基于Pro/E的行星齒輪減速板手設計

黃永程，覃羨烘，王鵬程，李 俏

（廣東理工學院，廣東 肇慶 526100）

基于Pro/E的行星齒輪減速板手設計

黃永程，覃羨烘，王鵬程，李 俏

（廣東理工學院，廣東 肇慶 526100）

三維軟件的應用大大提高了設計者的工作效率和質量。本文采用三維設計軟件Pro/E，建立64型行星齒輪減速扳手的各個零件三維模型及最終的裝配模型。通過本軟件可清楚檢查各部件裝配之間是否發生干涉，便于修改相應的參數，避免了繁瑣的計算和修改問題。利用Pro/E三維建模在提高產品設計效率和減低產品成本具有重要作用。

Pro/E；行星齒輪；減速扳手；干涉

0 引言

在我國，貨車超載、超限運輸現象嚴重，使得貨車運輸中出現故障的概率大大增加，爆胎事故就是其中之一，由于爆胎的隨機性，很難找到專業維修人員和設備。為此，制造專用的便攜省力扳手尤為重要。通過行星齒輪傳動減速放大力矩，使得輸入較小的力矩，就可以輸出較大的力矩，從而“輕松”地松開和緊固螺栓。一般市場上銷售的便攜帶式扳手，其工作原理是通過增大力臂和作用力來增大扭矩。這種扳手的輸入力矩也就是輸出力矩。而人所產生的作用力是有限的，只能通過增大力臂來增大輸出力矩，即增長扳手手柄的長度，與其便于攜帶這一特點產生矛盾，且這樣增大的輸出的扭矩也有限。行星齒輪減速扳手并不需要很長的扳手手柄，其所具有的優點：很大的輸出力矩、具有所占有的空間小便于攜帶、所占有的配重比較低、工作的效率較高和成本低廉等。

20世紀70年代首次出現行星齒輪減速扳手，日本于1975年在北京舉辦工業展覽會上第一次展出了特尼扳手[1]。日本、美國和德國等工業發達國家于七十年代末期已有大扭矩變扭扳手產品供應市場。現在國外的放大力矩扳手產品已向自動化、輕型化方向發展，而智能化已是其發展趨勢。然而，我國的一些研究主要集中在行星輪系作為減速器和變速器的使用，包括運動的合成和分解。雖然它已被用作飛機和采礦機械的大功率傳動，但很少有人研究使用扭矩放大機構的行星輪系，本文主要研究分析行星輪系的放大機構。

1 行星輪系增力原理

行星齒輪減速扳手的核心是串聯起來的2K-H行星輪系減速增力機構，它能使較小的輸入轉矩轉換成較大的轉矩，這對于施力者而言是省力的。機械的功率P＝Fv=Tw.所以，在功率一定的情況下，轉速越低，機械輸出扭矩就越大[2]。行星齒輪減速機構可將原動機的高速、小扭矩變為低速高扭矩。其轉變原理如圖1所示。

圖1 行星齒輪傳動及其基本結構簡圖

A、B、C為三個基本構件，假設摩擦損失可以忽略，如果在行星齒輪傳動平衡狀態下，作用外力矩在A、B、C上的代數和為零，并且A、B、C上所傳遞的功率代數和也等于零，即

式中：TA、TB、TC分別為基本構件 A、B、C 上的外轉矩；wA、wB、wC分別為基本構件 A、B、C 上的角速度。取相對于C的角速度，則wCC=0，式（2）得：

式中Ta、Tb為中心輪的扭矩，TH為行星架的扭矩，p為行星齒輪傳動的特性參數。同理可推導出串聯2K-H行星齒輪傳動中的轉矩關系式：

式中Ta為兩串聯2K-H型行星齒輪傳動中第一個2K-H型行星齒輪中的中心輪的力矩，即等于輸入力矩；TH為第二個2K-H型行星齒輪中的行星架的力矩為輸出的力矩。因此，由公式推斷出使用行星齒輪減速扳手確實“增力”。

現設計要求是輸入轉矩T1＝30 N·m，輸出轉矩T2＝1 900 N·m，總傳動比i總＝64.根據傳動要求設計要求輸入較小力矩為30 N·m，輸出大力距為900 N·m. 分配第 I、II、III級的傳動比 i1＝ 4，i總＝ 64，最終選擇配齒結果Z1＝9，Z2＝9，Z3＝27.經過計算及校核最終確認各齒輪參數如表1所示[3，4]。

表1 齒輪基本幾何尺寸（單位：mm）

2 各零件的設計

雙臂整體式行星架剛性好，因此設計采用雙臂整體式行星架。軸與孔之間采用過盈配合，取配合長度26 mm.材料選用40Cr淬火處理[5-7]，各個零件的基本參數如圖2～圖5所示。

圖2 芯架

圖3 輸入軸

圖4 輸出軸

圖5 筒體

3 Pro/E建模

Pro/E采用模塊化的方式，可分別繪制圖紙、零件制造、裝配設計等，以保證用戶可以根據自己的需要進行選擇。（1）由產品的參數化設計，可以看到作為一個幾何模型，無論多么復雜的幾何模型，可以把它變成一個有限的功能和各種形式，可以完全受制于有限的參數，這是參數化的基本概念。（2）基于特征建模的Pro/E是基于特征工程設計的實體建模系統，具有基于智能特征的建模功能，如腔體、外殼、倒角和圓角、自由草圖、易變化模型等。64型行星齒輪減速扳手的建模主要對齒輪、軸、芯架、筒體的建模，完成對部件的裝配圖，各個齒輪采用參數化建模[8，9]，各個零件三維模型如圖6所示。

圖6 主要零件模型

最終完成各個零件的裝配，形成裝配如圖7和圖8所示。

圖7 傳動結構

4 總結

三維機械設計采用Pro/E軟件，是為了讓設計者獲得良好的三維空間環境，結構設計不再需要艱難的概念想象，而是在一個非常直觀的3D環境中進行。同時避免大尺寸和繁瑣的計算，通過直接觀察和測量的更換，保證整個設計的正確性，大大提高了生產效率，對推動企業技術進步和發展的一個很好的促進作用。

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The Application of Pro/E in Planetary Gear Reducer

HUANG Yong-cheng，QIN Xian-hong，WANG Peng-cheng，LI Qiao
（Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

With the application of 3D software，the efficiency and quality of designers have been greatly improved.This paper adopts the three-dimensional design software Pro/E to establish type 64 planetary gear wrench parts 3D model and final assembly model，through this software can clearly check between the parts assembly interference，easy to modify the corresponding parameters，to avoid the tedious calculation and modification.Pro/E 3D modeling plays an important role in improving product design efficiency and reducing product cost.

Pro/E；planetary gear；deceleration wrench；interference

TH132

A

1672-545X（2017）10-0202-03

2017-07-28

項目名稱：廣東理工學院教學研究與改革《機械制圖與CAD（二）》課程改革與研究（JXGG2016010）

黃永程（1989-），男，安徽宿州人，碩士，助教，研究方向為數字化設計與制造；覃羨烘（1983-），女，廣西平南人，講師，教研室主任，研究方向為機械工程。