（机械工程专业论文）chc型少齿差减速器参数化绘图系统开发.pdf

武汉理j ：人学硕十学位论文 中文摘要 c h c 型少齿差减速器是新一代齿轮传动装置。广泛应用于水利水电、起重 运输、冶金、矿山、建筑机械、石油、港口船舶等各大工业领域。 c h c 型少齿差减速器为系列化产品，不同型号产品的零部件在结构和设计 模式上相似度很高。按常规的产品设计方法，重复工作量大，尤其是图纸的绘 制方面。针对这些问题，合理运用现有的开发技术实现零件图和装配图自动绘 制，开发c h c 型少齿差减速器参数绘图系统，满足产品系列化设计的要求。 c h c 型少齿差减速器参数绘图系统。以a u t o c a d 为开发平台，利用面向对 象技术和参数化设计技术，完成c h c 型少齿差减速器系列化设计。在v i s u a lb a s i c 6 0 集成编程环境下，访问产品数据库读取设计计算系统的设计数据，添加尺寸 公差数据库、标准件结构参数数据库。建立零件之间动态数据链接，将各零件 的设计连接在一起。使用o b j e c t 技术通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 接1 ：3 来操作 a u t o c a d 对象，对a u t o c a d 各级对象的方法和属性进行操作，从而控制 a u t o c a d 所有的绘图对象和非绘图对象。结合o b j e c t d b x 技术和对象的扩展词 典技术实现装配图的绘制。用户只要在人机交互界面中输入几个基本的设计参 数，通过参数绘图系统就能实现尺寸及公差自动查询和标注，参数表格自动填 写等所有绘图工作。快速准确的完成c h c 少齿差减速器零部件的参数绘图。避 免了系列化设计中的重复性劳动，提高了设计效率和工作质量。 关键字：c h c 型少齿差减速器，面向对象技术，参数化设计 武汉理+ j ：人学硕十学位论文 a b s t r a c t f e wt e e t hd i f f e r e n c er e d u c e ro fc h ci san e w t y p eo fg e a rt r a n s m i s s i o nd e v i c e i th a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yi n d u s t r i a lf i e l d s ，s u c ha sc h e m i c a li n d u s t r y , w a t e r r e s o u r c e sa n dh y d r o p o w e r , l i f t i n gt r a n s p o r t a t i o n ，m e t a l l u r g y , c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y , o i le n g i n e e r i n g ，p o r ts h i pa n ds oo n f e wt e e t h d i f f e r e n c er e d u c e ro fc h ci so fs e r i a l i z a t i o np r o d u c t sa n di t s d i f f e r e n tp r o d u c ts p e c i f i c a t i o nh a sh i g hs i m i l a r i t yo fs t r u c t u r ep a t t e r nr e l a t i v e l y , s ot h e r e p e a t a b i l i t yo f i t sd e s i g ne x i s t sa n dc a nm a k e p r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l ee x t e n d e d i f w em a k ei to n eb yo n e ，t h er e p e a t e dw o r kw i l lw a s t eal o t i nv i e wo ft h e s e p r o b l e m s ，a p p l ye x i s t i n gd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yr e a s o n a b l yt or e a l i z et h ea u t o m a t i c d r a f t i n go fc o m p o n e n td r a w i n g sa n da s s e m b l i n go n e s ，a l lo ft h e n c a l lm e e tt h e r e q u i r e m e n t so fp r o d u c ts e r i a l i z a t i o n i nt h es e r i a l i z a t i o nd e v e l o p m e n to ff e wt e e t hd i f f e r e n c er e d u c e r ，p a r a m e t r i c d r a w i n gs y s t e ma p p l yo b j e c tt e c h n o l o g ya n dp a r a m e t r i cd e s i g nt e c h n o l o g y , i sb a s e d o na u t o c a d i nv i s u a lb a s i c6 0i n t e g r a t e dp r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n ta p p l i e s o b j e c tt e c h n o l o g y t o e x t e r i o r l yo p e r a t e s a u t o c a do b j e c t st h r o u g ha c t i v e x a u t o m a t i o ni n t e r f a c e ，u n d e rt h ee x p l o i t a t i o no fu n d e r l y i n gf u n c t i o n s ，p a r a m e t e r sa r e r e a df r o mp a r t si n f o r m a t i o nd a t a b a s ea n ds t a n d a r d p a r t d a t a b a s et or e a l i z et h e a u t o m a t i cd r a f t i n go fc o m p o n e n td r a w i n g s ，t h e na c h i e v et h ea u t o m a t i cd r a f t i n go f a s s e m b l i n g o n e s b yo b j e c t d b xt e c h n o l o g y a n d e x t e n d i n g d i c t i o n a r i e so f o b j e c t d e s i g nd a t ai n f o r m a t i o ni st r a n s f e r r e df r o mt h ed e s i g na n dc a l c u l a t i o np a r tt o p a r a m e t r i cd r a w i n gp a r t ，e v e r yp a r t si sc o n n e c t e de f f e c t i v e l yb yd a t ad y n a m i cl i n k ，t h e d e s i g na n dc a l c u t i o n gp a r ta n dt h ep a r a m e t r i co n ea lei n t e g r a t e df i n a l l y u s e r si n p u t a p p r o p r i a t ep a r a m e t e r s i nt h ei n t e r f a c e ，a n dt h e ni tc o m e s 谢t 1 1c o r r e s p o n d i n g d r a w i n g ss u b s e q u e n t l y n es y s t e mr e a l i z e sp a r a m e t r i cd r a w i n ga n di th a sa v o i d e d f u z z yw o r ka v a i l a b l y , e n h a n c e de f f i c i e n c yg r e a t l y k e y w o r d s ：f e wt e e t hd i f f e r e n c er e d u c e ro fc h co b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y p a r a m e t r i cd e s i g n 武汉理j 1 二大学硕士学位论文 1 1 研究目的及意义 第1 章绪论 1 9 5 6 年，朱景梓教授根据双曲柄机构的原理提出了一种新型少齿差传动机 构，少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动的一种。随着少齿差行星齿轮传动研 究的深入，成功地开发出三环减速器，其传动比大，效率高，同时又具有体积 小、结构紧凑、零件种类少、制造方便、造价低等优点。 c h c 型少齿差减速器是一种新型传动装置。该传动装置与传统减速器相比， 具有传动比大( 最大速比可达2 0 0 0 0 ) 、承载能力大( 最大传动扭矩可达 1 0 0 0 k n m ) 、抗过载能力强、荷重比大( 荷重比系指减速器的承载能力【k g m 】 与自重 k 鲥的比值，其比值最大可达6 5 ) 。c h c 型少齿差减速器可广泛应用于水 利水电、起重运输、冶金、矿山、建筑机械、石油、港口船舶等各大工业领域。 c h c 型少齿差减速器由两部分组成：渐开线圆柱齿轮传动的高速轻载部分 和少齿差传动低速重载部分。动力从高速轻载渐开线圆柱齿轮传动系统输入， 通过中间过渡齿轮分流减速到连环少齿差传动系统中的两偏心支撑轴，两偏心 支撑轴同时输入相同相位的动力，带动连环内齿板作往复平面运动。与连环内 齿板内齿圈相啮合的是多齿同时进入啮合区的少齿差低速输出外齿轮，通过少 齿差传动原理，又将动力汇集合流至输出外齿轮，从而实现高速轻载到低速重 载的目的。 随着减速机行业迅猛发展。为了积极适应市场需求，重新对c h c 型少齿差 减速器进行产品的系列化设计。使产品不仅具有合理的结构、优越的性能、可 靠的品质和合理的价格，而且还能满足用户个性化的设计。开发一套完善的c h c 型少齿差减速器系列化设计软件系统。即能有效的完成c h c 型少齿差减速器标 准化，系列化设计，便于企业的生产组织管理，降低成本；又能根据客户提出 个性化的要求，快速的完成非标准的减速器的设计。 c h c 型少齿差减速器是系列化产品，虽然结构简单，组成零件种类不多， 但系列化设计以不同中心高和不同传动比为参数进行设计的型号很多。而且系 列化设计中零件和装配组件的结构和设计模式相似性程度较高，如果一一的去 设计，重复工作量很大，因此开发c h c 型少齿差减速器参数化图形设计系统十 武汉理工人学硕士学位论文 分必要。在前期已经完成的普通齿轮传动和少齿差传动参数设计模块的基础上， 将其设计计算的结果导入数据库中，c h c 型少齿差减速器参数化图形设计系统 调用数据库中的数据来完成参数化绘图。从而通过数据库实现将设计计算与绘 图无缝集成，同时参数化绘图系统也可以相对独立使用。省去了繁琐的重复性 劳动，提高设计效率，缩短设计周期，避免人力物力资源的浪费。而且还能提 高产品设计质量。 本文得到湖北省研究与开发计划“基于信息化的机械产品创新设计及应用 示范 ( 项目编号：2 0 1 1 b a b 0 0 7 ) 资助。 1 2 研究现状 当前有不少企业和研究单位结合相关行业的特点，对c a d 进行二次开发， 充分发挥软件功能，使c a d 的使用更符合本行业的使用特点，提高生产效率 和技术水平。c a d 的二次开发技术已比较成熟并且已有商业软件问世，如清 华大学针对机械行业开发的t h c a d 软件。c a d 二次开发在国内外都有研究， 国内c a d 二次开发技术的应用已逐步进入各行业。但发展水平存在较大差距。 国外的c a d 二次开发发展比较早，技术水平高。c a d 二次开发产品能够集数据 计算与管理、参数化画图于一体，并能直接与计算机辅助制造( c a m ) 和计算 机辅助工艺设计( c a p p ) 连接起来。 国内已有一批研究开发队伍已经开发成功了三环减速器参数化c a d 图形 系统，但是存在以下问题： 设计参数输入繁琐，设计数据不能共享，数据管理比较困难。没有考虑零 部件的几何约束和拓扑关系约束，各个零部件之间不能够正确的完成尺寸驱动， 容易出现设计参数相互之间数据不匹配。从而不能很好保证设计质量和提高设 计效率。 设计图纸中没有考虑尺寸的公差，只是粗略的标注零部件的基本尺寸，缺 乏公差数据库，不能有效的查询公差。 2 武汉理t 大学硕十学位论文 1 3 系统开发方法和技术路线 1 3 1 系统开发方法 c a d 参数化的含义有两种：设计参数化和图形参数化。设计参数化其特点 是控制构造的参数在整个设计过程中其数目、数值和类型都不断发生变化，在 设计的某一时刻还有可能发生参数转换，即控制参数由一组变为另一组。图形 参数化对应于最终构造此时控制参数只有数值变化，不存在参数类型和整组控 制参数的转换。 具有图形参数化功能的c a d 系统最根本的改进是它能够记录和识别几何图 形的拓扑关系和几何约束关系。拓扑关系确定了几何图形的构成规则，几何约 束关系确定了图形元素之间特殊的相对位置。结构相同的图形只是图形元素大 小改变，其拓扑关系和几何约束关系不变。图形的大小是由尺寸唯一决定的。 图形参数化的原理就是通过图形的拓扑关系和几何约束关系确定图形的形状结 构，通过尺寸数值约束图形各部分结构的大小。 c h c 型少齿差减速器c a d 系统由设计计算系统和参数化绘图系统两部 分组成，并且两部分要实现有效连接。在v i s u a lb a s i c6 0 集成编程环境下，根 据机械设计基本原理和相关设计标准，开发设计计算子系统。得到c h c 型少齿 差减速器的基本结构参数。通过a u t o c a da c t i v e xa u t o m a t i o n 接口将设计参数 对a u t o c a d 软件进行编程控制。完成参数化绘图子系统的开发，实现系统数据 计算与管理、参数化绘图一体化。 1 3 2 系统开发的技术路线 c h c 型少齿差减速器的系列产品设计以机座代号、输入转速、输出转矩、 公称传动比和输入轴功率为基本设计参数，通过设计计算系统来设计计算相关 参数，并将主要的设计结果导入相关数据库中。参数化绘图系统从数据库读取 设计结果参数，在建立各个零部件的几何约束和拓扑关系约束的基础上，使各 个零部件之间能够正确高效的完成尺寸驱动，进而确定部装图和总部装图的具 体结构及相关尺寸，实现零件的参数化绘图和总配图的绘制。从而实现从设计 计算到参数化绘图一体化。c h c 型少齿差减速器c a d 系统结构如图1 - 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 图1 1c h c 型少齿差减速器c a d 系统结构图 参数化绘图系统是使用v b 语言在通用a u t o c a d 基础上开发的，通过访问 产品设计数据库获取设计数据信息。根据c h c 型少齿差减速器的结构特点以及 系统程序开发的需要将整个绘图分为输入轴部分、齿轮轴部分、少齿差传动部 分和箱体箱盖部分四部分，按照几何建模的基本顺序确定各个部分中的零件图 参数设计顺序。读取设计参数并建立各零件间的数据的动态链接，查询尺寸和 公差。确定各零件图的结构形式和结构参数，绘制出零件图并使用块操作的方 法将零件图中多个对象组成一个零件图装配块，以供部装图和总装图调用；格 部分零件图绘制完成后，即可绘制部装图。读取零件图中的块对象以及附加属 性，确定装配位置自动生成相应的部装图，同样也生成相应的部装图装配块； 最后绘制总装图。具体的技术路线如下图1 2 所示。 图1 2c h c 型少齿差减速器c a d 参数绘图系统技术路线图 4 武汉理j 人学硕十学位论文 1 4 本文的主要研究内容 本文的主要研究内容如下： 1c h c 型少齿差减速器参数绘图系统总体设计对c h c 型少齿差减速器的 结构进行分析，了解各个型号之间的结构的异同和变化规律，确定参数绘图系 统的总体结构； 2 零件图参数化设计对零件的结构形式进行分析，使用模块化思想设计开 发参数化绘图应用程序，并介绍零件图参数绘图具体实现过程： 3 装配图参数化设计利用o b j e c t d b x 技术操作零件图中的装配块，通过装 配块中数据信息和块对象完成装配图参数化设计。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章c h c 型少齿差减速器设计计算系统 2 1 c h c 型少齿差减速器的原理及结构形式 c h c 型少齿差减速器由两部分组成：渐开线圆柱齿轮传动的高速轻载部分 和少齿差传动低速重载部分，动力从高速轻载渐开线圆柱齿轮传动系统输入， 通过中间过渡齿轮分流减速到少齿差传动系统中的两偏心支撑轴，两偏心支撑 轴同时输入相同相位的动力，带动内齿板作往复圆周平面运动。与内齿板内齿 圈相啮合的是多齿同时进入啮合区的少齿差低速输出外齿轮，通过少齿差传动 原理，又将动力汇集合流至输出外齿轮，由输出轴输出动力，从而实现高速轻 载到低速重载的目的。 1 图2 1c h c 型少齿差减速器少齿差传动原理图 少齿差传动低速重载部分是c h c 型少齿差减速器的核心，主要由偏心支撑 轴l 、偏心套2 、内齿板3 、输出外齿轮4 、输出轴5 和偏心轴承6 等组成。少 齿差传动属于双曲柄机构与齿轮机构的串联组合。其传动原理如图2 1 所示，其 中偏心支撑轴上的偏心套充当双曲柄机构的曲柄轴，内齿板作为双曲柄机构的 连杆。 由于单个双曲柄机构会不可避免的产生惯性力和惯性力矩不平衡，且有运 动不确定状态( 死点位置) ，导致整个机构产生振动和噪声。根据平面连杆机构 的惯性力和惯性力矩的完全平衡原理，采用三相平行四边形机构并列布置的方 式，三块内齿板除了轴向的厚度不同外其它的结构尺寸均相同。当两侧的内齿 板宽度完全相同且相位差为零，中间内齿板的宽度为两侧内齿板宽度的两倍且 中间内齿板与两侧内齿板相位差为1 8 0 0 时。机构惯性力和惯性力矩完全平衡。 6 武汉理工人学硕十学位论文 c h c 型少齿差减速器少齿差传动部分的基本结构如图2 2 所示。 图2 2 少齿差传动部分结构图 2 2c h c 型少齿差减速器设计计算系统 c h c 型少齿差减速器由普通圆柱齿轮传动和少齿差传动两部分组成。进行 减速器结构设计时，首先要进行载荷计算。传统的圆柱齿轮传动设计已经很成 熟，可参照有关国家标准进行设计【l 】。由于少齿差传动机械系统的复杂性，在 早期进行力学模型研究时，通过引入假设条件，来简化少齿差传动力学模型。 随着数学和力学的相关理论和计算手段的不断发展和成熟，力学模型的研究逐 步抛弃一些之前的假设条件，从而使少齿差传动的力学模型更加准确合理，相 关的理论分析的结果更加接近真实工况。关于c h c 型少齿差减速器的结构形 式及载荷计算，文献【2 3 j 已有详尽叙述。 在设计计算系统中，少齿差齿轮传动设计是关键环节，它决定和影响普通 外啮合圆柱齿轮的设计及其他零部件的设计。所以首先需要解决少齿差齿轮传 动的设计问题，然后再进行其他齿轮传动以及传动零部件的设计，根据设计过 程中数据产生的顺序规划出合理的零部件设计顺序以便进行合理的程序接口设 计。在设计操作中并不需要人工查询设计过程中所需的相关设计资料，用户只 需人机交互选择相应的工况，系统将工况作为函数已知条件直接从相关系数选 取的底层函数库中自动选取合适的数据并参与计算，同时在每一个零件设计合 7 武汉理下大学硕士学位论文 格后，均将重要的设计数据保存在产品数据库中，以便参数化绘图子系统调用。 c h c 型少齿差减速器设计计算系统的基本结构如图2 3 所示。下面简要的介绍 少齿差齿轮传动部分的设计。 图2 3c h c 型少齿差减速器设计计算系统的基本结构图 2 2 1 分配传动比 c h c 型少齿差减速器具有很大的传动比，合理地将传动比分配到各级非常 重要。因为它直接影响减速机的尺寸、重量、润滑等方式和维护等。对于多级 减速传动，可按照“前小后大 ( 即由高速级向低速级逐渐增大) 的原则分配 传动比，且相邻两级差值不要过大。这种分配方法可使各级中间轴获得较高转 速和较小的转矩，因此轴及轴上零件的尺寸和质量下降，结构较为紧凑。 8 武汉理一r 人学硕十学位论文 分配减速机传动比的基本原则是： 1 ) 使各级传动的承载能力接近相等( 一般指齿面接触强度。) 2 ) 使各级传动的大齿轮侵入油中的深度大致相等，以使润滑简便。 3 ) 使减速机结构紧凑，外形尺寸和重量尽量小。 减速器的总传动比由少齿差传动和普通圆柱齿轮传动两部分传动比组成，而 少齿差传动比在总传动中占主导作用。 少齿差传动的传动比为： 江一三l = 一三!f = 一1 = 一l a z z 2 一z l 式中：，少齿差传动比； z 齿差： z i 输出外齿轮齿数； z 2 内齿板齿数。 由上述计算公式可知，当内齿板与输出外齿轮齿数相差垃越小，少齿差传 动比越大，并且直接影响少齿差减速器的性能。c h c 型少齿差减速器系列设计 中，参照国家标准g b 3 2 1 8 0 并考虑c h c 型少齿差减速器的应用情况，规定中 心高与总传动比的系列分别如表所示。 表2 1中心高、传动比系列表 机座代号1 2 5 ，1 4 0 ，1 7 0 ，2 0 0 ，2 3 6 ，2 8 0 ，3 0 0 ，3 3 5 ，4 0 0 。4 5 0 ，5 0 0 ( 中心高)5 6 0 ，6 3 0 ，7 1 0 ，8 0 0 ，9 0 0 。9 5 0 ，1 0 0 0 总传动比5 0 ，5 6 ，6 3 ，7 1 ，8 0 ，9 0 ，1 0 0 ，1 1 2 ，1 2 5 ，1 4 0 ，1 6 0 ，1 8 0 ，2 0 0 ，2 2 4 ，2 5 0 2 8 0 ，3 1 5 ，3 5 5 ，4 0 0 ，4 5 0 ，5 0 0 ，5 6 0 ， 6 3 0 ，7 1 0 ，8 0 0 ，9 0 0 ，1 0 0 0 ，1 1 2 5 虽然少齿差的传动比很大，但是由于总传动比的范围跨度很大。为了得到性 能优异，结构紧凑的减速器，必须对齿差z 的取值进行合理限定。根据不同的 传动比范围决定少齿差传动的齿差& 。具体的程序如： d i mg c c d ba si n t e g e r 公称传动比 g c c d b = v a l ( t r i m ( c b o g o n g c h e n g c h u a n d o n g b i t e x t ) ) i f g c c d b = 5 0a n dg c c d b = 2 0 0a n dg c c d b = 7 1 0t h e nc b o c h i c h a t e x t = l 1 齿差 齿差应确定后，考虑生产加工和实际装配情况，机座代号相同的c h c 型少齿差 9 武汉理工人学硕士学位论文 减速器内齿板的齿数是恒定的，在人机交互界面输入内齿板齿数z 1 ，即可求得 少齿差传动比。少齿差传动比确定后可按照传动比的选择依据和传动比分配的 依据，运用工程数值算法，通过相应的程序自动运行计算，得到各级圆柱齿轮 传动的传动比。也可通过人机交互界面手动输入传动比。传动比分配完成后， 程序自动计算少齿差传动输入轴的运动与动力基本参数。总传动比的分配界面 如图2 4 所示。 2 2 2 少齿差传动设计原理 少齿差传动是c h c 型少齿差减速器中重要的传动部分。少齿差传动内、外 齿轮齿数差很小，齿轮副齿廓的曲率半径极为接近，根据弹性力学的赫兹公式 可知，其接触应力很小。因此只需按齿轮副轮齿弯曲疲劳强度确定齿轮副模数， 即在满足外齿轮的弯曲疲劳强度条件下设计齿轮模数。按照相关文献1 5 1 的公式， 齿轮模数按下式计算： m a ， ( m m ) 式中：a ，系数a m = 1 2 6 ( 直齿轮) ； k 载荷系数，k = k 爿k 。k 。k 口( k 一：使用系数、k 动载系数、k 。： 1 0 武汉理1 ：人学硕+ 学位论文 齿间载荷分配系数、k 。：齿向载荷分配系数) ； k ，承载能力系数； o l 所传递的转矩： k 复合齿形系数，= 比； 九齿宽系数，矽d = b d ： 么l 外齿轮齿数： 仃肝许用齿根应力，轮齿双向受力，o f p o 5 盯f e = 仃f i l m o f l i r a 试验齿轮的弯曲疲劳极限。( 根据给定的齿轮材料选取) 内齿轮进行模数校核须知内齿板的宽度，偏心轴承的宽度决定内齿板的宽 度b ，所以偏心轴承的选型对少齿差模数校核也是至关重要的。偏心轴承是根据 基本额定动载荷c 来选定，而c 根据下述公式计算( 1 5 1 ： c ：生 竺墼 zv 1 0 。 式中：r 行星轴承所受载荷的当量动载荷 ，行星轴承转速r m i n ；( 根据已知给定转速选定的各级传动比计算) c 基本额定动载荷，n ； ，温度系数，减速器最高油温不超过8 0 ，_ ，= = 1 0 ； l h 行星轴承疲劳寿命，单位：h ；( 根据给定工作寿命计算) 占寿命指数，球轴承，占= 3 ，滚子轴承s = 1 0 3 。c h c 系列减速器行 星轴承采用的是圆柱滚子轴承，因此取占= 1 0 3 。 计算轴承的当量动载荷r 是偏心轴承的选定关键所在。通过分析少齿差传 动模型可知，偏心轴承所受载荷是随周期变化的。计算当量动载荷时，必须考 虑在一个完整运动周期内的受力情况，根据疲劳损伤线性累计假设条件，偏心 轴承当量动载荷r 计算公式如下： = ( l + 2 + 3 + = n ) 式中，巳，轴承的第7 个平均当量动载荷，= f 2 ； ，轴承在第，个载荷下的工作时间； 轴承工作总时间： f 少齿差传动模型分析中的轴承第，个载荷( ，= 1 ，2 ，3 埘) 。 选出合适的轴承后，按照内齿板的弯曲疲劳强度来校核模数，即齿根应力仃f 不 武汉理t 大学硕士学位论文 大于许用齿根应力仃胛： 匹f ：告y f 了l ，r k 2 赢k k y l 匕k t l r f e = 鼍等岛7 r 巧 ) k ：载荷系数，k = k 爿k 7 k a k ，( k 月：使用系数、k 动载系数、k 。： 齿间载荷分配系数、 声：齿向载荷分配系数) ； e ：齿轮节圆处圆周力，f = cc o s o r ； j 砌：内齿轮齿形系数： j m ：内齿轮应力校正系数； j f ：计算弯曲强度的重合度系数； 1 声：计算弯曲强度的螺旋角系数； b ：内齿轮齿宽； m ：少齿差齿轮模数： a ：承载能力系数； 1 丁：寿命系数； j 盯：试验齿轮的应力修正系数； j & e i t ：相对齿根圆角敏感系数； jr r e l t ：相对齿根表面状况系数； j ：计算弯曲强度的尺寸系数； o r f v m a ：齿轮弯曲疲劳极限： s ：疲劳强度安全系数。 2 2 3 少齿差传动设计的程序开发 v b 中的s s t a b 控件提供了一组选项卡，每个都充当一个容器，包含了其他 的控件。控件中每次只有一个选项卡是活动的，给用户提供了其所包含的控件， 而其他选项卡都是隐藏的。整个少齿差传动设计在同一个界面内完成，步骤按 选项卡分类，使设计过程清晰明了。根据上述相关设计原理，把少齿差传动设 计分为五个步骤。少齿差传动设计软件系统操作界面如图2 - 4 所示。 1 2 武汉理 ：火学硕十学位论文 图2 - 4 少齿差传动设计系统操作界面 1 齿数及部分系数确定系统在分配传动比的过程中，内外齿轮的齿数和 齿差已经确定。将机械设计手册【1 5 】一齿差、二齿差、三齿差的几何尺寸及参数 表，以数组的形式编写在源程序中，通过内外齿轮的齿数和齿差来查询内外齿 轮的相关系数。 d i mxa si n t e g e r循环变量 i f c c = 1t h e n确定一齿差的相关几何尺寸和系数 t x t c h i d i n g g x s t e x t = 0 7 齿顶高系数 t x t f e n d u y y l j t e x t = 2 0 分度圆压力角 t x t n i e h e j t e x t = 5 1 2 1啮合角 t x t z h o n g x i n j x s t e x t = o 7 5 中心距系数 f o rx = lt ou b o u n d ( w c l c s s z ) i fz1 = w c l e s s z ( x ) t h e ne x i tf o r n e x t x t x t w a i c h i l b w x s t e x t = y c c w c l b w x s s z ( x ) 外齿轮变位系数 t x t w a i c h i l d y z j t e x t = y c e w c l e d y z j s z ( x ) 外齿轮齿顶圆直径 t x t w a i c h i l g c s t e x t = y e c w e l g c s s z ( x ) 外齿轮跨齿数 t x t w a i c h i l g f x t e x t = y c c w c l g f x s z ( x ) 。外齿轮公法线长度 t x t n e i c h i l b w x s t e x t = y c c n c l b w x s s z ( x ) 内齿轮变位系数 武汉理t 大学硕士学位论文 t x t n e i c h i l d y z j t e x t = y c c n c l c d y z j s z ( x ) t x t n e i c h i l k c s t e x t = y c c n c l g c s s z ( x ) t x t n e i c h i l g f x t e x t2y c c n c l g f x s z ( x ) e n d i f 内齿轮齿顶圆直径 内齿轮跨齿数 内齿轮公法线长度 2 少齿差模数设计在界面上输入齿宽系数、载荷系数、承载能力系数、 材料及硬度等相关参数，根据模数设计公式计算模数最小值，在这个值的基础 上选择模数。 3 减速器力学模型输入偏心轴承中心到内齿板中心距离的初估值，对减 速器进行力学分析，得到齿轮传动的啮合力，从而计算出轴承的受力情况。为 轴承的选型做准备。 4 偏心轴承的选型从人机交互界面上输入工作温度、可靠度及工作班制， 计算基本额定动载荷。输入轴承的类型、额定动载荷的正偏差值等参数，根据 基本额定动载荷查询轴承型号。轴承型号选取完成后，在轴承数据库中提取该 轴承的相关尺寸。 5 少齿差模数校核按照内齿板的弯曲疲劳强度来校核模数，即齿根应力 仃f 不大于许用齿根应力仃即。模数校核通过后，检验输入偏心轴承中心至内齿 板中心的距离l ，计算内齿板齿顶圆轴承孔之间的厚度，保证内齿板的强度。如 果l 取值不合适，则需要返回上述力学模型重新取值计算，直至l 大小合适。 少齿差传动的基本传动参数就可以确定，利用这些基本传动参数和实际生产经 验公式，确定内齿板的结构尺寸，如轴承孔外圆直径，中心轮廓外圆直径等参 数，根据惯性力和惯性力距平衡原理确定内齿板的厚度。同时也确定了输出轴 上的外齿轮的模数、齿数、变位系数、齿宽及偏心套的偏心距e 等设计参数。 2 2 4 设计数据的处理 c a d 系统包括设计计算和参数绘图两个部分，设计计算系统的设计结 果是参数绘图主要的数据来源，要保证设计结果数据准确有效的传递给参 数绘图系统。设计数据的处理包括数据入库和数据系列化两个部分。 l 数据入库v i s u a lb a s i c 自身集成m i c r o s o f ta c c e s s 数据库，a c c e s s 数据 库是一种关系数据库。c h c 型少齿差减速器是多系列产品，根据不同机座代 号、输入转速和公称传动比会有不同的承载能力组合，各个零件的设计结果也 会随着不同的承载能力而不同，所以为满足数据库对设计结果的操作的需要， 1 4 武汉理l ：人学硕十学位论文 必须建立主码来标识零件的设计结果，它的值用于惟一地标识关系表中的某一 条记录，并确保数据的唯一性。机座代号、输入转速和公称传动比是减速器设 计的最基本的参数，只有三者一起组合的信息代码才能唯一标识每个减速器， 按照信息代码将设计数据信息保存在a c c e s s 数据库中。在设计过程中，又可以 根据信息代码来访问相关的数据信息。 运用m i c r o s o f t a c c e s s 建立产品的关系数据库，少齿差传动设计完成后， 将设计数据保存在产品数据库中。少齿差设计数据汇总入库界面如图2 5 所示。 p f i v a t es u bc m d e m e r c l i c k ( )数据入库 d a t a n e i c h i b s j r e c o r d s e t a d d n e w d a t a n e i c h i b s j r e c o r d s e t u p d a t e d a t a n e i c h i b s j r e c o r d s e t m o v e p r e v i o u s 显示进入数据库的结果 e n d s u b 图2 - 5 少齿差设计数据汇总入库界面 2 设计数据系列化处理当所有传动比的少齿差传动设计完成后，为了便 于生产组织管理，对数据库中的设计数据进行系列化处理。由于输出转矩 不同，设计计算的齿轮副的模数也不同，相同机座代号齿轮副的模数采用 设计数据中最大的模数作为标准模数，使用相同的轴承型号，使内齿板具 有相同的外形结构尺寸。参数绘图系统调用产品数据库中数据，实现从设计 计算到参数绘图一体化。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章参数化绘图系统系统开发 参数化绘制系统是c h c 型少齿差减速器c a d 系统主要功能模块，参数化 绘图系统从产品数据库读取设计结果参数，通过建立各个零部件的几何约束和 拓扑关系约束，使各个零部件之间能够正确的完成尺寸驱动，进一步完善箱体、 附件等零件的结构设计和连接件的自动选择，进而确定部装图和总部装图的具 体结构及相关尺寸，实现零件的参数化绘图和总配图的绘制。 3 1 绘图系统开发工具 参数化绘图系统开发以a u t o c a d 为平台。目前常用的a u t o c a d 的二次开 发工具有四种即：l i s p 、a d s 、v b a 和o b j e c ta r x ，这四种开发工具各有自己 的优缺点，四种开发工具是a u t o c a d 的内嵌式开发工具，为了做到与设计计算 系统的开发工具做到保持一致，并且设计计算系统与参数化绘图系统实现有效 连接，避免了不同计算机语言之间的程序代码转换问题。所以参数化绘图子系 统也采用第三方计算机语言v i s u a lb a s i c ，v b 提供的o b j e c t 技术创建、检索和 修改其他应用程序的对象。 a u t o c a d 是参数化绘图系统的一个操作的对象，用v b 的o b j e c t 技术来操 作a u t o c a d 的接口对象，a c t i v e x a u t o m a t i o n 是面向对象的编程接口，用户可 通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 接口访问a u t o c a d 所有的绘图对象和非绘图对象。开 发的应用程序是通过对a u t o c a d 各级对象的方法和属性进行操作，从而控制 a u t o c a d 工作的，实现对对象的一些操作，进而完成c h c 型少齿差减速器各个 零部件的绘图。 3 2o h 0 型少齿差减速器结构分析 c h c 型少齿差减速器是一个系列化产品，共有1 1 种中心高与2 9 种传动比。 系列化设计的型号多达5 0 4 种，但是结构形式基本相似，动力从轻载高速轴输 入，经过多级渐开线圆柱齿轮传动系统，通过中间过渡齿轮分流减速到连环少 齿差传动系统中的两偏心支撑轴，通过少齿差传动原理，将动力汇集合流至输 出轴。 1 6 武汉理：1 ：大学硕士学位论文 c h c 型少齿差减速器的基本结构如下图3 - 1 所示。根据c h c 型少齿差减速 器的结构特点，其零件图设计系统可分为输入轴部分、齿轮轴部分、少齿差传 动部分、箱体箱盖部分。 i 降l - - 1 - 。勇l事艮罚审k i 书1 刊j - 、 比、l 、 粒 j ll il 1 中 l 萨玲 1i1 节 雁溯抖礅 慰俐 闲窝f + ， 潮【】黼l l 喃疆 i- 睦 萝雾莲 蔼fj 豳 巾串j ：i圈+圆 串 睡qi 盈 j 艮羽 i ；盈 ij 臣翻 幸 呤鬯 加r 、一， q豳 r a 、 一 v 【 置i o _ i 、j 兰i j 审 ，一 妇蒯 暖溺l 1 ， 、 i 图3 1c h c 型少齿差减速器的基本结构图 但是不同的中心高的c h c 型少齿差减速器，总体的结构形式会有一定的差 异。主要包括以下几个方面： l 普通齿轮传动的级数中心高小的减速器普通齿轮传动部分为两级齿轮传 动，而中心高大的减速器为三级齿轮传动甚至四级齿轮传动。 2 高速输入轴部分的结构形式输入轴部分的结构差异除用户端的轴形式 选择，还和中心高的大小有关。用户可以工程实际选择轴伸形式如单轴伸或双 轴伸、圆锥轴伸或圆柱轴伸。当中心高变大时，箱体的结构尺寸也相应的变大， 高速的输入轴为了适应箱体的变化，结构由对称式变成非对称式。 3 少齿差部分转矩输入形式中心高比较小时在偏心支撑轴上输入，通过少 齿差过渡齿轮分流给另一侧偏心支撑轴，中心高比较大时为了使减速器结构紧 凑，转矩从少齿差过渡齿轮上输入直接分流给两侧偏心支撑轴。 4 箱体形式变化中心高比较小时是铸造箱体，中心高变大时，箱体随之变 大，铸造大箱体比较困难，这时采用板件焊接箱体。 1 7 武汉理t 大学硕士学位论文 在上述差异中会引起零部件位置或尺寸发生变化，但是其零部件也有较强 的相似性，如轴的结构形式、箱体机构和一些零件的机构等，还是能够参数化 绘图。 3 3c h c 型少齿差减速器参数绘图总体设计 v b 提供了强大的窗体创建功能，可以方便快捷建立人机交流对话框及其它 形式的人机交互界面。机座代号、输入转速和公称传动比三者一起能唯一标识 每个型号减速器，在c h c 型少齿差减速器参数设置界面中( 如图3 2 所示) ，选 择机座代号、输入转速和公称传动比，将三个基本的参数组合成一个6 位数字 的信息代码，与设计计算系统保存设计数据的信息代码保持一致，信息代码保 存到指定的文本文件中，参数绘图系统通过信息代码提取产品数据库中设计数 据信息。 图3 2c h c 型少齿差减速器参数设置界面 保存信息代码到指定的文本文件 d i mf i l e n u ma si n t e g e r 文件号变量 f i l e n u m = f r e e f i l e ( ) 产生文件号 武汉理：r 人学硕+ 学位论文 o p e na p p p a t h & ”数据库查询用机座代号t x t ”f o ro u t p u t a s # f i l e n u m p r i n t # f i l e n u m ，n u m l n d e x s t r c l o s e # f i l e n u m e n ds u b 读取信息代码 d i mi z d ha ss t r i n g机座代号 d i mf i l e n u ma si n t e g e r文件号变量 f i l e n u m = f r e e f i l e o 产生文件号 o p e na p p p a t h & ”数据库查询用机座代号t x t ”f o ri n p u ta s # f i l e n u m i n p u t # f i l e n u m ，j z d h c l o s e # f i l e n u m 在c h c 型少齿差减速器参数设置界面选择主要设计参数后，根据减速器的 结构特点，要对参数化绘图系统的总体结构作合理的安排，适当选择零部件的 结构形式。参数化绘制系统能够记录和识别几何图形的拓扑关系和几何约束关 系。拓扑关系确定了几何图形的构成规则，几何约束关系确定了图形元素之间 特殊的相对位置。结构相同的图形只是图形元素大小改变，其拓扑关系和几何约 束关系不变，图形的大小是由尺寸唯一决定的。在某些特殊的情况下，结构要 发生相应的变化，其拓扑关系和几何约束关系也要发生改变。如c h c 型少齿差 减速器机座代号比较小的时候，渐开线圆柱齿轮传动部分是两级齿轮传动，当 机座代号比较大的时候，是三级齿轮传动。系统的结构要做相应的改变。 参数绘图系统首先要完成零件图的绘制，为部装图的绘制作准备。各个零 件图之间的数据是相互联系的，设计数据要在零件图各个模块中准确、合理的 传递。以c h c 2 8 0 为