浅析机械传动系统保障性设计

姚翼武

摘 要：伴随着工业技术的不断发展，我国的机械传动系统也取得了长足的进步。社会经济的飞速发展也对机械传动系统提出了更高的要求，如何解决机械传动系统保障性问题已经成为我国机械化技术发展中亟待解决的问题。文章主要阐述了机械传动系统的概念、分类、发展以及保障性设计，探讨了机械传动系统的保障性要求及问题，重点研究了机械传动系统的保障性设计，并对机械传动系统的保障型设计实例进行了分析，以期为我国机械传动系统保障性的发展提供理论指导。

关键词：机械传动系统；保障性设计；齿轮传动系统

1 机械传动系统概述

机械传动系统是机床中传递运动和力的重要机械部件，根据机械运行要求的不同，机械传动系统的选择也存在差异，常見的机械传动系统主要有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系等。（1）齿轮传动是运用最为广泛的传动系统，其传动体系的运作主要通过主动轮拨动从动轮的形式来实现。根据齿轮传动系统运动空间的不同，可以分为平面齿轮传动和空间齿轮传动；根据齿轮工作模式的不同，又可以分为闭式传动和开式传动。（2）蜗轮蜗杆传动系统主要用于空间垂直且不相交的两轴间，借助蜗轮蜗杆实现运动与力的传递。蜗轮蜗杆传动系统具有传动比大、结构紧凑等优点，但是只能用于单向传动，且传动系统本身容易发热。（3）带传动系统是利用挠性件来实现运动和力的传动的，多用于两轴平行且回转方向相同的传动系统中，对冲击有一定的缓冲性，传动结构简单，运行成本较低。（4）链传动是利用链条与链轮啮合来传递运动和力的传动系统，对设计精度要求较低，且传动系统结构简单，易于维护。（5）轮系是由一系列齿轮组成的传动系统，主要包括定轴轮系与周转轮系两种传动模式。轮系传动能够在相距较远的两轴间实现运动和力的传递，并具有较大的传动比，但该传动系统对精确度的要求极高。

我国机械传动系统的发展可以追溯到新中国成立时期，伴随着国内工业生产技术的进步，机械传动系统也经历了从无到有的过程，并在追逐世界先进技术的道路上快速发展。特别是近几年，国内的机械传动系统在功能、效率等方面已经接近于世界先进水平，并在诸多领域得到了极为广泛的应用，但是整体而言，我国机械传动系统在精确度、稳定性、保障性、使用寿命等方面仍然存在较大问题，机械传动技术仍然需要不断地发展与完善。

2 机械传动系统的保障性问题

2.1 保障性的概念

保障性是衡量产品优劣的重要指标，是决定产品生命周期费用的关键性因素，可以将其理解为：产品的设计特性与保障性资源满足使用功能的能力。产品保障性的发展经历了一个漫长的过程，最初的保障性仅限于对功能与寿命的要求。而伴随着科学技术的不断进步，产品生产相关的技术体系趋于复杂化，也对产品的安全性与稳定性提出了更高的要求，设计特性、保障性资源、维修性等内容也被纳入保障性要求中，产品保障性也成为贯穿产品设计阶段的重要指标。

2.2 机械传动系统的保障性要求

在确定保障性要求时首先应考虑以下几个问题：一是系统应用的设备类型，二是系统的工作环境，三是系统的工作强度，四是保障条件的具体要求，五是成本方面的约束。在考虑上述要求的基础上，需要确定具体的保障性定量要求以及保障性定性要求。其中，保障性定量要求包括系统级总体性能需求、保障型设计特性要求、保障系统及资源要求等三个方面的内容；而定性要求则包括稳定性、维修性、测试性、安全性、运输型、标准化、经济性、特殊要求等。

2.3 我国机械传动系统的保障性问题

我国的机械传动系统的发展较快，但是由于起步较晚，在技术基础方面与发达国家存在较大差距，而且我国机械传动系统的发展比较注重功能与寿命的提升，但在系统保障性方面存在诸多问题。首先是机械传动系统保障性研究的落后，对于系统保障性与安全性的重视程度不足；其次，作为机械传动系统的主要使用者，多数生产企业并不注重传动系统保障性的开发与推广，而是出于企业经济利益的考量，将重心放在在成本控制方面；另外，我国机械传动系统保障性的发展受制于技术水平的限制，在保障性设计方面存在明显缺陷。

2.4 我国机械传动系统保障性问题出现的原因

要提升我国机械传动系统的保障性，首先应对保障性问题出现的原因有一定的认识。我国机械传动系统保障性问题出现的原因主要包括以下三个方面：一是重视程度不够，我国对于机械传动系统保障性重要性的认识不足，国内研究机构及生产企业对机械传动系统保障性的研究尚处于起步阶段；二是发展机制不合理，国内机械传动系统的研发和生产机制仍然沿用计划经济时期发展模式；三是整体投入不足，研发资金多集中在机械传动系统的功能开发与寿命延长上。

3 机械传动系统的保障性设计

3.1 机械传动系统的保障性分析

保障性分析是提高机械传动系统保障性的基础，需要根据系统的保障性要求、参数及量值，选择最优的保障方案。保障性分析涵盖内容的众多，一是故障模式、影响及危害性分析，对产品故障的发展机制及后果进行分析；二是维修级别分析，对各类维修工作进行评估，确定科学的维修模式；三是以可靠性为中心的维修分析，即对系统维护工作的分析与预测；四是成本分析，在满足系统保障性要求情况下的最优成本；其他设计分析手段还包括敏感性分析、比较分析、功能要求分析等。

3.2 机械传动系统的保障性设计模型

为了确保机械传动系统保障性设计工作的顺利实施，必须建立完整的保障性设计模型，首先，是对传动系统使用要求与系统特性的分析，为保障性设计提供参考资料，并在此基础上展开保障性分析工作，确定机械传动系统定量与定性要求；其次，细化机械传动系统保障性设计的相关要素，将保障性要求转化为具体的设计规范及设计要求；最后，是系统保障性方案的提出，根据机械传动系统的具体工作要求，确定最优的设计方案。

3.3 齿轮传动系统的保障性设计实例

为了对保障性设计分析与保障性设计模型有一个更为全面的认识，下面作者以齿轮传动系统为例进行保障型设计。首先是确定可用度、故障间隔时间、可靠度、返修期限、平均修复时间、故障率、故障检测率等一系列保障性定量要求，以及齿轮可靠性、测试性、维修性、安全性等定性要求；然后根据保障性要求确定初步方案，经过方案论证后展开详细的保障性设计工作；最后，进行齿轮材料及生产工艺的论证分析，选择最优的齿轮传动系统保障性设计方案。

4 结束语

机械传动系统是传递运动和力的重要机械部件，常见的传动系统包括齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动、轮系等。我国机械传动系统的发展较晚，虽然发展较为迅速，但在系统整体的稳定性、安全性以及保障性方面存在诸多问题，一方面是由于技术基础及研究力度的差距，另一方面也归咎于开发者与使用者对机械传动系统保障性设计的重视程度不足。因此，必须重视机械传动系统的保障性设计，做好前期的保障性设计工作，建立科学的保障性设计模型，最终达到提高机械传动系统保障性的目的。

参考文献

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