黃永程，覃羨烘，王鵬程，李 俏

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

基于Pro/E的行星齒輪減速板手設(shè)計(jì)

黃永程，覃羨烘，王鵬程，李 俏

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

三維軟件的應(yīng)用大大提高了設(shè)計(jì)者的工作效率和質(zhì)量。本文采用三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E，建立64型行星齒輪減速扳手的各個(gè)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(fā)生干涉，便于修改相應(yīng)的參數(shù)，避免了繁瑣的計(jì)算和修改問題。利用Pro/E三維建模在提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和減低產(chǎn)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(guó)，貨車超載、超限運(yùn)輸現(xiàn)象嚴(yán)重，使得貨車運(yùn)輸中出現(xiàn)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(jī)性，很難找到專業(yè)維修人員和設(shè)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(dòng)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(chǎng)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(chǎn)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(zhǎng)扳手手柄的長(zhǎng)度，與其便于攜帶這一特點(diǎn)產(chǎn)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(zhǎng)的扳手手柄，其所具有的優(yōu)點(diǎn)：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(jì)70年代首次出現(xiàn)行星齒輪減速扳手，日本于1975年在北京舉辦工業(yè)展覽會(huì)上第一次展出了特尼扳手[1]。日本、美國(guó)和德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家于七十年代末期已有大扭矩變扭扳手產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)?，F(xiàn)在國(guó)外的放大力矩扳手產(chǎn)品已向自動(dòng)化、輕型化方向發(fā)展，而智能化已是其發(fā)展趨勢(shì)。然而，我國(guó)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(yùn)動(dòng)的合成和分解。雖然它已被用作飛機(jī)和采礦機(jī)械的大功率傳動(dòng)，但很少有人研究使用扭矩放大機(jī)構(gòu)的行星輪系，本文主要研究分析行星輪系的放大機(jī)構(gòu)。

1 行星輪系增力原理

行星齒輪減速扳手的核心是串聯(lián)起來的2K-H行星輪系減速增力機(jī)構(gòu)，它能使較小的輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成較大的轉(zhuǎn)矩，這對(duì)于施力者而言是省力的。機(jī)械的功率P＝Fv=Tw.所以，在功率一定的情況下，轉(zhuǎn)速越低，機(jī)械輸出扭矩就越大[2]。行星齒輪減速機(jī)構(gòu)可將原動(dòng)機(jī)的高速、小扭矩變?yōu)榈退俑吲ぞ亍Ｆ滢D(zhuǎn)變?cè)砣鐖D1所示。

圖1 行星齒輪傳動(dòng)及其基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

A、B、C為三個(gè)基本構(gòu)件，假設(shè)摩擦損失可以忽略，如果在行星齒輪傳動(dòng)平衡狀態(tài)下，作用外力矩在A、B、C上的代數(shù)和為零，并且A、B、C上所傳遞的功率代數(shù)和也等于零，即

式中：TA、TB、TC分別為基本構(gòu)件 A、B、C 上的外轉(zhuǎn)矩；wA、wB、wC分別為基本構(gòu)件 A、B、C 上的角速度。取相對(duì)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(dòng)的特性參數(shù)。同理可推導(dǎo)出串聯(lián)2K-H行星齒輪傳動(dòng)中的轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：

式中Ta為兩串聯(lián)2K-H型行星齒輪傳動(dòng)中第一個(gè)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(gè)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(shí)“增力”。

現(xiàn)設(shè)計(jì)要求是輸入轉(zhuǎn)矩T1＝30 N·m，輸出轉(zhuǎn)矩T2＝1 900 N·m，總傳動(dòng)比i總＝64.根據(jù)傳動(dòng)要求設(shè)計(jì)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(jí)的傳動(dòng)比 i1＝ 4，i總＝ 64，最終選擇配齒結(jié)果Z1＝9，Z2＝9，Z3＝27.經(jīng)過計(jì)算及校核最終確認(rèn)各齒輪參數(shù)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(shè)計(jì)

雙臂整體式行星架剛性好，因此設(shè)計(jì)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(zhǎng)度26 mm.材料選用40Cr淬火處理[5-7]，各個(gè)零件的基本參數(shù)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(shè)計(jì)等，以保證用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。（1）由產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以看到作為一個(gè)幾何模型，無論多么復(fù)雜的幾何模型，可以把它變成一個(gè)有限的功能和各種形式，可以完全受制于有限的參數(shù)，這是參數(shù)化的基本概念。（2）基于特征建模的Pro/E是基于特征工程設(shè)計(jì)的實(shí)體建模系統(tǒng)，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(duì)齒輪、軸、芯架、筒體的建模，完成對(duì)部件的裝配圖，各個(gè)齒輪采用參數(shù)化建模[8，9]，各個(gè)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(gè)零件的裝配，形成裝配如圖7和圖8所示。

圖7 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)

三維機(jī)械設(shè)計(jì)采用Pro/E軟件，是為了讓設(shè)計(jì)者獲得良好的三維空間環(huán)境，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不再需要艱難的概念想象，而是在一個(gè)非常直觀的3D環(huán)境中進(jìn)行。同時(shí)避免大尺寸和繁瑣的計(jì)算，通過直接觀察和測(cè)量的更換，保證整個(gè)設(shè)計(jì)的正確性，大大提高了生產(chǎn)效率，對(duì)推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展的一個(gè)很好的促進(jìn)作用。

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[3]徐 灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

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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(xiàng)目名稱：廣東理工學(xué)院教學(xué)研究與改革《機(jī)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?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造；覃羨烘（1983-），女，廣西平南人，講師，教研室主任，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。