摘要：基于AutoCAD2000平臺，探討了減速器齒輪軸CAD中的關(guān)健問題，提出了減速器軸的力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)特征，利用開發(fā)的軸設(shè)計程序，使軸設(shè)計中的強度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪圖連成一體，從而使減速器的自動化設(shè)計成為可能。
關(guān)健詞：減速器；軸；CAD
1 概述
減速器設(shè)計中，難度最大的部件當數(shù)減速器的齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關(guān)鍵部件，其設(shè)計包含兩個主要內(nèi)容：強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。實際設(shè)計中，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)及裝配都會直接影響軸的結(jié)構(gòu)及強度，因而齒輪軸的設(shè)計十分復(fù)雜，一直是減速器設(shè)計中的“瓶頸”。
本文的研究在于探討開發(fā)實用程序，實現(xiàn)減速器齒輪軸設(shè)計的自動化，使軸的強度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作圖繪制一體化，真正體現(xiàn)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的特點，從而提高產(chǎn)品設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。我們在AutoCAD2000的平臺上，以O(shè)bjectARX作為開發(fā)工具，充分利用Visual C++可視化編程、便于交互等特點，以及AutoCAD2000強大的二維、三維繪圖功能，將傳統(tǒng)設(shè)計與計算機技術(shù)有機結(jié)合，使減速器設(shè)計的“瓶頸”問題得以較好解決。
2 齒輪軸的力學(xué)模型
建立齒輪軸的力學(xué)模型，是實現(xiàn)減速器齒輪軸的設(shè)計自動化關(guān)鍵之一。首先我們對實際減速器的受力情況進行分析。
圖1 減速器簡圖
圖1是一個比較典型的圓錐一圓柱齒輪減速器，其上有三個齒輪軸，每個軸均由兩個軸承支撐在箱體上，軸的結(jié)構(gòu)及受力各有特點：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軸傳來的軸向力及切向力，聯(lián)軸器端與原動機相連，接受原動機輸人的扭矩；II軸兩端簡支無外伸部分，兩支撐之間安裝有兩齒輪，齒輪分別受到I軸、III軸傳來的軸向力及切向力；III軸一端外伸，外伸端通過聯(lián)軸器(或鏈輪)與工作機相連，將動力輸出�？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。三種形式的受力簡圖如圖2所示。
圈2 軸的三種受力簡圖
分析這三種軸的受力情況，根據(jù)力學(xué)原理，進行歸納整理，表達在空間直角坐標系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)為坐標系原點，沿軸線方向設(shè)為X軸，垂直于軸線的方向設(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。
軸上各點力的大小不同，可演化成不同類型的受力軸：若C處各力為0，則形成I類型的受力軸；若A、E處各力為0，且C處力分解為兩個力，則形成II類型的受力軸；若E處各力為0，則形成III類型的受力軸。
按照力學(xué)原理，將各力分別向坐標面投影，得軸上任一點處的彎矩如下：
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