摘要：基于AutoCAD2000平台，探讨了减速器齿轮轴CAD中的关健问题，提出了减速器轴的力学模型和结构特征，利用开发的轴设计程序，使轴设计中的强度计算、结构设计及绘图连成一体，从而使减速器的自动化设计成为可能。
关健词：减速器；轴；CAD
1 概述
减速器设计中，难度最大的部件当数减速器的齿轮轴。齿轮轴是支撑轴上零件、传递运动和动力的关键部件，其设计包含两个主要内容：强度计算和结构设计。实际设计中，这二者互相关联、互相影响，此外，轴在减速箱体中的装配位置、轴上零件的结构及装配都会直接影响轴的结构及强度，因而齿轮轴的设计十分复杂，一直是减速器设计中的“瓶颈”。
本文的研究在于探讨开发实用程序，实现减速器齿轮轴设计的自动化，使轴的强度计算、结构设计、工作图绘制一体化，真正体现计算机辅助设计系统的特点，从而提高产品设计效率和设计质量。我们在AutoCAD2000的平台上，以ObjectARX作为开发工具，充分利用Visual C++可视化编程、便于交互等特点，以及AutoCAD2000强大的二维、三维绘图功能，将传统设计与计算机技术有机结合，使减速器设计的“瓶颈”问题得以较好解决。
2 齿轮轴的力学模型
建立齿轮轴的力学模型，是实现减速器齿轮轴的设计自动化关键之一。首先我们对实际减速器的受力情况进行分析。
图1 减速器简图
图1是一个比较典型的圆锥一圆柱齿轮减速器，其上有三个齿轮轴，每个轴均由两个轴承支撑在箱体上，轴的结构及受力各有特点：I轴两端外伸，轴两端分别安装有锥齿轮、联轴器(或带轮)，锥齿轮端受到II轴传来的轴向力及切向力，联轴器端与原动机相连，接受原动机输人的扭矩；II轴两端简支无外伸部分，两支撑之间安装有两齿轮，齿轮分别受到I轴、III轴传来的轴向力及切向力；III轴一端外伸，外伸端通过联轴器(或链轮)与工作机相连，将动力输出。考察各种不同的减速器，其轴的受力情况主要有这样三种形式。三种形式的受力简图如图2所示。
圈2 轴的三种受力简图
分析这三种轴的受力情况，根据力学原理，进行归纳整理，表达在空间直角坐标系XYZ中，如图3所示。
图3轴的力学模型
其中，轴的B支座处设为坐标系原点，沿轴线方向设为X轴，垂直于轴线的方向设为Y轴和Z轴，从而构成减速器齿轮轴受力模型。在受力模型上，分布有以下几种载荷：垂直方向集中力(Fy1,Fy2)及力矩(My1,My2)、水平方向集中力(Fz1,Fz2)及力矩(Mz1,Mz2)。垂直支反力(Rva,Rvb)、水平支反力(Rza,Rzb)、轴上扭矩T1、T2等。
轴上各点力的大小不同，可演化成不同类型的受力轴：若C处各力为0，则形成I类型的受力轴；若A、E处各力为0，且C处力分解为两个力，则形成II类型的受力轴；若E处各力为0，则形成III类型的受力轴。
按照力学原理，将各力分别向坐标面投影，得轴上任一点处的弯矩如下：
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