具有3個曲柄的三環板減速器設計計算軟件開發

蒲昌滿， 周傳喜， 李志偉， 趙侍晗

（長江大學機械工程學院，湖北荊州434023）

0 引言

具有3個曲柄的三環板減速器是一種研發的新型減速器，這種新型傳動裝置可以達到動態平衡，特別適用于高速、重載場合［1］。相對于傳統減速器，具有傳動比大、可靠性高、承載能力強等優勢。特別是該新型傳動裝置還能順利克服運動過程中的“死點”問題［2］。

設計這樣的新型減速器對于一般的設計者還是有一定的難度的。對此，開發出了一套VB.net軟件，以便設計者都能準確、快速地完成該新型減速器的設計是十分有必要的。設計者對設計的數據通過VB.net對SolidWorks的二次開發實現參數化建模［3］，從而達到數據的可視化，有利于設計者在設計中迅速發現自己設計中的問題，以便及時改正，可以大幅度地提高設計效率、減少人力物力。

1 工作原理分析

3個曲柄三環板減速器結構示意圖如圖1所示，由輸入軸、輸出軸、支撐軸、3塊內齒輪環板等組成。相對于傳統的三環減速器，該減速器在輸入軸的下方多了一根支撐軸。輸入軸、下支撐軸和上支撐軸的轉動中心的相對位置為90°，當一組平行四邊形機構處于“死點”位置時，另一組平行四邊形機構的處于最佳傳動狀態，因而可順利越過“死點”，機構的最小傳動角為45°，滿足傳動的基本條件。此減速器設置了3個內齒輪環板，一個厚內齒輪環板和兩個薄內齒輪環板，厚齒輪環板位于中間，薄齒輪環板位于兩側，與其對應，在輸入軸、下支撐軸、上支撐軸上分別有一個厚偏心輪和兩個薄偏心輪，位于兩側的薄偏心輪的偏向相同，厚偏心輪和薄偏心輪的相位差為180°。這樣的三曲柄三環板減速器能達到動平衡，適用于高速、重載荷場合。

圖1 三曲柄三環板減速器結構示意圖

2 軟件主要構成分析

2.1 軟件功能分析

如圖2所示，本程序主要分為兩大模塊：理論計算模塊和建模模塊，其中建模分內齒輪環板建模和輸出軸建模。

圖2 軟件功能結構圖

第一個模塊是理論計算，在給定參數的條件下，將減速器的設計步驟程序化，每一步的計算都由輔助設計的軟件完成，降低設計者的設計計算。其中包括電機的選擇和運動參數的計算、齒輪的主要參數的計算、轉臂軸受力分析、三環板減速器的結構設計四大功能模塊。經過這四大功能模塊的計算后，用戶可以通過軟件將計算中自己想要的數據匯總，也可以將所有的數據匯總并以txt文檔輸出，以便設計者查看和修正設計的數據。

第二個模塊是三維建模模塊，三維建模模塊主要包括輸出軸和內齒輪環板的建模。設計者通過第一個模塊計算得到的一系列設計參數，進一步設計了第二個三維建模模塊，該模塊可以檢驗前面設計參數的正確性及合理性。輸出軸與內齒輪環板的建模只需要輸入相應的相關參數，點擊建模按鈕，軟件就會自動后臺驅動SolidWorks建模軟件，并控制軟件自動完成相應的建模過程，得到相應零件的三維模型，設計者也可以將建好的模型在SolidWorks中直接另存下來。

2.2 程序流程

1）計算模塊的流程。如圖3所示，設計者利用程序，在輸入齒數差和傳動比以及工況參數后，程序會自動計算出齒輪齒數，并根據工況參數選擇合適的電機型號，再通過電機的功率和轉速計算出減速器的運動及動力參數。根據輸入的齒輪的相關參數，程序首先會計算出齒輪的模數，再根據選擇的模數及一系列參數可以計算出齒輪嚙合的其它系列參數。程序根據動力參數自動對環板進行受力分析，再根據力的平衡討論軸的受力情況，進一步可求出各軸的結構尺寸及各軸所選用的軸承、鍵的型號。最后將所有的計算信息匯總，并通過txt文檔輸出另存。

圖3 三曲柄環板減速器的設計流程圖

圖4 三環板主要零件的建模流程

2）三維建模模塊的流程。如圖4所示，三維建模主要分兩大模塊，齒輪的建模和輸出軸的建模，設計者只需要在程序界面上輸入必要參數，再點擊建模命令鈕，程序便會自動驅動SolidWorks軟件，進行三維建模［4］設計者也可以通過SolidWorks軟件將零件建模的文件保存。

3 三曲柄三環板減速器設計計算軟件開發

在輔助設計的軟件中，主要采用了界面的形式，結構簡單，易于操作。整個程序可以分為以下幾個部分：主界面、參數計算界面、內齒環板建模界面、輸出軸的建模界面等。圖5～圖8是幾個主要界面。

4 軟件實例計算

已知公稱傳動比為45，齒數差為2，高速軸的轉速為1500 r/min，低速軸輸出功率為35 kW，短期間斷工作方式，每天2 h，要求工作壽命為10a。通過已知參數可以通過計算得到齒輪的模數和嚙合的相關參數如圖9、圖10所示。通過前面的計算，對環板進行受力分析，分析各軸的受力情況［5］。如圖11所示。

圖5 程序主界面

圖6 參數計算界面

圖7 內齒環板二維建模界面

圖8 內齒環板三維模型界面

5 結論

圍繞著具有3個曲柄的三環板減速器的設計，開發了該新型減速器的輔助設計軟件。利用VB.net編程大大減少了設計者的計算工作，軟件的界面化使設計者的設計思路更清晰。通過VB.net控制SolidWorks軟件三維建模，使設計者能輕松地將二維設計參數三維模型化，從而可提高設計者的工作效率。軟件還能將所有的設計數據導出，這樣有利于設計者對數據的分析和整理。

圖9 齒輪模數計算界面

圖10 齒輪嚙合參數計算界面

圖11 環板與各軸受力分析界面

［1］ 管鋒，周傳喜，駱廣.基于VB的三曲柄環板減速器設計計算軟件開發［J］.機械傳動，2013（2）：33-35，40.

［2］ 黃清世，張亞娟 .三曲柄環板減速器：中國，CN2859088［P］.2007-01-17.

［3］ 趙紅美，高倩云.基于VB的多軸箱傳動CAD系統的研究［J］.制造業信息化，2013（8）：50-52.

［4］ 竇守鵬，張俊，陳皓，等，基于SolidWorks Enterprise PLM的集成化產品開發［J］.制造業信息化，2014（1）：36-40.

［5］ 黃清世，周傳喜，張亞娟.三曲柄單環板減速器的受力分析［J］.長江大學學報：自然科學版，2009，6（2）：94-96.