模塊化設計及其在齒輪減速器中的應用研究

摘 要：在機械行業(yè)中，齒輪減速器的應用十分廣泛。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計制作方式被應用在齒輪減速器的設計與制造中。文章主要針對模塊化設計及其在齒輪減速器中的應用進行探析。

關鍵詞：模塊化設計；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計中，繼承性較差，新產品設計周期時間長，工藝裝備復雜，生產效率相對低下。如果仍然沿用傳統(tǒng)的齒輪減速器設計制造方式將無法滿足日益增加的市場需求。在這一基礎上，模塊化設計應運而生，其對齒輪減速器的設計與制造有著的十分重大的實際意義。

1 模塊設計及其優(yōu)點

模塊化設計是一種能夠實現(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)有著十分廣泛的應用。模塊化產品設計的主要目的就是能夠以盡量少的投入來生產獲得更多的產品，通過經(jīng)濟效益最高的方式來滿足產品生產的各項需求。在機械產品中，模塊就是一組具有相同功能與結合要素，性能與結果不同，但是能夠實現(xiàn)互換的單元。模塊化設計是將產品同一功能的單元組合設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將其組合拼湊成為不同類型、不同功能的產品。模塊化設計就是要在滿足客戶需求的基礎上保持產品的結構簡易，成本低廉。模塊設計的流程圖如圖1所示。

模塊化設計的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）產品構成更新速度較快。新產品的更新往往都是通過局部優(yōu)化實現(xiàn)的。如果將先進技術應用至相應的模塊就更加容易實現(xiàn)，從而加速產品更新速度。（2）縮短產品設計周期。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品。使用模塊化設計后，各個模塊能夠同時制造，分別調試，從而有效縮短制造周期。（3）降低制造成本。使用模塊化設計后相同的模塊單元能夠同時應用在各個產品當中，顯著增加了該模塊的生產效率，縮短了設計實踐，降低了產品成本。（4）便于維護。模塊化設計下的產品后期維護工作十分便捷，在維修的時候只需要更換相應的模塊。即使陳舊產品淘汰，但只要組合成產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品。

2 模塊化設計在齒輪減速器中的應用

2.1 確定相關范圍

模塊化設計的重要基礎之一就是要對產品的規(guī)格以及市場上其他相同類別的產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)狀的基礎上才能夠進行模塊的劃分與組合。在進行市場調查的過程中，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動，確定相關系列的參數(shù)，確定相關范圍。

2.2 設定產品裝配與中心距

齒輪減速器的結構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足單元模塊組合，實現(xiàn)產品內單位元件互換的需求，可以大致將產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

齒輪減速器整體結構擁有十分顯著的等級特性。在開展模塊化設計的過程中，需要基于對產品功能分析的基礎上，將產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，能夠實現(xiàn)互換、獨立的單元，例如齒輪、軸承等級分解。

2.4 模塊設計

由于模塊設計需要配置多種可能性的組合方式，因此在設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構。同時，還應該注意模塊單元的使用年限。在齒輪減速器箱體模塊的設計過程中，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安全平面與安裝孔，從而保證箱體能夠實現(xiàn)不同方位的安裝方式。在軸模塊的模塊化設計中主要要考慮到軸與其他領部門的裝配關系，不同傳動比要盡量選擇結構尺寸相同更多軸，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)形成相關的標準，在設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的模塊即可。

3 結束語

目前，國內外齒輪減速器企業(yè)生產都已經(jīng)實現(xiàn)了模塊化設計與生產，并且已經(jīng)獲得了良好的經(jīng)濟收益?？梢钥闯?，模塊化設計作為一種科學的設計理念與方法，將會更普及的融入到其他行業(yè)，其他產品的設計當中。由于當前模塊化設計大部分僅僅只是在系列內進行，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。

參考文獻

[1]宋麗爽.模塊化設計及其在齒輪減速器中的應用研究[J].中國新技術新產品，2016（4）：46-47.

[2]黃瑾媛，尹健，封超.模塊化設計及其在小型農業(yè)作業(yè)機設計中的應用[J].現(xiàn)代機械，2010（6）：66-67+74.

[3]蔡業(yè)彬.模塊化設計方法及其在機械設計中的應用[J].機械設計與制造，2005（8）：154-156.

[4]劉佳，傅衛(wèi)平.穩(wěn)健優(yōu)化設計在齒輪減速器中的應用[J].機械科學與技術，2011（2）：297-301.

[5]皮云云，徐學林，高崇金.MATLAB優(yōu)化工具箱在齒輪減速器設計中的應用[J].機械工程師，2009（1）：131-133.

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