齒輪減速電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)問題
齒輪減速電機(jī)是由齒輪箱和電動機(jī)精確耦合而成的動力傳動裝置，其廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、印刷、水泥等行業(yè)的配套設(shè)備。在我國，由于減速器和電機(jī)分屬2個不同的行業(yè)。而且，其品種規(guī)格也較廣泛，僅就我公司制造過的而言，其安裝尺寸多達(dá)300余種，輸出功率自0．12kW至55kW，輸出扭矩自10Nm至5500Nm，各種規(guī)格多達(dá)6000余種。因此，齒輪減速電機(jī)作為整機(jī)開發(fā)較為困難，其起步也較晚。而國外(特別是德國)公司在齒輪減速電機(jī)上比國內(nèi)具有明顯優(yōu)勢的話，撇開其它制造質(zhì)量，往往是其減速機(jī)在通用化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化程度上比我們強(qiáng)，而這些成績的取得，很大程度上依賴于對齒輪減速電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)。
模塊化設(shè)計(jì)是將一組特定的模塊，在一定范圍內(nèi)組成多種不同功能或同功能不同性能的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一般都形成系列，模塊作為批量生產(chǎn)，以少品種模塊組成多品種產(chǎn)品。其在縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本及加強(qiáng)市場競爭力方面的綜合經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。對品種規(guī)格極為繁多的齒輪減速電機(jī)而言，模塊化設(shè)計(jì)顯得尤為必要和迫切，齒輪減速電機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是“以少變應(yīng)多變”，其設(shè)計(jì)時，應(yīng)綜合考慮了以下3個問題。
1 合理確定齒輪減速電機(jī)的型譜和參數(shù)
根據(jù)市場調(diào)查、用戶需要及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的可行性分析，確定齒輪減速電機(jī)的型譜，考慮提高模塊通用性的合理參數(shù)。主要參數(shù)和尺寸盡可能地滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求前提下，按R5、R10、R20、R40的優(yōu)先數(shù)系順序選取，如德國SEW公司R系列同軸式齒輪減速電機(jī)的中心高是在R10優(yōu)先數(shù)系中選取，輸出轉(zhuǎn)速是在R20優(yōu)先數(shù)系中選取，而減速箱內(nèi)的中心距是在R40優(yōu)先數(shù)系中選取，而整個系列減速機(jī)的底腳安裝型式中輸出軸尺寸、長度、底腳孔徑、孔距；法蘭安裝型式中凸緣止口直徑、孔距、孔徑、外徑等參數(shù)均符合優(yōu)先數(shù)系R20中的化整值系列，也符合國際通用安裝尺寸。如德國曼內(nèi)斯曼·德馬克(Mannesmann·Demag)公司的AF系列減速機(jī)。經(jīng)分析，其中總中心距符合R10優(yōu)先數(shù)系，其級差公比Φa＝1．25，每種中心距有速比從9至180共23種傳動比，工作范圍較寬，設(shè)計(jì)中采用了標(biāo)準(zhǔn)公比，傳動比級差公比Φi＝1．12。其主要參數(shù)均采用優(yōu)先數(shù)。
2 齒輪減速電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)
如何劃分模塊，是齒輪減速電機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。模塊種類少，通用化程度高，加工批量大，對降低成本有利。但從系統(tǒng)的外涵考慮，設(shè)計(jì)時應(yīng)對產(chǎn)品的整體、功能、性能和成本等方面進(jìn)行全面分析，才能合理確定模塊的種類和數(shù)量。
從國外幾家專業(yè)廠來看，齒輪減速電機(jī)的模塊按功能分可分為動力模塊、變速模塊、聯(lián)接模塊及附加模塊四大類。其中的模塊又可細(xì)化。如動力模塊：可建立軸、軸承、箱體、齒輪、油封等模塊。盡量考慮全系列中模塊的通用性。如齒輪設(shè)計(jì)中經(jīng)優(yōu)化分析統(tǒng)一，螺旋角β＝20°，齒寬系數(shù)Φ＝0．35，而模數(shù)、齒數(shù)、變位系數(shù)也一致。這樣，齒輪作為模塊具有通用性了。如上所述的德國曼內(nèi)斯曼·德馬克(Mannesmann·Demag )的AF系列減速機(jī)的中心距中，機(jī)座號AF06第一級中心距同AF05的第二級中心距一致，而AF07的第1級同AF06的第二級一致，而整個系列又按此類推，主要是考慮了該系列里面的齒輪模塊的通用性。
3 齒輪減速電機(jī)模塊的組合
齒輪減速電機(jī)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要考慮結(jié)合部位要素的設(shè)計(jì)。為保證模塊的互換性，結(jié)合部位要有定位、聯(lián)接的作用，其形狀、尺寸、配合，要盡量符合標(biāo)準(zhǔn)且便于加工。保證用較少的模塊組合成更多不同功能和性能的產(chǎn)品。如比利時漢森(Hansen)專利模塊化減速器系列，具有基本模塊45對齒輪副(17對螺傘齒輪、28對斜齒輪)，可組成2320種傳動比。而減速器系列中只有8種箱體模塊。又如聯(lián)邦德國弗蘭德(FLEND)公司的模塊化減速器系列，其輸入軸齒輪有5種中心距，各有5種傳動比，輸出軸齒輪有3種中心距，各有16種傳動比，由此組成了8個系列具有各種功率及傳動比的減速器。
模塊的組合也不是絕對的。如處于動力模塊和變速模塊之間的聯(lián)接模塊，國外有些齒輪減速電機(jī)公司(如瑞士BBC公司)，就把其變速模塊后端面按標(biāo)準(zhǔn)立式電機(jī)的安裝尺寸設(shè)計(jì)加工，這樣，其外購的動力模塊可直接安裝于變速模塊上，省略了聯(lián)接模塊。達(dá)到了既經(jīng)濟(jì)，又使結(jié)構(gòu)緊湊的理想效果。
國內(nèi)已開發(fā)的組合的減速器、電機(jī)減速機(jī)、有制動功能的電機(jī)減速機(jī)。是我國的齒輪減速電機(jī)模塊化組合的雛形。
齒輪減速電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)，國內(nèi)起步較晚。近年來，我公司推出的YCJ—B系列、YCJ—E系列齒輪減速電機(jī)就考慮了模塊化設(shè)計(jì)，其帶來的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促使我公司正在積極設(shè)計(jì)、開發(fā)一套完整的傳動系統(tǒng)模塊。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，齒輪減速電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)工作已相對地變得容易。相信，模塊化設(shè)計(jì)也是國內(nèi)眾多齒輪減速電機(jī)廠家的努力方向。
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