1、产品结构体系产品结构体系相似设计相似设计模块化设计模块化设计 习题习题第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计产产品品结结构构体体系系 1产品结构体系的类型产品结构体系的类型 2产品的系列化产品的系列化 第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计一个产品可以从功能上和实体一个产品可以从功能上和实体上来认识。产品的功能单元是上来认识。产品的功能单元是指那些对产品的整体性能有贡指那些对产品的整体性能有贡献的独立的运动或支撑部分，献的独立的运动或支撑部分，各功能单元在确定以某种技术各功能单元在确定以某种技术和实体零部
2、件来实现之前，常和实体零部件来实现之前，常常以简图的形式加以描述。常以简图的形式加以描述。产品结构体系的类型产品结构体系的类型第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计(a)集成化体系结构 图7-1 产品结构体系的两种类型(b)模块化体系结构第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 产品结构体系的重要的特征也许产品结构体系的重要的特征也许就是它的模块化程度。一个模块化就是它的模块化程度。一个模块化的体系结构有以下两大特点：（的体系结构有以下两大特点：（1 1）各个组件分别执
3、行一个或若干个功各个组件分别执行一个或若干个功能；（能；（2 2）组件之间的相互关系是明）组件之间的相互关系是明确的，并且这种相互关系往往是实确的，并且这种相互关系往往是实现一个产品功能的基础。现一个产品功能的基础。第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 与模块化构造相对的是集成化构造。与模块化构造相对的是集成化构造。集成化构造一般具有下列一个或若干集成化构造一般具有下列一个或若干个特征：（个特征：（1 1）产品的每个功能单元都）产品的每个功能单元都由多个组件来实现；（由多个组件来实现；（2 2）每个组件参）每个组件参与多个功能单
4、元的实现；（与多个功能单元的实现；（3 3）组件之）组件之间的相互关系并不明确，这种相互关间的相互关系并不明确，这种相互关系对产品的基本功能来说并不一定重系对产品的基本功能来说并不一定重要。要。第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 模块化只是产品构造的相对特性。模块化只是产品构造的相对特性。很少有产品是完全模块化或集成化的。很少有产品是完全模块化或集成化的。推荐在进行产品构造时采用推荐在进行产品构造时采用“四步四步法法”，即（，即（1 1）画出产品的简图；（）画出产品的简图；（2 2）对简图中的元素分组；（对简图中的元素分组；（
5、3 3）设计简）设计简略的几何结构；（略的几何结构；（4 4）确定基本的和）确定基本的和附属的相互关系。附属的相互关系。第一节第一节 产品结构体系产品结构体系第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第一节第一节 产品结构体产品结构体系系 任何产品（特别是机电产品）任何产品（特别是机电产品）都是以一定的结构及形状来实现其都是以一定的结构及形状来实现其功能的，结构与形状的差异构造了功能的，结构与形状的差异构造了五花八门的产品。满足功能与性能五花八门的产品。满足功能与性能是设计产品的第一要素，结构与形是设计产品的第一要素，结构与形状设计要围绕功能与性能来进行。状设计要围绕功能
6、与性能来进行。在进行变型设计时，可从不同角度在进行变型设计时，可从不同角度对基型产品进行扩展。产品系列一对基型产品进行扩展。产品系列一般分纵系列、横系列和跨系列三类。般分纵系列、横系列和跨系列三类。第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第一节第一节 产品结构体系产品结构体系纵系列产品纵系列产品 功能和原理相同，结构相同或相似，功能和原理相同，结构相同或相似，但结构尺寸、性能规格参数不同的一系列但结构尺寸、性能规格参数不同的一系列产品称为纵系列产品。其显著特征是由小产品称为纵系列产品。其显著特征是由小到大的
7、尺寸变化，例如，由到大的尺寸变化，例如，由1414英寸、英寸、1717英英寸、寸、1919英寸、英寸、2121英寸、英寸、2525英寸、英寸、2929英英寸寸构成的电视机系列产品。构成的电视机系列产品。第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第一节第一节 产品结构体系产品结构体系横系列产品横系列产品 主要功能和原理相同，但具有扩展功主要功能和原理相同，但具有扩展功能和性能的同类变型产品称为横系列产品。能和性能的同类变型产品称为横系列产品。其显著特征是主体结构相同，但功能与性其显著特征是主体结构相同，但功能与性能在局部有所差异。例如，同为能在局部有所差异。例如，同为292
8、9英寸的英寸的电视机有普通型、带画中画功能型等；家电视机有普通型、带画中画功能型等；家用汽车有手动挡、自动挡；自行车分为普用汽车有手动挡、自动挡；自行车分为普通型、山地车、沙滩车等。通型、山地车、沙滩车等。第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第一节第一节 产品结构体系产品结构体系跨系列产品跨系列产品 采用相同或相似的主要性能参数（例采用相同或相似的主要性能参数（例如动力参数），相同的主要基础件和通用如动力参数），相同的主要基础件和通用零部件，但功能和用途不同，这样形成的零部件，但功能和用途不同，这样形成的不同类变型产品称为跨系列产品。例如压不同类变型产品称为跨系列产
9、品。例如压路机，推土机、挖掘机、装载机等都是以路机，推土机、挖掘机、装载机等都是以内燃机为动力的，当配接不同的工作机后内燃机为动力的，当配接不同的工作机后就形成了跨系列的工程机械。救护车、消就形成了跨系列的工程机械。救护车、消防车、运钞车等都属于跨系列的汽车。防车、运钞车等都属于跨系列的汽车。第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计相相似似设设计计 1相似的基本理论相似的基本理论 2 相似设计方法相似设计方法第二节第二节 相似设计相似设计一般相似一般相似 人工相似人工相似 他相似他相似 异类相似异类相似 146102具体相似具体相似 7同类相似同类相似 8相似、相像是自
10、然界相似、相像是自然界普遍存在的现象，一普遍存在的现象，一般可将相似分为般可将相似分为1111种种类型类型 模糊相似模糊相似 可拓相似可拓相似 95113自然相似自然相似 自相似自相似 精确相似精确相似 第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计系统间具体属性和特征的相似。它主要包括系统间具体属性和特征的相似。它主要包括系统结构相似、功能相似、信息作用相似、系统结构相似、功能相似、信息作用相似、几何特征相似、物理特征相似几何特征相似、物理特征相似。(1(1）.一般相似一般相似(2).(2).具体相似具体相似 第二节第二节 相似设计相似设计第第
11、7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1指自然系统间的相似性，例如，天体系统指自然系统间的相似性，例如，天体系统中行星间的相似性、植物之间的相似性、中行星间的相似性、植物之间的相似性、人与人的相似性。人与人的相似性。(3).(3).自然相似自然相似(4).(4).人工相似人工相似 主要指依靠人的创造性活动，在各种人造系主要指依靠人的创造性活动，在各种人造系统之间或人造系统与自然系统之间实现的相统之间或人造系统与自然系统之间实现的相似性，例如，不同型号汽车相似、自行车相似性，例如，不同型号汽车相似、自行车相似、
12、仿生机械系统与生物系统相似。似、仿生机械系统与生物系统相似。第二节第二节 相似设计相似设计1不同类型机械系统之间的特性存在相似性，不同型不同类型机械系统之间的特性存在相似性，不同型号产品系统之间存在相似性，机械系统与电系统之号产品系统之间存在相似性，机械系统与电系统之间存在相似性。不同类型系统之间的相似性。间存在相似性。不同类型系统之间的相似性。（5).5).他相似他相似（6 6）.自相似自相似 同一系统内部，不同层次的主系统与子系统之间的同一系统内部，不同层次的主系统与子系统之间的相似性，即部分与整体的相似，主系统与子系统的相似性，即部分与整体的相似，主系统与子系统的相似。相似。第二节第二节
13、 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（7 7）.同类相似同类相似 （8 8）.异类相似异类相似 第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计（9 9）.可拓相似可拓相似 既有相似特性，可精确度量出相似程度，又有不既有相似特性，可精确度量出相似程度，又有不相似特性，不能精确度量或难以度量。相似特性，不能精确度量或难以度量。（1111）.精确相似精确相似（1010）.模糊相似模糊相似 例如，昆虫像树枝，植物相似石头，等等。例如，昆虫像树枝，植物相似石头，等等。在一组物理现象中，其对应点上基本参数之间成
14、固定的数在一组物理现象中，其对应点上基本参数之间成固定的数量比例关系，这一组物理现象特征称为精确相似。量比例关系，这一组物理现象特征称为精确相似。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计（1 1）.几何相似几何相似几何相似的图形或物体其对应部分的比值等于同一个常数。几何相似的图形或物体其对应部分的比值等于同一个常数。第二节第二节 相似设计相似设计1（2 2）.时间相似时间相似 时间相似指两个物体在运动过程中的时间间隔互成比时间相似指两个物体在运动过程中的时间间隔互成比例。设两个
15、时间序列和，则例。设两个时间序列和，则 式中，为时间相似常数式中，为时间相似常数。312123tttttttt第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（3 3）.速度相似速度相似 速度相似指两个物体在运动过程中，各对应点、对应速度相似指两个物体在运动过程中，各对应点、对应时刻上速度的方向一致，大小对应成比例。设速度矢时刻上速度的方向一致，大小对应成比例。设速度矢量和，则量和，则式中，为速度相似常数。式中，为速度相似常数。同理，可以得出加速度也相似。同理，可以得出加速度也相似。
16、312123vvvvvvvv第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（4 4）.动力相似动力相似 动力相似指在几何相似的力场中，两个物体所有各对应动力相似指在几何相似的力场中，两个物体所有各对应点上的作用力方向对应成比例。设对应点的作用力分别点上的作用力方向对应成比例。设对应点的作用力分别为和，则力相似，即为和，则力相似，即 在力相似的基础上，可导出力矩相似、质量相似，统称在力相似的基础上，可导出力矩相似、质量相似，统称为动力相似。为动力相似。312123FFFFFFF第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计
17、产品结构体系与模块化设计1（5 5）.温度相似温度相似 温度相似指在温度场中，两个物体各对应点在对应时温度相似指在温度场中，两个物体各对应点在对应时刻的温度互成比例。设对应点的温度分别为和，则刻的温度互成比例。设对应点的温度分别为和，则 另外，还有密度、电量、光强度相似等。另外，还有密度、电量、光强度相似等。312123TTTTTTT第二节第二节 相似设计相似设计 第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1定义：对于相似现象，其相似指标定义：对于相似现象，其相似指标=1=1，或相似准则数值相同。，或相似准则数值相同。换个说法是，彼此相似的现
18、象必定具有数值相同的相似准则。换个说法是，彼此相似的现象必定具有数值相同的相似准则。含义：含义：物理量在空间相对应的各点和在时间上相对应的各瞬间物理量在空间相对应的各点和在时间上相对应的各瞬间各自互成一定的比例关系；各自互成一定的比例关系；各相似常数值不能任意选择，它们各相似常数值不能任意选择，它们受某种自然规律的约束。受某种自然规律的约束。相似第一定理也称为相似正定理，它描述了相似现象的基本特征，相似第一定理也称为相似正定理，它描述了相似现象的基本特征，揭示了彼此相似现象应具有的性质。揭示了彼此相似现象应具有的性质。（1 1）相似第一定理）相似第一定理第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7
19、章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1定义：如果一个物理系统的个不同物理量定义：如果一个物理系统的个不同物理量 ，之间存之间存在一定的函数关系：在一定的函数关系：在在 中，最多有个物理量的量纲是相互独立的，那么，中，最多有个物理量的量纲是相互独立的，那么，该函数关系可以演化为另一个函数关系：该函数关系可以演化为另一个函数关系：式中，式中，是由是由 组成的组成的 个不同的无量纲量。个不同的无量纲量。上式称为准则关系或者关系式，也就是第三定理的数学表达式。上式称为准则关系或者关系式，也就是第三定理的数学表达式。（2
20、2）相似第二定理）相似第二定理1X2XnX12(,)0nf XXX(1,2,)jXjn12(,)0if(1,2,)iinm1mjiiXnm第二节第二节 相似设计相似设计1 含义：含义：如果把某现象的实验结果整理为无量如果把某现象的实验结果整理为无量纲关系式，那么这种准则关系式便可推广到与它纲关系式，那么这种准则关系式便可推广到与它相似的所有的其他现象上，即从模型实验到实物相似的所有的其他现象上，即从模型实验到实物设计；设计；同一系统的物理量不论采用什么基本量同一系统的物理量不论采用什么基本量单位，其函数关系都是成立的；单位，其函数关系都是成立的；是无量纲数且是无量纲数且各不相同，个数是固定的但
21、其形式不是唯一的，各不相同，个数是固定的但其形式不是唯一的，通常是同一个问题中两个相同性质物理量的比例。通常是同一个问题中两个相同性质物理量的比例。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（3 3）相似第三定理）相似第三定理定义：对于同一类物理现象，如果单值量相似，而且由单值量所定义：对于同一类物理现象，如果单值量相似，而且由单值量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象必定相似。组成的相似准则在数值上相等，则这些现象必定相似。这里的单值量是指单值条件（几何、物理、边界和初始条件）中这里的单值量是指单值条件（几何、物理、边界和初始条件）中
22、的物理量。的物理量。第三定理指出了相似的充分必要条件：两个现象相似，除要求对第三定理指出了相似的充分必要条件：两个现象相似，除要求对应点上的物理量组成的相似准则数值相同外，其初始状态条件必应点上的物理量组成的相似准则数值相同外，其初始状态条件必须相同。须相同。相似第三定理是相似设计的理论基础。相似第三定理是相似设计的理论基础。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 量纲分析法是指通过对系统间特征值量纲进行分析，找出各量量纲分析法是指通过对系统间特征值量纲进行分析，找出各量之间的一般的相互关系，从而求得相似准则。之间的一般的相互关系，从而求
23、得相似准则。例如，牛顿第二定律例如，牛顿第二定律 ，若用量纲表示，则有，若用量纲表示，则有 或者或者1（1 1）量纲分析法）量纲分析法Fma2FMLT12MFL T 第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1【例7-1】描述物体运动的物理量有力、质量、速度和时间，根据相似第二定理，可写出如下相似准则：式中，a、b、c、d为待确定未知量。代入各物理量的量纲，化为如下量纲方程：等式左边的量纲为0，根据齐次原则，有令a=1，解之得回代入方程，可得牛顿相似准则为 abc dF m v t 21 MLT M LT Tabcd 1111abcd 11F
24、tFm v tmv 002()0abacacd第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（2 2）方程分析法）方程分析法 任何系统的物理或者几何模型都可以用数学方程式任何系统的物理或者几何模型都可以用数学方程式来表达，因此可根据已知的支配系统特性规律和描述特来表达，因此可根据已知的支配系统特性规律和描述特征的数学方程来求解相似指标和相似准则。征的数学方程来求解相似指标和相似准则。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计12 相似设计是在确定了基型设计的基础上，根据相似相似设计是在确定了基
25、型设计的基础上，根据相似理论求出系列中其他产品的参数和规格尺寸，从而完成理论求出系列中其他产品的参数和规格尺寸，从而完成全系列产品的开发设计。相似产品设计过程如下图所示。全系列产品的开发设计。相似产品设计过程如下图所示。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（1 1）基型设计）基型设计 根据设计任务及设计要求，先确定一个基型产根据设计任务及设计要求，先确定一个基型产品及其主参数。在基型产品的基础上，沿纵向、横品及其主参数。在基型产品的基础上，沿纵向、横向进行扩展。向进行扩展。（2 2）确定相似类型）确定相似类型 相似系列产品一般可分几何
26、相似和半相似系列相似系列产品一般可分几何相似和半相似系列产品两大类型。产品两大类型。第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1（3 3）确定级差公比和系列型谱）确定级差公比和系列型谱 在系列产品中，相邻两产品的规格参数及尺寸之间在系列产品中，相邻两产品的规格参数及尺寸之间的公比称为级差。级差是相似系列品设计的关键。的公比称为级差。级差是相似系列品设计的关键。（1 1）级差公比的选择原则）级差公比的选择原则 在一定的尺寸和参数范围内，级差公比值小，所得到在一定的尺寸和参数范围内，级差公比值小，所得到的系列产品的型号就多，选择使用范围宽，但生产
27、较麻烦，的系列产品的型号就多，选择使用范围宽，但生产较麻烦，制造成本较高，所以要兼顾生产与使用两方面。制造成本较高，所以要兼顾生产与使用两方面。全系列产品中，级差公比可选为定值或不同数值。例全系列产品中，级差公比可选为定值或不同数值。例如，采用如，采用“两头大，中间小两头大，中间小”的级差公比可在常用尺寸范的级差公比可在常用尺寸范围内得到较多的型号，便于选择使用，在较小及较大尺寸围内得到较多的型号，便于选择使用，在较小及较大尺寸范围范围第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1内型号少，满足了加工制造的经济性。此外，也内型号少，满足了加工制
28、造的经济性。此外，也可采用可采用“先大后小先大后小”、“先小后大先小后大”等类型的级差等类型的级差公比。公比。级差公比尽可能是标准公比。此外，也可级差公比尽可能是标准公比。此外，也可“隔隔一取一，隔二取一一取一，隔二取一”等，以减少品种数，也可不同等，以减少品种数，也可不同系列混用。系列混用。（2 2）级差公比的计算方法）级差公比的计算方法 按照等比数列计算。在确定了产品最大型号主值按照等比数列计算。在确定了产品最大型号主值 和和最小型号主值最小型号主值 后，按照下式计算。后，按照下式计算。式中，式中，为型号数量、规格种类。为型号数量、规格种类。将计算出的级差圆整后，按照优先数确定产品系列型谱
29、。将计算出的级差圆整后，按照优先数确定产品系列型谱。maxBminBma x1mi nzBBz第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1例如，设计圆柱销时，要求长度例如，设计圆柱销时，要求长度 1010125 mm125 mm，拟定，拟定1212个规格，其长度级差为个规格，其长度级差为采用标准公比采用标准公比 ，R10R10系列，则圆柱销的长度规格系列，则圆柱销的长度规格为为1010，12.512.5，1616，2020，2525，31.531.5，4040，5050，6363
30、，8080，100100，125 mm.125 mm.等比数列方法适于计算结构尺寸类参数。等比数列方法适于计算结构尺寸类参数。L1 211 2 51.2 51 0L1.25L 由相似原理分析并求解相似比。通过相似分析，列出由相似原理分析并求解相似比。通过相似分析，列出相似方程式，再求出相似比作为级差公比。该法适于计算相似方程式，再求出相似比作为级差公比。该法适于计算性能参数。性能参数。第二节第二节 相似设计相似设计 0pkKKK0Kkpm1,2,pmn1,2,pn 第二节第二节 相似设计相似设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 第二节第二节 相似设计相似设计第第
31、7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计模模块块化化设设计计1模块化设计过程模块化设计过程 2 模块化产品设计实例模块化产品设计实例第三节第三节 模块化设计模块化设计1 模块化设计方法是由欧美一些国家在模块化设计方法是由欧美一些国家在2020世世纪纪5050年代提出来的一种现代设计方法，前苏联年代提出来的一种现代设计方法，前苏联和东欧国家将这种设计方法称为组合没设计。和东欧国家将这种设计方法称为组合没设计。模块化设计的指导思想是模块化设计的指导思想是“以少变应多变以少变应多变”，“以组合求创新以组合求创新”，它
32、适应现代社会要求产品，它适应现代社会要求产品品种、规格、结构、式样、功能、性能等多样品种、规格、结构、式样、功能、性能等多样化的需要。化的需要。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计模块是模块化设计和制造的功能单元和结构基础，模块是模块化设计和制造的功能单元和结构基础，模块应具备以下三个特征。模块应具备以下三个特征。（1 1）独立性：相对独立的特定功能，可单独设计、）独立性：相对独立的特定功能，可单独设计、生产、调试、修改、储备等。生产、调试、修改、储备等。（2 2）相容和相关性：具有若干配合要素。）相容和相关性：具有若干配合要素。（
33、3 3）互换性：要求结合部位的结构形状和尺寸标）互换性：要求结合部位的结构形状和尺寸标准化。准化。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计11模块化设计过程如下图所示。模块化设计过程如下图所示。图 模块化设计过程第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与
34、模块化设计产品结构体系与模块化设计1 模块的构形设计用来决定所确定模块的结构形状模块的构形设计用来决定所确定模块的结构形状及模块与模块的连接方式。及模块与模块的连接方式。一个零件（物体）是由几个表面组成的，它们通一个零件（物体）是由几个表面组成的，它们通过边棱邻接，又通过边棱隔开。决定一个物体构形过边棱邻接，又通过边棱隔开。决定一个物体构形的元素是物体的表面。的元素是物体的表面。模块的构形除了要能够实现功能要求这外，还要模块的构形除了要能够实现功能要求这外，还要能够与其他形体进行结合和连接，这是模块构形设能够与其他形体进行结合和连接，这是模块构形设计要解决的关键问题。计要解决的关键问题。第三节
35、第三节 模块化设计模块化设计1在进行模块的构形设计时，可接按照下图所示在进行模块的构形设计时，可接按照下图所示的方法实施。的方法实施。图 模块的构形设计方法 第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1在确定功能模块时应注意以下几点。（1）明确模块在整个系统中的作用，保证系统主要功能的实现。（2）模块更换的必要性和可能性。（3）模块的功能及结构的独立性和完整性。（4）模块与模块之间的结合要素要方便其连接和分离。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 在基型产品模块设计的基础上进
36、行变型产品模块在基型产品模块设计的基础上进行变型产品模块设计，一般可分为纵系列模块、横系列模块和跨系设计，一般可分为纵系列模块、横系列模块和跨系列模块。列模块。纵系列模块的功能及原理方法（案）相同，结构纵系列模块的功能及原理方法（案）相同，结构相似，而结构参数、尺寸有变化，随参数变化对系相似，而结构参数、尺寸有变化，随参数变化对系列产品划分合理区段，同一区段内模块通用。列产品划分合理区段，同一区段内模块通用。横系列模块是在一定基型产品的基础上更换或添横系列模块是在一定基型产品的基础上更换或添加的模块，设计时要留足够的位置和合理的接口，加的模块，设计时要留足够的位置和合理的接口，预先加工出连接的
37、定位面和定位孔等，以得到扩展预先加工出连接的定位面和定位孔等，以得到扩展功能的同类变型产品。功能的同类变型产品。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 跨系列模块可构成具有相近动力参数的不同跨系列模块可构成具有相近动力参数的不同类型产品。既可在相同的基础件结构上选用不同类型产品。既可在相同的基础件结构上选用不同模块组成跨系列产品，也可在基础件不同的跨系模块组成跨系列产品，也可在基础件不同的跨系列产品中选用相同的功能模块。列产品中选用相同的功能模块。在完成基型和变型产品模块化设计后，对确定的生产模在完成基型和变型产品模块化设计后，对确
38、定的生产模块按照其功能、种类、规格、层次关系等进行分类编码，块按照其功能、种类、规格、层次关系等进行分类编码，编制模块管理的技术文件，建立模块的管理系统，形成标编制模块管理的技术文件，建立模块的管理系统，形成标准的模块库，以实现对模块的管理和使用。准的模块库，以实现对模块的管理和使用。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1模块管理技术文件应包括以下内容。模块管理技术文件应包括以下内容。（1 1）全系列产品名称、所用模块组和模块目录表。）全系列产品名称、所用模块组和模块目录表。（2 2）模块组合与配置关系表。表中要能体现出全系）模块组
39、合与配置关系表。表中要能体现出全系列产品所用的模块的种类、数量、模块层次关系、列产品所用的模块的种类、数量、模块层次关系、组合方式等。组合方式等。（3 3）模块加工制造方法及技术条件、验收标准等。）模块加工制造方法及技术条件、验收标准等。（4 4）模块使用说明。）模块使用说明。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计12 下面以某一减速器
40、的模块化设计为例，介绍模块化设下面以某一减速器的模块化设计为例，介绍模块化设计的过程。计的过程。1 1根据市场分析确定基型产品及系列型谱与主参数根据市场分析确定基型产品及系列型谱与主参数综合分析运输、冶金、化工、轻工等行业的需求情况，综合分析运输、冶金、化工、轻工等行业的需求情况，确定所开发设计的中小功率通用齿轮减速器系列。例如，确定所开发设计的中小功率通用齿轮减速器系列。例如，单级、二级、三级、平行轴、相交轴等类型，选定的中单级、二级、三级、平行轴、相交轴等类型，选定的中心距和传动比如下表所示。心距和传动比如下表所示。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计
41、产品结构体系与模块化设计1表表 减速器的中心距和传动比减速器的中心距和传动比主 参 数单 级二 级三 级中心距100560200560200560传动比2.35.582025100第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 取中心距和传动比的相似比均为取中心距和传动比的相似比均为1.121.12，计算单级、二级、，计算单级、二级、三级传动减速器的中心距系列和总传动比系列。三级传动减速器的中心距系列和总传动比系列。按照平行轴传动（输入和输出轴同侧、两侧）形式，确定按照平行轴传
42、动（输入和输出轴同侧、两侧）形式，确定减速器的减速器的9 9种装配形式作为纵系列产品，其材料和结构形式种装配形式作为纵系列产品，其材料和结构形式相同，参数和尺寸按照相似比确定。相同，参数和尺寸按照相似比确定。在纵系列基础上，选圆锥齿轮模块来更换圆柱齿轮，形成在纵系列基础上，选圆锥齿轮模块来更换圆柱齿轮，形成3 3种装配形式的横系列产品。种装配形式的横系列产品。2 2原理方案设计及功能分析原理方案设计及功能分析减速器的总功能为减速增矩，为此，采用输入轴系、输出减速器的总功能为减速增矩，为此，采用输入轴系、输出轴系、箱体、润滑和密封系统来实现。分解后的功能关系轴系、箱体、润滑和密封系统来实现。分解
43、后的功能关系及实现方式如图及实现方式如图a a和图和图b b所示所示 第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1图a 减速器的功能及分功能结构 第三节第三节 模块化设计模块化设计1图b 减速器的功能及实现方式 第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 3 3确定功能模块确定功能模块 显然，齿轮是关键模块。按照中心距显然，齿轮是关键模块。按照中心距100100、112112、125125、140140、160160、180180、200200、224224、250250、2802
44、80、315315、355355、400400、450450、560560、630630、710710，将配用的各对齿轮作为通，将配用的各对齿轮作为通用模块，各级齿轮传动均从其中选取。以此即可确定用模块，各级齿轮传动均从其中选取。以此即可确定箱体模块。箱体模块。对于二级和三级传动，其分传动比根据总传动比遵循对于二级和三级传动，其分传动比根据总传动比遵循接触等强度原则进行分配计算。将齿宽系数、圆锥齿接触等强度原则进行分配计算。将齿宽系数、圆锥齿轮的螺旋角、变位系数和模数均取为相同值。轮的螺旋角、变位系数和模数均取为相同值。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计
45、产品结构体系与模块化设计14 4基型产品及扩展型产品设计基型产品及扩展型产品设计在系列段中，选定中心距为在系列段中，选定中心距为280280的二级、三级减速的二级、三级减速器基型，其余为扩展型，按照齿轮及轴等计算方器基型，其余为扩展型，按照齿轮及轴等计算方法进行结构设计。法进行结构设计。5 5主要零部件的模块化设计主要零部件的模块化设计主要零部件包括输入、输出轴系和箱体系统。主要零部件包括输入、输出轴系和箱体系统。在轴的模块化设计中，可将同一种中心距、不同在轴的模块化设计中，可将同一种中心距、不同传动比的轴上零件（齿轮、轴承、端盖、密封圈传动比的轴上零件（齿轮、轴承、端盖、密封圈等）安装处的径
46、向和轴向尺寸取为相同值。等）安装处的径向和轴向尺寸取为相同值。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计1 在箱体的模块化设计中，当中心距相同而传动比在箱体的模块化设计中，当中心距相同而传动比不同（单级、二级、三级）时，采用一种箱体模块，不同（单级、二级、三级）时，采用一种箱体模块，二级和三级均采用折返式布置。箱体前后主端面加二级和三级均采用折返式布置。箱体前后主端面加大端盖（便于安装齿轮），箱体左右侧面和上下面大端盖（便于安装齿轮），箱体左右侧面和上下面加开端孔。箱体分为卧式和立式安装。加开端孔。箱体分为卧式和立式安装。6 6其他其他完成总装配图、零件工作图的设计，编写设计说明完成总装配图、零件工作图的设计，编写设计说明书，进行设计评价。书，进行设计评价。第三节第三节 模块化设计模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计习习题题1第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计 第第7 7章章 产品结构体系与模块化设计产品结构体系与模块化设计
