1 概述 ZECfR>`x
/N{*"s2)
减速器设计中,难度最大的部件当数减速器的齿轮轴。齿轮轴是支撑轴上零件、传递运动和动力的关键部件,其设计包含两个主要内容:强度计算和结构设计。实际设计中,这二者互相关联、互相影响,此外,轴在减速箱体中的装配位置、轴上零件的结构及装配都会直接影响轴的结构及强度,因而齿轮轴的设计十分复杂,一直是减速器设计中的“瓶颈”。 PW0LG^xp`
@VEb{ w[H
本文的研究在于探讨开发实用程序,实现减速器齿轮轴设计的自动化,使轴的强度计算、结构设计、工作图绘制一体化,真正体现计算机辅助设计系统的特点,从而提高产品设计效率和设计质量。我们在AutoCAD2000的平台上,以ObjectARX作为开发工具,充分利用Visual C 可视化编程、便于交互等特点,以及AutoCAD2000强大的二维、三维绘图功能,将传统设计与计算机技术有机结合,使减速器设计的“瓶颈”问题得以较好解决。 9.#<b|g
h376Be{P
2 齿轮轴的力学模型 z b3tIRH
75lA%|
*X
建立齿轮轴的力学模型,是实现减速器齿轮轴的设计自动化关键之一。首先我们对实际减速器的受力情况进行分析。 Bzf^ivT3L
[/r(__.
H5|;{q:j
图1 减速器简图 /n&&Um\
,P0) 6>
图1是一个比较典型的圆锥一圆柱齿轮减速器,其上有三个齿轮轴,每个轴均由两个轴承支撑在箱体上,轴的结构及受力各有特点:I轴两端外伸,轴两端分别安装有锥齿轮、联轴器(或带轮),锥齿轮端受到II轴传来的轴向力及切向力,联轴器端与原动机相连,接受原动机输人的扭矩;II轴两端简支无外伸部分,两支撑之间安装有两齿轮,齿轮分别受到I轴、III轴传来的轴向力及切向力;III轴一端外伸,外伸端通过联轴器(或链轮)与工作机相连,将动力输出。考察各种不同的减速器,其轴的受力情况主要有这样三种形式。三种形式的受力简图如图2所示。 !N^@4*
0y\Z9+G:
圈2 轴的三种受力简图 :3 mh@[V
%cn<ych
G
分析这三种轴的受力情况,根据力学原理,进行归纳整理,表达在空间直角坐标系XYZ中,如图3所示。 {qVZNXDn
-~w'Xo #
图3轴的力学模型 KI.hy2?e
o mx=
其中,轴的B支座处设为坐标系原点,沿轴线方向设为X轴,垂直于轴线的方向设为Y轴和Z轴,从而构成减速器齿轮轴受力模型。在受力模型上,分布有以下几种载荷: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)、轴上扭矩T1、T2等。 .%-8 t{dt
y~V(aih}D
轴上各点力的大小不同,可演化成不同类型的受力轴:若C处各力为0,则形成I类型的受力轴;若A、E处各力为0,且C处力分解为两个力,则形成II类型的受力轴;若E处各力为0,则形成III类型的受力轴。 xE}>,O|'q
53h0UL
按照力学原理,将各力分别向坐标面投影,得轴上任一点处的弯矩如下: dE3) |%
;tf=gdX;
将两平面弯矩合成为一空间弯矩,得总弯矩 HzJz+ x:
6A ah9
再将弯矩M与扭矩T合成当量弯矩: lB4WKn=?Kl
7tp36 TE
根据上述计算结果,绘制出当量弯矩图,最后依照 *Pr )%
"dlVk~
检验轴的危险截面,保证在轴的任何处截面上,都有 z$sGv19pB
0g;|y4SN=
否则需要进行重新设计。 E{(;@PzE
kx^/*~ex
3 减速器齿轮轴的结构特征 ar,7S&s