍最简单。它常是在基型品种上更换或添加模块，形成新的变型品种。

　　纵系列模块化设计是指对不同主要参数的基型产品进行模块化设计，设计比较复杂。

　　纵系列模块系统中产品功能及原理方案相同，结构相似，但随着主参数的变化，不仅尺寸规格改变，而且动力参数也相应变化。因此当主要参数变化较大时，必须对纵系列产品划分合理区段，同区段内模块通用。

　　全系列模块化设计。全系列模块化设计包括纵系列和横系列模块化设计。

　　跨系列模块化设计。跨系列模块系统中具有相近动力参数的不同类型产品，它有两种模块化方式是在相同的基础件结构上选用不同模块组成跨系列产品；另种是基础件不同的跨系列产品中具有同功能的零部件选用相同功能模块。

　　采用模块化设计产品具有下列优点，产品构成的柔性化和更新换代较快。新产品的发展通常是局部改进，若将先进技术引进相应模块，比较容易实现，这就加快了产品更新换代的速度。

　　降低成本。模块化后，同模块可用于数种产品，增大了该模块的生产数量，便于采用先进工艺成组技术等，还可缩短设计时间，从而降低了产品成本，提高了产品质量。

　　便于维修扩充改装和实现多样化。维护方便，必要时可只更换模块。对模块化产品而言，个老产品的淘汰，但组成产品的模块并没淘汰，这些模块还可用于组合别的产品。采用模块化结构还有利于迅速发展产品品种，满足多样化需求。

　　2模块化设计在齿轮减速器中的应用2.1市场调查分析与参数范围的确定模块化设计的个重要前提是必须对产品的品种和规格以及市场对同类产品的需求量有充分的了解，只有这样才能开展模块的划分创建组合。根据市场调查，为满足冶金矿山建筑化工轻工等行业的需要，拟设计中小功率的通用齿轮减速器系列，要求满足平行轴及相交轴的传动，系列参数为单级中心距80560，传动比2.35.6；级中心距200560，传动比820；级中心距200500，传动比25100.

　　2.2拟定产品的装配形式及中心距的确定齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器圆锥齿轮减速器圆柱圆锥齿轮减速器种结构，为了使齿轮减速器通过单元模块组合，实现系列产品内传动件互换，拟定产品的装配形式共12种，1.

　　减速器各级齿轮传动中心距的确定主要考虑两个因素是尽可能实现各级齿轮等接触强度拷勒贝是系列各箱体号齿轮实现每，了俞滴，摈箱热也距定咖论是级传动还是级传动，都是以末级中心距其值作为箱体号，每箱体号都能实现多种固定的速比。为了使系列减速器每箱体号各种速比的各级齿轮传动都能达到等接触强度，则每箱体号中相邻两级中心距之比3132，应为常数或固定公比。其值的大小可参照国内外有关减速器产品目录的技术数据选取。

　　2.3模块的划分减速器整机结构具有明显的分级特性，在进行模块化设计时，以产品的功能分析为基础，将产品的总功能分解为若干层次较高的综合性功能单元，2.然后根据不同的需求，将这些综合性功能单元分别细化为若干层次较低的可互换的独立的基础单元，如齿轮轴承的分级分解34.

　　轴承的基础单元分解意2.4模块设计由于模块要具有多种可能的组合方式，因此设计时要考虑到个模块的较多接合部位，应做到加工合理装配合理；应尽量采用标准化的结构；还应保证模块寿命相当，维修及更换方便。齿轮减速器其主要模块设计特点，箱体模块中心距相同而速比不同，级级可采用相同箱体模块，只是级传动时，原箱体高速级孔不需要镗出或用闷盖封死。当输入轴与输出轴需要垂直，高速级采用圆锥齿轮传动时，同样可使用原基本箱体，只需要在输入端增加侧盖即可。为了增加减速器安装的灵活性，以适应各种不同的安装场合，在箱体的上下前后轴向端面4个面上分别设置安装平面和安装孔，箱体就可以实现4种方位的安装方式卧式和立式各两种。

　　齿轮模块在具体确定各级传动齿轮的技术参数时，应尽可能提高各系列箱体之间齿轮的互换程度，除了用于相同中心距和速比的传动齿轮互换外，不同中心距和速比的传动齿轮也应能实现定的互换比例。为了实现标准中心距，齿轮应采用角度变位，具体几何尺寸参数需要进步优化。另外以单级齿轮为基础模块，级级传动齿轮从单级齿轮模块中选取，尽量减少齿轮品种，提高通用化程度。

　　轴模块轴模块的设计主要是根据轴和其它零部件如轴承密封圈等之间的装配关系确定，不同传动比尽可能选用结构尺寸相同的轴，即使轴的其他尺寸不同，装轴承处的直径和2.5技术文件的编制由于模块化设计建立的模块常不直接与产品联系，因此必须注意其技术文件的编制，才能将不同功能的模块有机联系起来。技术文件的编制主要包括以下内容编制模块组合与配制减速器产品的关系，中全系列的模块种类及各种减速器使用编制所有产品的模块组和模块目录，标明各产品和模块组的组成。

　　编制系列通用的制造和验收条件，合格证明书及装箱单。

　　编制模块式的使用说明，以适应不同产品不同模块的需要。

　　3结束语模块化齿轮减速器是由箱体齿轮轴轴承端盖等通用模块和较少数量专用模块所组成，通用模块可事先规划设计并可成批进行制造。当用户需要台新的齿轮减速器时，只需设计制造其中的专用零部件，然后与现有的通用模块和外购标准件采用搭积木的方组装在起即可。这种模块化减速器产品具有很大适应性和灵活性，且设计周期短制造成本低等系列优点，使其在市场上具有很强的竞争力。

　　另外，模块化设计是项反复实践，不断深化完善的过程。通过大量的模块化产品设计实践，齿轮减速器模块的品种逐渐增加，模块化系统也进行着新陈代谢，些优良的新模块不断补充进去，些设计不良的模块连续被替代和淘汰，以此不断丰富和发展模块系列专用模块转化为通用模块，提高模块化的通用程度。

　　童时中。模块化原理设计方法及应用肘。北京中国标准出版社，2000.

　　廖林清，王化培，石晓辉。机械设计方法学肘。重庆重庆大学出版社，1997.

　　张展。机械设计通用手册北京中国劳动出版社，1994.

　　贾延林。模块化设计肘。北京机械工业出版社，1993.

　　杨可桢，程光蕴。机械设计基础肘。北京高等教育出版社，1996.

　　赵阳，吴会林，徐燕申。面向用户的机床模块化设计。机械设计，1996，634