齒輪減速器在化工設(shè)備中應(yīng)用廣泛，它是通過(guò)箱體內(nèi)嚙合齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使動(dòng)力從一軸傳至另一軸而實(shí)現(xiàn)減速的。其內(nèi)部各零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)條件更改或尺寸發(fā)生變化須重新計(jì)算與繪制，耗費(fèi)人力物力，效率較低。而NX具有強(qiáng)大的三維造型功能和建模的靈活性、參數(shù)化設(shè)計(jì)、協(xié)同化的裝配設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，使減速器的設(shè)計(jì)與仿真變得較為容易，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

    減速器的傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)都是運(yùn)用二維設(shè)計(jì)圖。二維圖雖可以直觀地展現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思維，但仍存在諸多不足之處。三維設(shè)計(jì)能更好地彌補(bǔ)這些不足，例如能更清楚地看到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的潛在錯(cuò)誤和不合理結(jié)構(gòu)，還能分析產(chǎn)品的裝配性能、結(jié)構(gòu)性能和動(dòng)力學(xué)性能等，縮短設(shè)計(jì)周期。

1 減速器的原理及結(jié)構(gòu)

    常用的減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的封閉式機(jī)械傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)械的需要。減速器的種類很多，由于其傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)，且使用維修方便，得到廣泛的應(yīng)用。通常根據(jù)給定的條件，參考標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品的有關(guān)資料對(duì)減速器進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在氯乙烯聚合釜的攪拌裝置中，就是采用減速器達(dá)到減速的目的。

    本文中探討的是圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)為：箱體采用剖分式，其剖分面是通過(guò)齒輪傳動(dòng)的軸線，齒輪、軸、軸承等可在箱體外裝配成軸系部件后再裝入箱體，使拆裝較為方便。上箱體和下箱體由兩個(gè)圓錐銷定位，并用一定的螺栓連成一體。減速器用地腳螺栓固定在機(jī)架或地基上。

    軸承蓋用來(lái)封閉軸承室并且固定軸承相對(duì)于箱體的位置，減速器中齒輪傳動(dòng)采用油池潤(rùn)滑，滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑利用了齒輪旋轉(zhuǎn)濺起的油霧以及飛濺到上箱體內(nèi)壁的油液，匯集后流入箱體結(jié)合面的油溝中，經(jīng)油溝導(dǎo)人軸承室。

    上箱體頂部開(kāi)的檢查孑L用于檢查齒輪嚙合情況及箱內(nèi)注油情況，平時(shí)用蓋板封住。下箱體下部設(shè)有排油孔，平時(shí)用油塞封住。為防止?jié)櫥�油滲漏和箱體外雜質(zhì)侵人，減速器在軸的伸出處、箱體結(jié)合面以及檢查孔蓋、油塞和箱體的結(jié)合面均采取密封措施。

    其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

    圖1 圓柱齒輪減速器裝配圖主視圖

2 NX軟件三維建模

    本文中引入的NX是一種CAD／CAM／CAE一體化的機(jī)械工程設(shè)計(jì)軟件，是目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件。其內(nèi)容涉及到平面制圖、三維造型、裝配、制造加工、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)畫仿真等模塊，功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，是航天、機(jī)械、模具等領(lǐng)域的首選軟件。

    本文中利用NX的CAD模塊中的實(shí)體建模、特征建模、自由曲面建模、裝配建模、產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)、工程制圖以及CAE模塊中的運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)圓柱齒輪減速器進(jìn)行研究。這使復(fù)雜的建模與工程制圖工作變得簡(jiǎn)單明了，設(shè)計(jì)者不僅可以直接觀察零件的空間結(jié)構(gòu)形狀，還可以通過(guò)參數(shù)的變化，觀察零件間的裝配發(fā)生的變化，使設(shè)計(jì)更加直觀形象化。

2．1 箱體

    減速器的箱體是支持和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件的嚙合精度、良好潤(rùn)滑及密封的重要零件。箱體質(zhì)量約占減速器總質(zhì)量的50％，因此，箱體結(jié)構(gòu)對(duì)減速器的工作性能、加工工藝、材料消耗、質(zhì)量及成本等有很大影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮。箱體大多經(jīng)鑄造而成，較易獲得合理和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，剛度好，易進(jìn)行切削加工。但有時(shí)箱體剛度不足，在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，引起軸承中心線的歪斜，從而影響齒輪嚙合質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)箱體時(shí)，必須使箱體具有一定的壁厚，以保證箱體的整體剛度。但壁厚太厚，會(huì)使箱體質(zhì)量增加，所以有效的辦法是增加軸承座的壁厚和在軸承座處設(shè)加強(qiáng)筋。上、下箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2、圖3所示。

    圖2 上箱體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和三維立體圖

    由圖2、圖3可以看出：三維建模更加立體逼真，彌補(bǔ)了二維設(shè)計(jì)的不足。三維建模過(guò)程中還考慮了上下箱體間的配合，以及齒輪放置后是否會(huì)產(chǎn)生干涉等諸多問(wèn)題，所用尺寸均按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，更加科學(xué)系統(tǒng)。

    圖3 下箱體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和三維立體圖

2．2 減速器的裝配

    運(yùn)用AutoCAD設(shè)計(jì)的減速器裝配圖是用來(lái)表達(dá)其零部件之間的相互位置關(guān)系、結(jié)構(gòu)形狀和尺寸關(guān)系，是繪制零件工作圖，進(jìn)行機(jī)器組裝、調(diào)試、維修的技術(shù)依據(jù)。它考慮減速器的工作要求以及強(qiáng)度、剛度、工藝、裝拆、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封和效益等諸多方面的因素。其設(shè)計(jì)過(guò)程采用“邊畫圖、邊計(jì)算、邊修改”的方法逐步完成，期間要協(xié)調(diào)各個(gè)傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)和尺寸，進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)、箱體及附件的設(shè)計(jì)，過(guò)程較為復(fù)雜。尤其設(shè)計(jì)條件更改后，須重新計(jì)算，該過(guò)程引入NX裝配模塊，以直接觀察結(jié)構(gòu)的裝配情況和更改設(shè)計(jì)參數(shù)后的變化，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的不足。

    圖4為運(yùn)用AutoCAD繪制的減速器俯視圖和運(yùn)用NX裝配模塊畫出的裝配圖，兩者共同運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，很好地表達(dá)了各零部件間的裝配關(guān)系，并能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的不足，及時(shí)更改設(shè)計(jì)方向，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

    通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真還能真實(shí)地模擬生產(chǎn)過(guò)程中減速器的工作過(guò)程，使在二維圖紙難以表達(dá)和設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)更加直觀，并可依據(jù)運(yùn)動(dòng)效果進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)及修改，直到滿足生產(chǎn)需求。

    圖4 減速器俯視圖

3 結(jié)語(yǔ)

    在三維建模技術(shù)支持下，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)已從傳統(tǒng)的原理符號(hào)設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)向了三維模型設(shè)計(jì)。三維建模技術(shù)是基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，它同時(shí)具有參數(shù)建模和特征建模的優(yōu)點(diǎn)，使得三維幾何模型能動(dòng)態(tài)地顯示和修改，并且能夠通過(guò)重新標(biāo)注尺寸反映工程設(shè)計(jì)人員的意圖，可以大大提高幾何建模的效率。

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