基于平台集成的齿轮箱研究

齿轮箱是机械设备中应用比较广泛的重要部件，直接影响整个系统的正常运转，其设计、制造、安装、调试均非常重要。通常，齿轮箱的每个零件都需要设计师精心设计，而每个设计师都有自己的设计思路，随意性较大，即使改动很少或者多次重复制造的齿轮箱，也不能实现与制造出来的产品完全相同。基于平台集成研发的齿轮箱，能够很好地解决以上问题。平台化的齿轮箱将零部件分成整机、单机、部件、组件和零件5个层级，每个层级都是成熟的产品或技术，能更方便地、最大限度地实现零部件的共享和快速交付，并减少重复开发造成的浪费，降低新开发模块的不可靠性，提高产品的可靠性和质量。根据各部件功能的不同，把齿轮箱分成不同的模块，独立的模块设计不仅简化了齿轮箱结构，零件容易加工，而且易于各个模块快速有效地进行组装。详见图1、图2所示。

图1　齿轮箱外形

图2　齿轮箱内部结构图

1　齿轮箱产品平台

为了对齿轮箱产品按照一定的层级结构进行统一管理，把齿轮箱产品层级分成整机、单机、部件、组件和零件5个层次，如图3所示。零件和组件需要专业技术人员研发和编制加工工艺，属于专业技术；部件、单机和整机通过零件或组件组装集成，属于集成技术。在整机产品设计中，零件、组件、部件和单机可以作为不同层级的共享件在不同的产品中使用，把它们归于共享模块，组成齿轮箱平台的平台产品。5个层级的所有产品均可作为产品对外销售，把它们叫做外销产品。如表1所示，在齿轮箱产品平台中，层级与产品的对应关系为：整机对应齿轮箱总成；单机对应齿轮箱总成分解出来的齿轮箱模块、电机模块和润滑模块；部件对应各个模块分解出来的部件（如轴系、箱体等），部件又细分为不同的组件，组件再分为零件。

表1　产品平台货架

2　电机模块

如图2所示，电机模块包含电机、联轴器、防护罩。联轴器把电机和齿轮箱的联接在一起，电动通过联轴器把动力传动递给齿轮箱工作。联轴器除了传递动力外，还可以缩小安装造成的电机轴线和齿轮箱输入轴轴线不对中的误差，起到保护电机和齿轮箱的作用。联轴器用防护罩隔离起来，防止联轴器转动起来造成意外伤害。

3　齿轮箱模块

为了最大限度地使零部件共享和快速交付，所有零部件尽量通用化。因此，制定了齿轮箱设计的标准，确定了齿轮箱的标准参数。齿轮箱的速比按表2进行分配，固化了第二级到第四级的速比，通过第一级速比的变动满足齿轮箱的总速比要求，第一级的速比也选定在几个固定的标准速比。齿轮箱的外形尺寸，齿轮的齿宽、模数和内孔尺寸通过参数化设定，每个零件都是标准化的。因此，相同中心距和速比的齿轮，参数都是完全一样的。末级中心距相同的齿轮箱（单级齿轮箱除外），能够承受的额定输出扭矩是相同的。

在齿轮箱产品平台中，齿轮、齿轮轴、输出轴、平键、定距环、上下箱体、闷盖等单一件定义为层级中的零件；齿轮、齿轮轴和平键组装在一起的中间轴组合，定义为组件；中间轴组两端烘套上轴承成为轴系，定义为部件；各个轴系部件加上箱体部件和其他部件组装在一起的齿轮箱模块，定义为单机；齿轮箱模块、电机模块和润滑模块，以及其他模块（如果有）组装成齿轮箱总成，定义为整机。各个零件、组件、部件、单机和整机都可以作为产品向客户销售。

表2　齿轮箱速比分配表

4　润滑模块

润滑模块是为齿轮箱正常运转提供润滑和冷却的系统，主要由电机泵、冷却器、胶管、显示控制模块和支架组成，如图4所示。使用时用螺栓将整个润滑模块固定在齿轮箱侧面，并用胶管与齿轮箱的进、出油口联接。齿轮箱箱体作为油箱，润滑油经过安装在齿轮箱上的过滤器过滤后到达电机泵，经电机泵加压后经过冷却器冷却，通过显示控制模块后进入齿轮箱内，对齿轮和轴承进行润滑和冷却。显示控制模块上安装有显示温度、压力和流量的仪表，同时安装有检测流量、温度和压力的传感器，可以显示和检测润滑系统的工作状态。系统可以根据检测到的温度情况调节冷却水阀的开启和关停，减少能耗和节约用水。

图4　润滑模块

5　结语

综上所述，基于平台集成的齿轮箱不仅能够达到产品平台化、功能模块化、零部件通用化的效果，而且能够直接应用成熟的产品或技术使产品质量稳定、交货周期快、集成度高、综合性能优越、整体寿命延长。在此平台基础上，还可以为客户提供个性化的产品定制，提高效率和质量，满足客户需求。

参考文献

[1]周辉．产品研发管理：构建世界一流的产品研发管理体系[M]．北京：电子工业出版社，2012.

[2]成大先．机械设计手册：第2卷[M]．北京：化学工业出版社，2002．

（作者夏志民系南京宁嘉机电有限公司高级工程师）