1、目 錄第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明2第二章 peo/e三維建模62.1蝸桿建模 62.2蝸輪建模 92.3蝸輪軸建模 132.4軸承建模 132.5下箱體建模 142.6上箱體建模 17第三章 proe/e裝配18第四章adams分析224.1模型導(dǎo)入設(shè)置224.2adams分析前處理264.3仿真結(jié)果28第五章ansys分析 315.1 pro/e模型導(dǎo)入ansys進(jìn)行有限元分析的過(guò)程 315.2 蝸桿靜力學(xué)分析315.3蝸輪軸靜力學(xué)分析33第一章 設(shè)計(jì)說(shuō)明任務(wù)分配：組長(zhǎng)：杜宇鵬proe建模負(fù)責(zé)人：王朝偉：渦輪蝸桿的建模 蝸輪軸的建模蘇雷：上下箱體與軸承的建模proe裝配負(fù)責(zé)人：白銀adams負(fù)責(zé)人：杜

2、宇鵬ansys負(fù)責(zé)人：代思民數(shù)據(jù)說(shuō)明：此設(shè)計(jì)涉及到渦輪蝸桿一級(jí)減速器的虛擬設(shè)計(jì)，要做虛擬設(shè)計(jì)，就要用到許多數(shù)據(jù)和參數(shù)，但是老師給的數(shù)據(jù)又非常不全，所以就不用老師給的數(shù)據(jù)了。還好在大三學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)這門課時(shí)，我所做的課設(shè)題目也是渦輪蝸桿一級(jí)減速器的設(shè)計(jì)，所以此設(shè)計(jì)用到的相關(guān)數(shù)據(jù)都是大三做設(shè)計(jì)時(shí)得到的數(shù)據(jù)。由于之前做的設(shè)計(jì)已經(jīng)將計(jì)算部分算完了，此次設(shè)計(jì)的目的是三維建模、裝配、仿真。以下是此設(shè)計(jì)用到的相關(guān)數(shù)據(jù)：（1）其他尺寸：模數(shù)m=8，中心距a=225，蝸桿頭數(shù)z1=4。（2）蝸桿尺寸：軸向齒距pa1=25.133mm，直徑系數(shù)q=10.00;齒頂圓直徑da1=96mm；齒根圓直徑df1=60mm，分

3、度圓導(dǎo)程角=21.8 （右旋）；軸向齒厚s2=12.566mm。圖1-1為蝸桿軸的其他尺寸。圖1-1（3）蝸輪尺寸：蝸輪齒數(shù)z2=47；變位系數(shù)x2=-0.375；蝸輪分度圓直徑d2=376mm，蝸輪齒頂圓直徑da2=386mm，蝸輪齒根直徑df2=356mm；蝸輪輪緣寬度b=72mm。（4）蝸輪軸尺寸：如圖1-2所示為蝸輪軸的尺寸。圖1-2（5）軸承的型號(hào)：7312c（6）箱體的部分尺寸：箱體的材料及制造方法：選用鑄鐵ht100砂型鑄造。鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系如表1-1、表1-2所示。表1-1鑄鐵減速器箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)名 稱稱 號(hào)一級(jí)齒輪減速器計(jì)算結(jié)果箱座壁厚0.04a+3mm8mm

4、12箱蓋壁厚10.8511箱座凸緣厚度b1.518箱蓋凸緣厚度b11.5117箱座底凸緣厚度b22.530地腳螺釘直徑df0.036a+12mm22地腳螺釘數(shù)目nn =(l+b)/(200300)4軸承旁連接螺栓直徑d10.75 df18箱座與箱蓋連接螺栓直徑d2(0.50.6) df14連接螺栓d2的間距l(xiāng)125200mm160軸承端螺釘直徑d3按選用的軸承端蓋選用或(0.40.5) df12窺視孔蓋螺釘直徑d4(0.30.4) df8定位銷直徑d(0.70.8) d212df、d1 、d2至外機(jī)壁距離c1見表230,24,20df 、d1 、d2至緣邊距離c2見表226,22,18軸承旁凸

5、臺(tái)半徑r1c226凸臺(tái)高度h根據(jù)低速軸承座外徑確定55箱機(jī)壁到軸承端面距離l1c1+ c2+(510)mm55箱座底部凸緣寬度l2+ c1+ c2+(510)mm77蝸輪齒頂圓與內(nèi)箱壁距離11.215蝸輪端面與內(nèi)箱壁的距離212蝸桿箱體軸承座孔的軸向長(zhǎng)度lclc=（11.2）d，d為軸承孔120箱座肋厚mm0.8511箱蓋肋厚m1m10.8510軸承端蓋外徑d2軸承座孔直徑+(55.5) d3166軸承端蓋凸緣厚度e(11.2) d315軸承旁連接螺栓距離s盡量靠近，以md1和md3不發(fā)生干涉為準(zhǔn)210表1-2 凸臺(tái)及凸緣的結(jié)構(gòu)尺寸螺栓直徑m6m8m10m12m14m16m18m20m22c1

6、min121416182022242630c2min101214161820222426沉頭座直徑152024283234384244第二章 peo/e三維建模個(gè)人認(rèn)為在三維建模的時(shí)候一定要養(yǎng)成良好的一個(gè)良好的習(xí)慣，這個(gè)好習(xí)慣會(huì)讓你在裝配或者文件導(dǎo)入adams中簡(jiǎn)化操作，因?yàn)檫@里存在一個(gè)定位問題，比如裝配的時(shí)候如果裝配是用到基準(zhǔn)面沒有或者位置不對(duì)的話，還要在建立，比較麻煩。習(xí)慣就是：盡可能將模型對(duì)稱處理，比如在草繪中圖形對(duì)稱于中心線，用拉伸命令拉伸時(shí)對(duì)稱拉伸等還有就是在裝配過(guò)程中遇到零件尺寸步合適在修改零件后，切記要保存，養(yǎng)成習(xí)慣。1、蝸桿建模蝸桿設(shè)計(jì)成品：如圖2-1圖2-1此設(shè)計(jì)蝸桿為普通圓

7、柱蝸桿阿基米德蝸桿，蝸桿參數(shù)在設(shè)計(jì)說(shuō)明中已知，其主要設(shè)計(jì)思路如下： 利用螺旋掃描、陣列命令，創(chuàng)建蝸桿螺紋 利用旋轉(zhuǎn)命令，創(chuàng)建軸體。 利用倒角、圓角命令，創(chuàng)建倒角。 利用拉伸命令切除材料，創(chuàng)建鍵槽。具體步驟：第一步，選中旋轉(zhuǎn)掃描伸出項(xiàng)命令（如圖2-2）創(chuàng)建蝸桿軸螺紋。按命令要求，在草繪中建立一條掃描的軌跡，如圖2-3，接著草繪你要螺旋掃描的界面，如圖2-4，最后輸入螺距，圖2-5。圖2-2圖2-3圖2-4圖2-5第二步，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的模數(shù)m=4，所以要繪制四條螺紋，用陣列命令陳列出四條螺紋線，如圖2-6圖2-6第三步，繪制軸上其他尺寸，利用旋轉(zhuǎn)命令一次完成尺寸繪制，草繪尺寸，如圖2-7圖2-7第四步

8、，繪制鍵槽的時(shí)候，用偏移平面做繪制面，草繪鍵槽如圖2-8，在用倒角命令創(chuàng)建兩邊的倒角。圖2-82、蝸輪建模建模思路：先建立漸開線曲線，再鏡像漸開線，接著創(chuàng)建蝸輪毛坯，利用最開始創(chuàng)建的兩條漸開線建立一個(gè)齒的形狀，再切除蝸輪毛坯材料創(chuàng)建一個(gè)齒，再陣列出所有齒，最后做蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。蝸桿設(shè)計(jì)成品：如圖2-9圖2-9第一步，鏡像漸開線：用曲線創(chuàng)建漸開線，漸開線方程：r=353.3/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0在漸開線所在平面上，草繪齒根圓、基圓

9、、分度圓、齒頂圓四個(gè)圓，接著用點(diǎn)命令建立漸開線與分度圓的交點(diǎn)（如圖2-10），隨后創(chuàng)建點(diǎn)所在平面，再以這個(gè)面為起始面創(chuàng)建鏡像面，最后用鏡像命令創(chuàng)建另一條漸開線（如圖2-11，紅線所示的為鏡像面）。圖2-10 圖2-11第二步，創(chuàng)建蝸輪毛坯：用旋轉(zhuǎn)命令完成，草繪平面如圖2-12圖2-12 圖2-13第三步，創(chuàng)建一個(gè)齒：利用旋轉(zhuǎn)命令，切除蝸輪毛坯上的材料，草繪截面如圖2-13。第四步，蝸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于蝸輪齒頂圓直徑為392mm，所以采用腹板式的結(jié)構(gòu)。用旋轉(zhuǎn)去除界面來(lái)命令完成，草繪界面如圖2-14、2-15。圖2-14圖2-153、蝸輪軸建模軸的建模不過(guò)多介紹，簡(jiǎn)單的用旋轉(zhuǎn)拉伸命令即可，設(shè)計(jì)成品如

10、圖2-16。圖2-164、軸承建模軸承為角接觸球軸承7312c。建模思路：先創(chuàng)建軸承內(nèi)外圈，再創(chuàng)建中間的滾動(dòng)體，陣列滾動(dòng)體。第一步，創(chuàng)建軸承內(nèi)外圈：用旋轉(zhuǎn)命令做，草繪截面如圖2-17圖2-17第二步，用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建滾動(dòng)體，草繪如圖2-18，并陣列。圖2-185、下箱體建模此設(shè)計(jì)由于蝸桿轉(zhuǎn)速不太高，考慮潤(rùn)滑是否方便，所以蝸桿下置。由說(shuō)明已經(jīng)給出部分尺寸，建模思路：先建中間箱體，再建下部箱座結(jié)構(gòu)，接著創(chuàng)建軸承座，最后再創(chuàng)建肋板、倒角。倒圓等結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)成品：如圖2-19圖2-19第一步，根據(jù)蝸輪、蝸桿、軸承座的尺寸等，先建中間箱體，如圖2-20圖2-20第二步，創(chuàng)建箱座結(jié)構(gòu)等局部結(jié)構(gòu)，如圖2-21圖

11、2-21第三步，創(chuàng)建蝸桿軸承座等局部結(jié)構(gòu)，如圖2-22圖2-23第四步，創(chuàng)建蝸輪軸承座等局部結(jié)構(gòu)，如圖2-24圖2-24第五步，創(chuàng)建螺栓孔、倒角、倒圓等結(jié)構(gòu)，如圖2-25圖2-256、上箱體建模上箱體的建模過(guò)程與下箱體類似，這里就不再敘述，設(shè)計(jì)成品：如圖2-26如圖2-26第三章 proe/e裝配裝配思路：在進(jìn)行裝配的時(shí)候，注意幾個(gè)問題：1.一定要根據(jù)你裝配的三維圖形，適當(dāng)把握其先后順序，正確的裝配順序會(huì)減少許多操作2.根據(jù)零件之間的關(guān)系，選擇合適的連接方式。首先要知道用pro/e進(jìn)行裝配時(shí)，裝配的第一個(gè)件通常是不動(dòng)的。先將蝸輪與蝸輪軸裝配，然后再建立一個(gè)裝配，裝配順序是：下箱體蝸桿軸承座處的

12、軸承裝配蝸桿裝配蝸輪軸承座處的軸承裝配蝸輪組建的裝配上箱體裝配裝配成品：如圖3-1圖3-1具體步驟如下：第一步，蝸輪與蝸輪軸的裝配：兩個(gè)件相互配合，應(yīng)該固定在一起，先缺省放置蝸輪軸，然后再裝蝸輪，如圖3-2所示裝配。圖3-2第二步，再新建一個(gè)裝配圖，先缺省放置下箱體，再剛性裝配蝸桿軸承處的軸承，注意兩個(gè)軸承之間的距離，不好安裝配軸，可以將下箱體切除一塊。如圖3-3圖3-3第二步，因?yàn)槲仐U要做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，所以用銷釘連接進(jìn)行定義，其中裝動(dòng)角度可以不設(shè)置，如圖3-4。圖3-4第三步，剛性裝配蝸輪軸承座處的軸承，接著另一端也是，因?yàn)槲佪喗M件要做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，所以用銷釘連接進(jìn)行定義，其中裝動(dòng)角度可以不設(shè)置，如

13、圖3-5。圖3-5第四步，最后剛性裝配上箱體，如圖3-6，至此裝配過(guò)程完成。圖3-6第四章 adams分析本文運(yùn)用三維軟件pro/e建立了蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)體簡(jiǎn)化模型，運(yùn)用a d a m s 仿真分析軟件對(duì)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,通過(guò)輸入初始運(yùn)動(dòng)條件，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)進(jìn)行分析 繪出蝸輪蝸桿的受力及轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。1、模型導(dǎo)入設(shè)置鑒于整體模型比較復(fù)雜 ，根據(jù)仿真的需要，將蝸桿減速器的上箱體、下箱體、軸承等固定構(gòu)件簡(jiǎn)化為大地模型，簡(jiǎn)化后的蝸桿傳動(dòng)模型只包括蝸桿、蝸輪。為了在 a d a m s 中建立蝸桿傳動(dòng)剛體模型，本文采用模型 以 parasoli d 格式 導(dǎo) 出 ，導(dǎo) 入到 a d a m

14、 s 軟件中文中用的方法是將cad圖形保存為x-t、igs的格式來(lái)進(jìn)行操作的。本文cad圖形導(dǎo)入是導(dǎo)入的裝配體。cad圖形導(dǎo)入adams之前要做以下設(shè)置：（1）設(shè)置單位：adams的單位“毫米千克秒”，proe默認(rèn)單位“毫米牛頓秒”，導(dǎo)入之前應(yīng)該將單位改過(guò)來(lái)。具體設(shè)置是在裝配圖（你要導(dǎo)入adams的那個(gè)圖）中的“編輯”“設(shè)置”中將單位改為“毫米千克秒”，再?gòu)牟藛巍皯?yīng)用程序”切換到“mechancia”,就會(huì)出現(xiàn)單位不統(tǒng)一的提示窗口,點(diǎn)轉(zhuǎn)換convert即可(如圖4-1)再次從菜單“應(yīng)用程序”切換回到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)環(huán)境 。圖4-1（2）保存裝配體：在proe里將裝配體保存副本，另存為格式為“x-t”。

15、圖形保存的畫面是proe保存時(shí)的最后畫面，建議保存之前要調(diào)整好圖形的視角，自己認(rèn)為合適即可。（3）導(dǎo)入adams中：在adams里把剛才保存的x_t文件import。文件類型file type：parasolid,注意保存的路徑file to read不能有中文名稱。模型名稱model name:右擊選modelcreate。如圖4-2如圖4-2但是圖形導(dǎo)入之后，蝸桿圖形失真，螺紋無(wú)法顯示。如圖4-3如圖4-3如圖4-4既然x-t格式導(dǎo)入蝸桿圖形失真，再使用igs格式導(dǎo)入adams中，我覺得導(dǎo)入的實(shí)際效果不是太好（igs格式導(dǎo)入如圖4-4）雖然圖形沒有失真，但是運(yùn)行起來(lái)太慢，單單是修改圖形外觀

16、這一個(gè)步驟，就要運(yùn)行很長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)間，所以就自己掌握的現(xiàn)有知識(shí)來(lái)說(shuō)，不建議使用igs格式。最后我決定簡(jiǎn)化蝸桿中的螺紋特征。這雖然改變了其實(shí)際尺寸，但是不影響分析。將整理之后的裝配圖導(dǎo)入adams中如圖4-5。如圖4-5（4）修改構(gòu)建質(zhì)量：右鍵單擊構(gòu)件，之后彈出如圖4-6所示菜單進(jìn)行操作。將蝸桿材料類型設(shè)置為鐵，蝸輪設(shè)置為銅。如果導(dǎo)入的件多的話，建議這樣操作：左手ctrl+e （彈出editmodify命令）在彈出的對(duì)話框中選擇修改的構(gòu)件，之后再修改材料的質(zhì)量屬性，在define mass by 中選擇name and position 修改構(gòu)建名字，關(guān)閉之后建議再單擊構(gòu)件修改構(gòu)建外觀顏色。如圖4-

17、6（5）修改構(gòu)件外觀：右鍵單擊構(gòu)件，之后彈出如圖4-7所示菜單進(jìn)行操作。如圖4-72.adams分析前處理（1）設(shè)置工作環(huán)境 設(shè)置工作網(wǎng)格：修改大小size：x為 400mm y為500mm。設(shè)置單位：修改單位為mmks。設(shè)置重力：把方向設(shè)置為z軸負(fù)方向。（2）.建立約束要在渦輪蝸桿之間建立齒輪福，已知要建立齒輪副需要兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)marker。在建立約束之前用布爾操作和命令將蝸輪與蝸輪軸變成一個(gè)整體，之后再建立約束。先將蝸桿與地面之間建立旋轉(zhuǎn)副，再將蝸輪與蝸桿軸整體與地面建立旋轉(zhuǎn)副。接著建立齒輪連接的marker，坐標(biāo)為（0.0, -8.0, 0.0）。齒輪福建立如圖4-8如圖4-8齒輪副

18、的建立還許設(shè)置marker的方向來(lái)確定蝸桿的導(dǎo)程角，螺紋導(dǎo)程角是21.8。按其旋轉(zhuǎn)方式，確定orientation為270，68.2，180。如圖4-9如圖4-9（3）添加力在蝸輪所在的轉(zhuǎn)動(dòng)副上添加反向力矩，大小為653n。（4）添加驅(qū)動(dòng)將電動(dòng)機(jī)加在蝸桿所在的旋轉(zhuǎn)副上，蝸桿轉(zhuǎn)速n為=5820d*time（5）仿真設(shè)置時(shí)間5s，步長(zhǎng)為2003.仿真結(jié)果仿真結(jié)束后進(jìn)入postprocessor后處理模塊查看所需的結(jié)果曲線 。(1)蝸輪蝸桿軸轉(zhuǎn)速分析 ，如圖4-10。圖4-10（2）蝸桿軸受力分析，如圖4-11。圖4-11（3）蝸輪軸受力分析，如圖4-12.圖4-12（4）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩，如圖4-1

19、3.圖4-13結(jié)論:本節(jié)通過(guò)運(yùn)用三維軟件pro/e建立了蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)體簡(jiǎn)化模型，在 a d a m s 仿真分析軟件中對(duì)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，通過(guò)輸入主動(dòng)件初始運(yùn)動(dòng)條件 ，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)進(jìn)行分析，繪出蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)速圖、蝸輪蝸桿受力圖、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩圖。這就省略了理論分析方法一步步繁瑣的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)及求導(dǎo)過(guò)程，并且分析結(jié)果為可視化的圖表 ，直觀且清晰。通過(guò)將模擬值與實(shí)測(cè)值的比較，證明了這一計(jì)算方法的正確性與可行性。第五章 ansys分析1、pro/e模型導(dǎo)入ansys進(jìn)行有限元分析的過(guò)程ansys在默認(rèn)的情況下是不能將pro/e中的“.prt”文件直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，必須通過(guò)相應(yīng)的配置設(shè)置來(lái)激活該數(shù)據(jù)連接接口使其正常工作。此設(shè)計(jì)是用ansys10.0與proe4.0接口做的。(1) 將pro/e模型復(fù)制到ansys的工作目錄中，啟動(dòng)