摘 要

德国斯德博减速器具有精度高、使用寿命长、传动比规模大和产品系列全的特点，产品覆盖100多个国家，在国内外高性能设备中得到广泛应用。CAXA软件是一款按国标规范开发的CAD软件，具有强大的二次开发和用户扩充功能。开发设计该减速器图库，可以极大减少使用该减速器的产品设计周期，避免结构参数设计错误所造成不必要的麻烦。本文根据斯德博减速器样本资料，分析该减速器不同结构的主要结构特点、对减速器输入输出结构进行分类，应用CAXA图库开发方法，设计出斯德博系列减速器CAXA图库，使得用户可以通过减速器的型号和关键参数的交互选择就可获得其精确的三个二维视图以便使用从而快速得到所需类型进而达到目的。

关键词：CAXA图库；斯德博；行星减速箱

Abstract

German Stober reducer has the characteristics of high precision, long service life, large transmission ratio and complete product series. Its products cover more than 100 countries and are widely used in high-performance equipment at home and abroad. CAXA software is a kind of CAD software developed according to the national standard. It has powerful functions of secondary development and user expansion. The development and design of the reducer drawing library can greatly reduce the product design cycle of using the reducer and avoid unnecessary trouble caused by structural parameter design errors. Based on the sample data of Stober reducer, this paper analyses the main structural characteristics of different structures of the reducer, classifies the input and output structures of the reducer, and designs the Stober series reducer CAXA drawing library by using the development method of CAXA drawing library, so that users can obtain three accurate two-dimensional views through the interactive selection of the type and key parameters of the reducer for use. In this way, we can quickly get the type we need and then achieve the goal.

Key Words：CAXA gallery；Stober；Planetary gearbox

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计要求 1

1.2 设计方法 1

1.3 CAXA软件的介绍与选择 1

1.4 行星减速箱特点及应用 2

1.5 行星减速箱国内外发展及应用 4

1.6 小结 5

第2章 斯德博行星减速箱 5

2.1 斯德博行星减速箱特点 5

2.2 ServoFit系列 5

第3章 行星减速箱CAXA视图 9

3.1 PE系列绘制 9

3.2 PHA系列绘制 10

3.3 PHQK系列绘制 10

第4章 行星减速箱图库创作 12

4.1 图的轻量化操作 12

4.2 图库的设计 13

4.3 图库的打包及调取 17

第5章 设计结果与展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 设计要求

行星减速箱用处普遍并且有着诸多优点，在如今的社会中已经可以看见它的身影。在行星减速器中，德国的斯德博减速器具有精度高、使用寿命长、传动比规模大和产品系列全的特点，他的产品覆盖100多个国家，在国内外高性能设备中得到广泛应用。而此次设计要求为设计出斯德博行星减速箱CAXA图库，能使用户可以得到一个完整的三视图进行使用。

1.2 设计方法

首先查阅出相关资料，对斯德博行星减速箱的各型号分类及特点进行了解与分析，然后归纳出其综合特点与尺寸的关系，分析各型号的三视图之间的联系。之后对CAXA软件进行了解与学习使用图库的制作方法，将所汇出的图形进行特点的选取，进行整个制图的轻量化，然后制作出图库以满足要求。

1.3 CAXA软件的介绍与选择

CAXA全称北京数码大方科技股份有限公司，作为我国在绘图方面领先的工业软件和服务公司，不仅代表了我国最大的CAD绘图系列软件的供应商，也是在我国工业云中走在最前面的软件。主要提供的服务涉及到数字化设计（CAD）、数字化制造（MES）、产品全生命周期管理（PLM）和工业云服务等方面，是“中国工业云服务平台”的发起者和主要运营商。

作为一款主旨于坚持技术创新，并且自主研发二维、三维CAD和PLM平台的软件，CAXA也是在国内第一个实现生产全国化的软件公司，负责其开发的技术人员组也有着超越常人的经验与对于此专业领域的研究探讨成果，他们的技术水平能在全球之中也占有一足之地，与全球最顶尖的技术水平也几乎没什么差距。不仅在我国的北京有着自主的研发基地，在美国的另一个研发基地也是其做到完美的原因之一，结合国内外的知识与文化组合的交流，因此才能制造出满足所有人使用习惯的自主软件，在此基础上更是达到了制造设计出的成果拿到了超过150多项的专利和产权，这也杰出的成果也让CAXA能够参与多项国家CAD、CAPP等的技术标准上的定制工作^[1]。

CAXA的产品包括：（1）数字化设计（CAD），数字化设计解决方案包括二维、三维CAD，工艺CAPP和产品数据管理PDM等软件、（2）数字化制造（MES），数字化制造解决方案包括CAM、网络DNC、MES和MPM等软件，（3）产品全生命周期管理（PLM）解决方案，企业贯通并优化营销、设计、制造和服务的业务流程^[2]，（4）工业云服务得完整自主知识产权产品线，云设计、云制造、云协同、云资源、云社区5大服务。其完整的自主知识产权产品线也是CAXA的产品的特色与亮点。

CAXA2007版本虽然已经拥有完整的绘图与图库系统，但是一般适用于32位。之后寻找的CAXA2016不仅可以实现与PDM等软件的集成和贯通，还有绘图更高效、符合最新标准；图库全面升级，最全、最准确；图纸规范化更快速；更方便的PDM集成的特点。CAXA2019增加用户中心，支持2018格式的DWG/DXF，.扩展工具功能增强，改善windows10系统支持，但是由于获取途径较难，最终没有选择。因此最后的选择是使用了2016版本。

1.4 行星减速箱特点及应用

行星减速箱用途普遍并且有着体积小、重量轻、布局紧凑、传动比规模大、传动效率高和运转安稳等特色，在实现均载传动和减小传动系统体积中有着重要的作用^[3]。行星齿轮传动传动特点是将定轴线改为动轴线传动，这种新的传动方式，在减速、增速和变速传动、运动的合成以及分解中被普遍运用；因为使用了同轴性以及合理地采用了内啮合,使得行星减速箱有着更高的可靠性与低故障率等非常明显的优点。行星减速箱的现代化传动区别于传统机械，在工程机械、石油化工、船舶和航空航天等领域应用中有着明显的优点，改良了必须通过多级传动机构才能实现的大变速传动而使得齿轮啮合级数多、体积大成本高的缺点，也让行星减速箱在冶金、矿山等也有了重要的运用。在制造成本上，由于行星减速箱的优点也使得在需要达同样要求的前提下，可以使成本大大降低。在消耗上，设计出更小体积、质量、与改善其他方面，也能达到不仅减低了对材料和能源的消耗，也能在使用寿命与承载能力上进一步提升，使得相对消耗更小 。

经济的发展日新月异，全球的资源也在不断的被消耗，能源的消耗也将成为一个重要的问题。地面上的资源越来越少，科学家如今也将目光伸向更加广袤的大海，开采海洋石油已然成为世界的一大趋势与重要工作。现如今开采海洋石油都是使用的两种海上钻井，其一是结构为上甲板，中支撑，下船体的半潜式海上钻井。此结构的钻井在灵活和稳定性上有着出色的表现，但因为其为大件式的结构也使得对此的投入需求也将更大，另一弊端也会在日后的维修中所体现出来。与半潜式不同的另一钻井采用的则是有着连接上平台与下基座的使用液压系统来达到升降作用的三层结构的自升式海洋钻井。与前者不同，后者在升降系统上有着卓越表现，但由于其多动性，对于体积结构的设计也就显得尤为重要，这也影响着后期的维护工作。海上钻井的作业环境普遍都属于十分恶劣的海洋之中，作为工作人员的起居与作业空间，钻井的结构设计便不得马虎，并且需要设计的多样化与合理化。钻井作为海上的大型机械，和其他大型机械一样有着体积大，升降速度较为缓慢的特点，提升它的稳定性与再次基础上增加速率上就是研究的一大方向。因此设计出传动速率大，平稳性高，抗拉抗压，结构稳定的行星减速箱才能配合的上极大转速的电机也就是首要目标，只有当减速器有了突破，才能使驱动的电机带有更高的转速，来实现更快速的传动。作为关键零件，在海上钻井中，行星减速箱便能发挥出它的另一大优点，有着相对更小的体积也就能减轻整个钻井的重量，提升整体的利用率。

而斯德博行星减速箱在国内外的工业及其他科技领域上都有着杰出体现，其特色体现在精确，动力强悍之上，对比与其他型号，斯德博鹤立鸡群，在性能上有着更高的展现，做出CAXA的图库便可使设计更加简洁，提高效率。

随着社会不断发展，计算机的使用也越来越普遍，计算机的使用也使人们生活更加便捷，CAXA图库的设计不仅可以利用CAXA的便捷操作完成制作，得到之后的图库也能带来便捷，零件的制造也会更加准确。并且图库的建立可以有效的减少由于重复设计所浪费的人力和时间，也能提高成品的质量和精确度。

在未来的日子，CAXA也会变得更加先进，之后出现新的算法也能带来新的制图方法，使图库的绘制变得更加的简洁和准确，图库的使用也会更加的广泛，涉及面也会更大。

因此，如果能实现斯德博行星减速箱的CAXA图库的设计，就能够大大的减少减速箱的设计时间，使减速箱的制作更加快捷，提高整体的经济效率。

图1.1 常见行星减速器结构

1.5 行星减速箱国内外发展及应用

行星减速箱就如同行星一般，都是由多个齿轮围绕着犹如恒星的主齿轮相互啮合进行旋转。与传统减速箱不同的是，行星轮还会如同行星一般进行自转，这种新型传动方式，能够将齿轮之中的传动力传输到其输出结构，进而产生新的转速来达到进一步的变速。这种新的多级的传动今后也将会有新的形式，从单一到多级行星齿轮，行星减速箱也有着多变与复杂性，也会带来更加具有效率与符合市场的新的产品。

20 世纪 70 年代，日本学者田口玄一提出“质量既不是靠检验得来的，也不是靠控制生产过程得来的，而 是从设计阶段控制的。 ”所以，在设计行星齿轮传动机构时，要尽量发挥出行星齿轮传动的优点，减少不利因素对齿轮箱本身传动性能的影响^[4]。 作为行星减速箱的设计主旨，其发展也在围绕这不断进行，设计的主要理论是有图论枚，举法和递归原理^[5]。

如今研究者普遍使用图形化方法来进行研究，但此方法的弊端是无法主动设计出新的传动方案，并且此方法只在进行单一级行星齿轮传动结构中进行使用比较方便，当从单一级涉及到多级行星轮的后，其传动结构的复杂性将会产生很多很难解决的问题。但目前如何解决行星齿轮传动的均载也是目前的一个研究要点，多级的难题始终困扰着研究人员，目前还只能从单一因素考虑，进行变量的设计才能展开研究，能争对多级行星齿轮传动的研究成果还是少之又少。当务之急是建立出一个简单但又能满足多级传动要求的模型来进行之后的研究，也需要日后通过其他途径来设计出满足多级的行星齿轮传动的动态特性模型进行研究。

目前我国的行星减速箱的研究已经步入正轨，但和所要求的目标还存在着一定的差距，想要设计出将行星减速器优点更加放大的产品还在研究之中。但我国目前只是在中小型的结构上有着不错的研究，需要更进一步的发展才能做到去设计大型通用的产品。但随着改革开放和经济化日益增长的今天，行星减速箱在各大领域的运用十分广泛，这也促使我国需要引入跟多技术和自主研发出更多的成果，朝着多样化，标准化发展。

在国外，行星齿轮传动的应用较广泛,其行星减速器的数量约占整个减速器的35% ,其行星减速器的输入转速和负载能力不断增大,针对行星齿轮传动的优点,其行星减速器在工程机械、船舶等行业的应用较广泛^[6]。如日木三菱造船公司生产的, 运用在船舶上的行星减速器功率已达7000 kW ,美国卡特皮勒公司为大型矿车开发的行星减速器的功率已达8500kW^[7]。

1.6 小结

行星减速箱的使用面涉及极其广泛，完成此次设计的目的也有着一定的成果。虽然只是其中斯德博型号的图库绘制，但是完成图库设计后，可以将行星减速箱的图库设计提升一个阶段，此次设计也是其阶段之一，有着重要作用。

1. 斯德博行星减速箱

2.1 斯德博行星减速箱特点

斯德博行星减速箱在精度与动力方面在世界首屈一指，技术的发展层出不穷，带来了诸多系列的产品，各自之间都有着不同的特色，但在领域中都能发挥出极大的作用。因此能快速制造出斯德博行星减速箱的方法就显得尤其重要，本课题以ServoFit系列为例，进行介绍并制作图库，让使用者可以直接得到他们所需型号的三维视图，以便快速使用。下面选取几种具有特色型号的减速箱进行介绍。

2.2 ServoFit系列

2.2.1 PE系列

（1）PE系列产品代号介绍

下面对其名称进行简单介绍，也可以让客户对该减速箱进行进一步的了解。以PE421SPR0350MEI为例，PE表示减速器类型，为行星齿轮减速器；4代表减速器的规格；1为生产代号；2为齿轮级数，此处为1代表1级齿轮级数，为2代表2级齿轮级数；S为箱体结构，此减速箱采用的是标准设计；P为表轴承设计代号，此处是带键轴类设计；R为轴承类型代号，此处表示普通轴承；0350为该行星减速箱的传动比；MEI代表电机型号^[8]。

（2）PE系列产品结构特点

图2.1 ServoFit PE系列减速器示意图

PE系列行星减速器在传动方面使用了新型的斜齿传动技术，在齿轮的选择上选取了最高的齿隙与最小的每转回差齿轮，在结构上选取了进过优化的基本几何结构，使得减速箱在整体上能达到最高的运转平稳度的同时也能安静的进行工作。1级≧97%,2级≧95%的高效率也是其特色之一。

图2.1中①所表示的是联轴器，用以连接行星减速箱和电机，该型号的联轴器上轴套可以满足各种用户的需求。除去标准的电机型号外，还可以根据用户的需要进行设计安装，也有着大规格电机轴的安装。之后有着对大规格电机发轮盘的设计及介绍，而电机的安装则是由联轴器上的紧固螺栓进行精确操作，以确保质量。此型号还有一个突出的优点便是一体化的设计，该结构不仅优化了部件与电机的适应程度，还能使惯量与其他设计相比有着最小化的优点，整体用以提高整体的动态性能。不仅在动态性能上出类拔萃，夹紧联轴节也是使整体在高速运转的同时，也能达到平稳，安静的效果。图中②为减速器中的减速核心体系，围绕太阳轮啮合并且自传的行星轮组，采用8-13arcmin的低齿隙，13-310Nm的加速扭矩，图中的PE型号中有着两组齿轮组，可以进行多级数的变速。并且因为齿轮组都经过表面硬化和精磨处理，齿轮的强度，硬度和传动上都会更胜一筹^[9]。图中③为减速器的防护装置，防护等级为IP64，使得整个减速箱的安全性能有了保障。图中④的轴为一体化的设计的成果，位于箱体之外的轴进行了表面处理之后在抗扭，抗拉方面也是做到了性能最好的设计，有着高扭转刚度，在外观上也是属于加分项。图中⑤显示为连接常用的电机类型，可以满足用户的基本需求和特殊要求，图上为集成式电机适配器（MEI），连接至齿轮组之中，使电机和齿轮有着更好的结合，发挥出更搞的性能。此外还有带有EasyAdapt联轴器的电机适配器（ME）和带有EasyAdapt联轴器和大规格电机法轮盘的电机适配器（MEL）可供选择，也可以结合用户给出的最大尺寸进行设计出独特产品来满足市场，多面性，全能性就是该处的一大特点。图中⑥流线型的一体化箱体在外观上就有着不俗的颜值，其精确的设计与制造赋予了箱体最高的运转精确度。箱体的制造也选取了具有高强度的锻炼球墨铸铁，使行星减速箱在整体的安全性能上更上一层楼。图中⑦展示出了输入端的连接方式，独特的非接触式密封法带来了的成效是使得在进行输出时能降低损耗，产生更大的传动比和带来更大的传动效率。普通的行星齿轮减速箱在运转中会产生摩擦，但这一不利因素斯德博也因为采用高性能润滑脂而使之荡然无存，该润滑系统可以免去过热与磨损而带来的问题，适用于所有安装位置使得PE系列的使用都更加耐久，产生更高的性价比。

2.2.2 PHA系列

（1）PHA系列产品代号介绍

此处以PHA421F0050MFC为例进行介绍，PHA表示减速器类型，为低齿隙行星齿轮减速器；4代表减速器的规格；2为生产代号；1为齿轮级数，此处为1代表1级齿轮级数，为2代表2级齿轮级数，为3代表3级齿轮级数；F为表轴承设计代号，此处是带法兰轴类设计；0050为该行星减速箱的传动比，i×10；MF代表电机型号，分别为MF-电机适配器flexiapt联轴器；MFL-带flexiapt的电机适配器联轴器和大电机板电机输出和电机连接，MB-带制动器的方形电机适配器；C代表伺服控制。

（2）PHA系列产品结构及特点

图2.2 ServoFit PHA系列减速器示意图

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