具有3个曲柄的三环板减速器设计计算软件开发

蒲昌满， 周传喜， 李志伟， 赵侍晗

（长江大学机械工程学院，湖北荆州434023）

0 引言

具有3个曲柄的三环板减速器是一种研发的新型减速器，这种新型传动装置可以达到动态平衡，特别适用于高速、重载场合［1］。相对于传统减速器，具有传动比大、可靠性高、承载能力强等优势。特别是该新型传动装置还能顺利克服运动过程中的“死点”问题［2］。

设计这样的新型减速器对于一般的设计者还是有一定的难度的。对此，开发出了一套VB.net软件，以便设计者都能准确、快速地完成该新型减速器的设计是十分有必要的。设计者对设计的数据通过VB.net对SolidWorks的二次开发实现参数化建模［3］，从而达到数据的可视化，有利于设计者在设计中迅速发现自己设计中的问题，以便及时改正，可以大幅度地提高设计效率、减少人力物力。

1 工作原理分析

3个曲柄三环板减速器结构示意图如图1所示，由输入轴、输出轴、支撑轴、3块内齿轮环板等组成。相对于传统的三环减速器，该减速器在输入轴的下方多了一根支撑轴。输入轴、下支撑轴和上支撑轴的转动中心的相对位置为90°，当一组平行四边形机构处于“死点”位置时，另一组平行四边形机构的处于最佳传动状态，因而可顺利越过“死点”，机构的最小传动角为45°，满足传动的基本条件。此减速器设置了3个内齿轮环板，一个厚内齿轮环板和两个薄内齿轮环板，厚齿轮环板位于中间，薄齿轮环板位于两侧，与其对应，在输入轴、下支撑轴、上支撑轴上分别有一个厚偏心轮和两个薄偏心轮，位于两侧的薄偏心轮的偏向相同，厚偏心轮和薄偏心轮的相位差为180°。这样的三曲柄三环板减速器能达到动平衡，适用于高速、重载荷场合。

图1 三曲柄三环板减速器结构示意图

2 软件主要构成分析

2.1 软件功能分析

如图2所示，本程序主要分为两大模块：理论计算模块和建模模块，其中建模分内齿轮环板建模和输出轴建模。

图2 软件功能结构图

第一个模块是理论计算，在给定参数的条件下，将减速器的设计步骤程序化，每一步的计算都由辅助设计的软件完成，降低设计者的设计计算。其中包括电机的选择和运动参数的计算、齿轮的主要参数的计算、转臂轴受力分析、三环板减速器的结构设计四大功能模块。经过这四大功能模块的计算后，用户可以通过软件将计算中自己想要的数据汇总，也可以将所有的数据汇总并以txt文档输出，以便设计者查看和修正设计的数据。

第二个模块是三维建模模块，三维建模模块主要包括输出轴和内齿轮环板的建模。设计者通过第一个模块计算得到的一系列设计参数，进一步设计了第二个三维建模模块，该模块可以检验前面设计参数的正确性及合理性。输出轴与内齿轮环板的建模只需要输入相应的相关参数，点击建模按钮，软件就会自动后台驱动SolidWorks建模软件，并控制软件自动完成相应的建模过程，得到相应零件的三维模型，设计者也可以将建好的模型在SolidWorks中直接另存下来。

2.2 程序流程

1）计算模块的流程。如图3所示，设计者利用程序，在输入齿数差和传动比以及工况参数后，程序会自动计算出齿轮齿数，并根据工况参数选择合适的电机型号，再通过电机的功率和转速计算出减速器的运动及动力参数。根据输入的齿轮的相关参数，程序首先会计算出齿轮的模数，再根据选择的模数及一系列参数可以计算出齿轮啮合的其它系列参数。程序根据动力参数自动对环板进行受力分析，再根据力的平衡讨论轴的受力情况，进一步可求出各轴的结构尺寸及各轴所选用的轴承、键的型号。最后将所有的计算信息汇总，并通过txt文档输出另存。

图3 三曲柄环板减速器的设计流程图

图4 三环板主要零件的建模流程

2）三维建模模块的流程。如图4所示，三维建模主要分两大模块，齿轮的建模和输出轴的建模，设计者只需要在程序界面上输入必要参数，再点击建模命令钮，程序便会自动驱动SolidWorks软件，进行三维建模［4］设计者也可以通过SolidWorks软件将零件建模的文件保存。

3 三曲柄三环板减速器设计计算软件开发

在辅助设计的软件中，主要采用了界面的形式，结构简单，易于操作。整个程序可以分为以下几个部分：主界面、参数计算界面、内齿环板建模界面、输出轴的建模界面等。图5～图8是几个主要界面。

4 软件实例计算

已知公称传动比为45，齿数差为2，高速轴的转速为1500 r/min，低速轴输出功率为35 kW，短期间断工作方式，每天2 h，要求工作寿命为10a。通过已知参数可以通过计算得到齿轮的模数和啮合的相关参数如图9、图10所示。通过前面的计算，对环板进行受力分析，分析各轴的受力情况［5］。如图11所示。

图5 程序主界面

图6 参数计算界面

图7 内齿环板二维建模界面

图8 内齿环板三维模型界面

5 结论

围绕着具有3个曲柄的三环板减速器的设计，开发了该新型减速器的辅助设计软件。利用VB.net编程大大减少了设计者的计算工作，软件的界面化使设计者的设计思路更清晰。通过VB.net控制SolidWorks软件三维建模，使设计者能轻松地将二维设计参数三维模型化，从而可提高设计者的工作效率。软件还能将所有的设计数据导出，这样有利于设计者对数据的分析和整理。

图9 齿轮模数计算界面

图10 齿轮啮合参数计算界面

图11 环板与各轴受力分析界面

［1］ 管锋，周传喜，骆广.基于VB的三曲柄环板减速器设计计算软件开发［J］.机械传动，2013（2）：33-35，40.

［2］ 黄清世，张亚娟 .三曲柄环板减速器：中国，CN2859088［P］.2007-01-17.

［3］ 赵红美，高倩云.基于VB的多轴箱传动CAD系统的研究［J］.制造业信息化，2013（8）：50-52.

［4］ 窦守鹏，张俊，陈皓，等，基于SolidWorks Enterprise PLM的集成化产品开发［J］.制造业信息化，2014（1）：36-40.

［5］ 黄清世，周传喜，张亚娟.三曲柄单环板减速器的受力分析［J］.长江大学学报：自然科学版，2009，6（2）：94-96.