摘要：基于AutoCAD2000平臺(tái)，探討了減速器齒輪軸CAD中的關(guān)健問(wèn)題，提出了減速器軸的力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)特征，利用開(kāi)發(fā)的軸設(shè)計(jì)程序，使軸設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪圖連成一體，從而使減速器的自動(dòng)化設(shè)計(jì)成為可能。
關(guān)健詞：減速器；軸；CAD
1 概述
減速器設(shè)計(jì)中，難度最大的部件當(dāng)數(shù)減速器的齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)包含兩個(gè)主要內(nèi)容：強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，這二者互相關(guān)聯(lián)、互相影響，此外，軸在減速箱體中的裝配位置、軸上零件的結(jié)構(gòu)及裝配都會(huì)直接影響軸的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，因而齒輪軸的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，一直是減速器設(shè)計(jì)中的“瓶頸”。
本文的研究在于探討開(kāi)發(fā)實(shí)用程序，實(shí)現(xiàn)減速器齒輪軸設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，使軸的強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作圖繪制一體化，真正體現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。我們?cè)贏utoCAD2000的平臺(tái)上，以O(shè)bjectARX作為開(kāi)發(fā)工具，充分利用Visual C++可視化編程、便于交互等特點(diǎn)，以及AutoCAD2000強(qiáng)大的二維、三維繪圖功能，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使減速器設(shè)計(jì)的“瓶頸”問(wèn)題得以較好解決。
2 齒輪軸的力學(xué)模型
建立齒輪軸的力學(xué)模型，是實(shí)現(xiàn)減速器齒輪軸的設(shè)計(jì)自動(dòng)化關(guān)鍵之一。首先我們對(duì)實(shí)際減速器的受力情況進(jìn)行分析。
圖1 減速器簡(jiǎn)圖
圖1是一個(gè)比較典型的圓錐一圓柱齒輪減速器，其上有三個(gè)齒輪軸，每個(gè)軸均由兩個(gè)軸承支撐在箱體上，軸的結(jié)構(gòu)及受力各有特點(diǎn)：I軸兩端外伸，軸兩端分別安裝有錐齒輪、聯(lián)軸器(或帶輪)，錐齒輪端受到II軸傳來(lái)的軸向力及切向力，聯(lián)軸器端與原動(dòng)機(jī)相連，接受原動(dòng)機(jī)輸人的扭矩；II軸兩端簡(jiǎn)支無(wú)外伸部分，兩支撐之間安裝有兩齒輪，齒輪分別受到I軸、III軸傳來(lái)的軸向力及切向力；III軸一端外伸，外伸端通過(guò)聯(lián)軸器(或鏈輪)與工作機(jī)相連，將動(dòng)力輸出�？疾旄鞣N不同的減速器，其軸的受力情況主要有這樣三種形式。三種形式的受力簡(jiǎn)圖如圖2所示。
圈2 軸的三種受力簡(jiǎn)圖
分析這三種軸的受力情況，根據(jù)力學(xué)原理，進(jìn)行歸納整理，表達(dá)在空間直角坐標(biāo)系XYZ中，如圖3所示。
圖3軸的力學(xué)模型
其中，軸的B支座處設(shè)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，沿軸線(xiàn)方向設(shè)為X軸，垂直于軸線(xiàn)的方向設(shè)為Y軸和Z軸，從而構(gòu)成減速器齒輪軸受力模型。在受力模型上，分布有以下幾種載荷：垂直方向集中力(Fy1,Fy2)及力矩(My1,My2)、水平方向集中力(Fz1,Fz2)及力矩(Mz1,Mz2)。垂直支反力(Rva,Rvb)、水平支反力(Rza,Rzb)、軸上扭矩T1、T2等。
軸上各點(diǎn)力的大小不同，可演化成不同類(lèi)型的受力軸：若C處各力為0，則形成I類(lèi)型的受力軸；若A、E處各力為0，且C處力分解為兩個(gè)力，則形成II類(lèi)型的受力軸；若E處各力為0，則形成III類(lèi)型的受力軸。
按照力學(xué)原理，將各力分別向坐標(biāo)面投影，得軸上任一點(diǎn)處的彎矩如下：
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