模块化设计法在机械产品设计中的应用

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Modular Design of the M echanical Product DesignWEN HongfG Mechanical and Electrical Vocational Colege，Tianshui，Gartsu 741001，China)Abstract：The modular design has become the industrial modernization，the only way for inteligent，modular productshave been deep into all walks of life.Dedicated modular system a higher degree of overall system inheritance is relativelysmall，in order to ensure the stability of the system，software testing is an important part of the modular development。

Modular software，the traditional software testing theory can not be directly used for the testing of the modular software。

research modular software testing is important，this article reducer system design，for example，the mechanical CAD systemthe program modular and functional modular design method were compared and analyzed，ofers an innovative design formechanical products。

Keywords：procedures；modular，functional modular，CAD拈化设计已经成为工业现代化、智能化的必经之路，模块化产品已经深入到各行各业。拈化系统的专用程度较高，系统的整体继承性相对较小 ，为了保证系统的稳定性 ，软件的测试成为拈化开发的-个重要环节。文章通过对座式起重机悬挂式减速器 CAD系统软件开发进行研究，采用的是程序拈化设计方法。通过对低速重载齿轮箱CAD/CAM系统开发研究中，采用功能拈化设计方法进行设计。这两种不同思路的拈化设计都是-种创新设计，各有特色。下面分别介绍这两种拈设计方法。

1 程序拈化设计方法门座式起重机悬挂式减速器采用程序拈化设计方法。

这种方法就是按照减速器 CAD程序设计思路划分拈进行设计，我们把该系统划分为三大拈：设计计算拈；轴系结构设计与轴承组合拈；零件图与装配图参数化绘图拈。

(1)设计计算拈。拈化设计 ：软件的设计是以-定的方法为基础的。面对越来越复杂的软件开发任务，人们提出了各种软件设计的模型。从用户需求和系统要实现的任务功能出发 ，把大型的软件划分为相对较小的拈。为了减少拈与拈之间的关联性 ，拈之间的逻辑结构相对独立，无函数的交叉调用，数据传递由全局变量完成，这就是拈化设计的基收稿日期：2013-04-18作者简介 ：文宏，男，大学本科，讲师，主要研究方向：机械设计、计算机辅助工业设计。

本思想。拈化设计的核心是拈的独立性 ，主要包括功能独立性和结构独立性，这使得软件开发的分工易于实现。

软件测试是软件开发中的关键环节，基于拈化设计的软件测试模型简单，查错和纠错都易于实现。下面以单链路数据传递的软件模型说明拈化软件设计的软件测试的基本原则。函数 F(X-Y)定义为软件拈 X到软件拈 Y的接 口函数 ，用来通过终端显示由拈 x进入拈 Y的数据。如果模块 C执行后发生错误，则由拈 B和拈 C的数据接口函数F(B-C)判断是否是拈 B出来的数据就是错误的。如果 F(B-C)不错 ，则证明拈 C存在错误；如果 F(B-C)传递数据错误，再察看 F(A-B)传出的数据是否错误，如果不错则证明拈B存在错误。用此依次前推孤立错误的方法，即可以很容易地定位错误所在的拈。这就是拈化设计时软件测试的基本原则。

该主拈包含 5个二级子拈。它们是：①总体设计模块。该拈功能为根据输入转速、传动比、功率(或输出扭矩)，选择传动型式、传动级数，并确定标准与非标准设计。该拈包含参数输入、计算动力参数、传动比计算与分配、传动比修改、传动型式简图、工况选择、菜单工具条等 7个子拈(三级拈)。②标准减速器设计拈。该拈功能为确定标准中心距 、各级斜齿圆柱齿轮设计、热功率校核、伸出轴端径向载荷与轴向载荷计算(三级拈)。③非标准减速器设计拈。该模块功能为设计非标准斜圆柱齿轮。它所包含的子拈比标准设计多-个斜齿轮螺旋角调整(三级拈)。④数据库拈。该第 40卷第 5期 文 宏：拈化设计法在机械产品设计中的应用 81拈功能为数据的整理、分类以及传递，以便实现参数化绘图。⑤在线帮助拈。该拈功能使用户在使用该拈软件过程中随时得到帮助。它包含参数输入错误提示、用户修改参数 、程序暂停、返回或继续等 4个子拈(三级拈)。

(2)轴的结构设计与轴承组合设计拈。该主拈包含输入轴、中间轴、输 出轴等三种形式的轴结构设计(二级拈)。

其中每个二级拈又包含轴承选择计算 、轴结构设计、轴承组合设计等若干子块(三级拈 )。

(3)参数绘图拈。该拈包含斜齿圆柱齿轮图、齿轮轴图、光轴图、各附件图、标准件图、装配图等 6个子块(二级模块)，各个二级拈又包含若干个三级、四级拈。例如，减速器附件拈中包含轴承端盖图、套筒图、套杯图、油标图、油塞图等子块(三级拈轴承端盖图拈中又细分为输入轴闷盖、输入轴透盖、中间轴闷盖、输出轴闷盖、输出轴透盖等5个子块(四级拈 )。

2 功能拈化设计方法这种方法是-种原理方案设计方法，就是通过对减速器功能的分析，建立功能拈系统如图 1所示。

图 1功能拈设计法示意图功能分析与功能拈系统减速器的总功能可以用黑箱表示。根据减速器工作要求，可知：n2T1；式中，n2为减速器的输出转速；nl为减速器的输入转速；，I2为减速器的输出转矩；T1为减速器的输入转矩。由此可见，减速器的总功能为降速增矩〃立功能分析与功能拈系统，减速器的功能分析。

3 两种拈化设计特点3.1程序拈化设计的特点(1)程序拈化设计层次清晰，便于软件的菜单管理。在许多工程设计中，复杂的软件系统开发实践表明：未采用拈化处理，势必造成整个软件的编排无序，难以实现菜单管理，必将给研制工作的深入和用户的使用带来极大困难。从上述的拈结构划分中可见，本系统由设计计算、结构设计和绘图三大拈以及若干子拈形成倒树状结构，对于软件菜单的编排也与此相对应。这样，层次非常清晰，编程人员与二次开发人员以及用户对整个系统的框架都很容易掌握。由于形成了良好的用户界面和清晰的中文菜单，用户十分欢迎。

(2)程序拈化设计有利于缩短程序长度和软件的二次开发。拈化设计可以使-些共同的程序段建成公共拈，这样可以缩短程序长度，节省编程时间，提高效率。公共拈的合理调用，可节省用户的运行时间，且便于修改或进行软件二次开发。本软件系统多处建立了公共拈，使原本很复杂的系统变得较简单-些。例如，齿轮材料选择，由材料查扔触极限应力与弯曲极限应力都是-样的。为此，我们根据机械设计手册极限应力所规定的几种齿轮材料与热处理要求，建立了齿轮材料子拈作为公共拈，供进行齿轮强度设计时调用。同理，在参数绘图中，装配图的绘制也必须建立零件图块 、装配消隐、序号排列等公共拈，以供不同传动级数的多种减速器在设计时调用。由此可见，程序拈化设计方法不仅缩短了设计周期，有利于二次开发，而且有利于机械产品的系列化、通用化和标准化。

3.2功能拈化设计的特点(1)产品更新换代快。新产品的发展常是局部改进，若将先进技术引进相应拈，比较容易实现局部改进，这就加快了产品的更新换代。如计算机制造就是改变其中某些插件 (模块)，提高了计算机的性能。

(2)缩短了设计和制造周期。当用户提出要求后，只需更换部分拈，或设计、制造个别拈即可获得所需产品，这样就大大缩短了设计和制造周期。

(3)降低成本。拈化后，同-个功能拈可用于数种产品，增大了该拈的生产数量，还便于采用先进工艺、成组技术等，缩短了设计时间，从而降低了产品成本，提高了产品质量。

(4)维修方便。产品维修时，只须更换损坏的拈，维修方便、快捷。

(5)性能稳定可靠。拈化设计对产品的功能及拈划分进行了精心研究，保证了它的性能，使产品性能稳定可靠。

(6)系统较复杂。由于考虑拈的适应性和互换性，系统比较复杂，层次编排没有程序化设计清晰。

4 结语任何产品的整体形象、使用操作、色彩质地、产品标识以及材料工艺都越来越多地考虑到人的因素，追求使用功能的合理，充分考虑人性需求、灵活运用规范标准，形成人机交流高效、提高产品品质，这也是人性化设计的意义所在。作为每- 位设计师，要迎合市场趋势，体现人文关怀，追求人性化设计的发展道路，使我国的机械类产品在国际化市场中立于不败之地 。