1、直齒減速器的三維設計與虛擬仿真【摘 要】 本文針對減速器的設計來探討機械結構設計中所涉及的細致問題, 并通過 Solidworks 繪制減速器的過程中所遇到的問題,探討了軟件三維設計與 虛擬仿真對當今機械設計發展中的作用。 介紹了減速器的零件繪制原理與裝配及 其爆炸視圖的方法。以直齒輪為例的基于 SolidWorks 的減速器模擬仿真設計, 詳細介紹了運用 SolidWorks 軟件進行減速器的三維實體建模過程,實現減速器 設計的虛擬仿真。關鍵詞:減速器, Soildworks ,三維實體建模,裝配和模擬仿真Abstract: In this paper, the design of gear

2、 to explore the mechanical design of the detailed issues involved, and by Solidworks reducer in the process of drawing problems, discusses the three-dimensional design and virtual simulation software, today's mechanical design development role. Drawing parts reducer introduced the principle and

3、method of assembly and the exploded view. Case Study of a straight gear reducer based SolidWorks Simulation design, detailing the use of SolidWorks software for three-dimensional solid modeling process reducer, Reducer design to achieve a virtual simulation.Key words: reducer, Solidworks, three-dime

4、nsional solid modeling, assembly and simulation目 錄1. 減速器的概述 . 41.1減速器的概念 . . 4 1.2減速器的主要型式及其特性 . 42. 虛擬仿真技術 . 62.1虛擬仿真技術簡介 . 6 2.2虛擬仿真技術在機械設計中的應用 . 6 2.2.1虛擬產品設計(Virtual Product Design . 6 2.2.2虛擬裝配設計(Virtual Assembly Design . 7 2.2.3、虛擬仿真設計在新產品開發中應用前景 . 73. 減速器的結構設計 . 93.1減速器原始數據及傳動裝置總體設計 . 9 3.1.1

5、設計要求及原始數據 . . 9 3.1.2確定傳動方案 . . 9 3.1.3選擇電動機 . . 10 3.1.4傳動裝置總傳動比的確定及各級傳動比的分配 . 11 3.1.5裝置運動和動力參數的計算 . 12 3.2傳動零件的設計計算及聯軸器的選擇 . 13 3.2.1減速器外傳動零件的設計 . 13 3.2.2減速器內傳動零件的設計要點 . 14 3.2.3聯軸器的選擇 . . 14 3.3減速器的構造 . . 15 3.3.1軸系部件 . . 15 3.3.2箱體 . . 15 3.3.3附件 . . 154. 基于 SOLIDWORKS 的減速器三維設計與動態仿真 . 164.1仿真平

6、臺及功能架構 . 16 4.2減速器零件的三維實體建模 . 17 4.2.1 齒輪的三維實體建模的過程 . 18 4.2.2從動軸的三維實體建模過程 . 22 4.2.3齒輪軸的三維實體建模過程 . 26 4.3減速器的裝配過程 . 29 4.4減速器工作原理動態仿真 . 33結束語 . . 36謝 辭 . 37文 獻 . 381. 減速器的概述減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、 蝸桿傳動或齒輪蝸桿傳動 所組成的獨立部件, 常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置; 在少數場 合下也用作增速的傳動裝置,這時就稱為增速器。減速器由于結構緊湊、 效率較 高、傳遞運動準確可靠、使用維護簡單

7、,并可成批生產,故在現代機械中應用很 廣。減速器類型很多,按傳動級數主要分為:單級、二級、多級;按傳動件類型 又可分為:齒輪、蝸桿、齒輪 -蝸桿、蝸桿 -齒輪等。 減速器系統框圖以下對幾種減速器進行對比: 1圓柱齒輪減速器當傳動比在 8以下時,可采用單級圓柱齒輪減速器。大于 8時, 最好選用二 級 (i=8 40 和二級以上 (i>40的減速器。單級減速器的傳動比如果過大,則其外 廓尺寸將很大。 二級和二級以上圓柱齒輪減速器的傳動布置形式有展開式、 分流 式和同軸式等數種。展開式最簡單, 但由于齒輪兩側的軸承不是對稱布置, 因而 將使載荷沿齒寬分布不均勻,且使兩邊的軸承受力不等。為此,

8、在設計這種減速 器時應注意:1 軸的剛度宜取大些; 2 轉矩應從離齒輪遠的軸端輸入,以減輕載 荷沿齒寬分布的不均勻; 3 采用斜齒輪布置,而且受載大的低速級又正好位于兩 軸承中間, 所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。 這種減速器的高速級齒輪 常采用斜齒,一側為左旋,另一側為右旋,軸向力能互相抵消。為了使左右兩對 斜齒輪能自動調整以便傳遞相等的載荷, 其中較輕的齠輪軸在軸向應能作小量游 動。同軸式減速器輸入軸和輸出軸位于同一軸線上,故箱體長度較短。 但這種減 速器的軸向尺寸較大。圓柱齒輪減速器在所有減速器中應用最廣。它傳遞功率的范圍可從很小至 40 000kW ,圓周速度也可從很低至 60m

9、/s一 70m /s ,甚至高達 150m /s 。傳動 功率很大的減速器最好采用雙驅動式或中心驅動式。 這兩種布置方式可由兩對齒 輪副分擔載荷, 有利于改善受力狀況和降低傳動尺寸。 設計雙驅動式或中心驅動 式齒輪傳動時,應設法采取自動平衡裝置使各對齒輪副的載荷能得到均勻分配,例如采用滑動軸承和彈性支承。圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩大類。 除齒形不同外, 減速器結 構基本相同。 傳動功率和傳動比相同時, 圓弧齒輪減速器在長度方向的尺寸要比 漸開線齒輪減速器約 30%。2圓錐齒輪減速器它用于輸入軸和輸出軸位置布置成相交的場合。 二級和二級以上的圓錐齒輪 減速器常由圓錐齒輪傳動和圓柱齒輪

10、傳動組成, 所以有時又稱圓錐圓柱齒輪減 速器。 因為圓錐齒輪常常是懸臂裝在軸端的, 為了使它受力小些, 常將圓錐面崧, 作為,高速極:山手面錐齒輪的精加工比較困難,允許圓周速度又較低,因此圓 錐齒輪減速器的應用不如圓柱齒輪減速器廣。3蝸桿減速器主要用于傳動比較大 (j>10的場合。 通常說蝸桿傳動結構緊湊、 輪廓尺寸小, 這只是對傳減速器的傳動比較大的蝸桿減速器才是正確的,當傳動比并不很大 時,此優點并不顯著。由于效率較低,蝸桿減速器不宜用在大功率傳動的場合。 蝸桿減速器主要有蝸桿在上和蝸桿在下兩種不同形式。蝸桿圓周速度小于 4m/s時最好采用蝸桿在下式,這時,在嚙合處能得到良好的潤滑和

11、冷卻條件。 但蝸桿圓周速度大于 4m/s時,為避免攪油太甚、發熱過多,最好采用蝸桿在上 式。4齒輪 -蝸桿減速器它有齒輪傳動在高速級和蝸桿傳動在高速級兩種布置形式。前者結構較緊 湊,后者效率較高。通過比較,我們選定圓柱齒輪減速器。2. 虛擬仿真技術虛擬技術(Virtual Reality,以下略 VR ,就是由計算機直接把視覺、聽 覺、觸覺等多種合成信息提示給人的感覺器官,在人的周圍生成一個虛擬環境, 從而把人、 現實世界以及虛擬環境結合起來, 融為一體, 實現信息的交流和反饋。 人可以在虛擬環境中以最自然的形態實時地進行操作和行動, 猶如在自身所處現 實環境中同樣的感受。隨著科學的發展與信息

12、技術的應用, 虛擬仿真設計技術已經開始使用于企業 的生產與制造之中, 使虛擬仿真設計得到有效地提升, 加強了設計人員對虛擬仿 真設計技術的應用,特別是在企業進行新產品開發的設計與制造階段更受重視。 2.2.1虛擬產品設計(Virtual Product DesignCAD 技術為企業在新產品開發過程中提供了有力的支持,但目前在虛擬產品 設計中多使用軟件組合來完成產品設計過程。如復雜曲面的產品造型,多采用 Rhino 、 UG 、 Pro/Engineer等軟件的組合使用來完成虛擬產品設計模型,其實質 并沒有把設計人員從二維鼠標與鍵盤上解放出來, 設計人員也并沒有真正參與到 虛擬產品設計中來,在

13、某種角度上限制了設計人員的積極性與創造性的發揮。 隨著虛擬現實(Virtual Reality技術與多媒體技術的發展,虛擬現實技 術與多媒體技術有機結合在新產品開發過程中的使用, 以及科技人員在不斷提高 的計算機操作的人機界面綜合技術, 改善了虛擬產品設計中人與計算機的交互方 式。目前,所采用的將虛擬現實技術引入 CAD 環境, 這將便于模擬新產品開發中 產品的某些性能,又便于設計人員對產品的修改。技術條件好的公司, 在進行虛 擬產品設計時, 設計人員可以先利用現有的 CAD 系統建模, 再轉換到 VR 環境中, 讓設計人員或準客戶來感知產品。設計人員也可以利用 VR-CAD 系統,直接在虛

14、擬環境中進行設計與修改。 例如在對汽車的設計時, 設計人員在具有全交互性的 設計環境中,利用頭盔顯示器、具有觸覺反饋功能的數據手 套、操縱桿、三 維位置跟蹤器等裝置,將視覺、聽覺、觸覺與虛擬概念產品模型相連,不僅可以 進行虛擬的合作, 產生一種身臨其境的感覺, 而且還可以實時地對整個虛擬產品 (Virtual Product設計過程進行檢查、評估,實地解決設計中的決策問題, 使設計思想得到綜合。 在交互性的虛擬環境快速成型設備上, 設計人員對虛擬產 品設計模型的直接設計,提高了設計人員積極性與創造性的發揮。62.2.2虛擬裝配設計(Virtual Assembly Design虛擬裝配設計(V

15、irtual Assembly Design是虛擬設計在新產品開發方面 具有較大影響力的一個領域。虛擬裝配(Virtual Assembly 采用計算機仿真與 虛擬現實技術,通過仿真模型在計算機上進行仿真裝配,實現產品的工藝規劃、 加工制造、裝配和調試,它是實際裝配的過程在計算機上的本質體現。目前,就 其技術而言,已經成熟, 雖尚沒有商用虛擬裝配系統, 也尚未充分地應用于新產 品開發的分析和評價, 但這項技術在新產品開發中已得到肯定, 并具有很重要的 意義。過去傳統的產品開發, 常需要花費大量的時間、人力、物力來制作實物模型 進行各種裝配實驗研究, 力求在產品的可行性、 實用性和產品性能等方面

16、進行各 種測試分析。 現代設計要求設計人員在虛擬產品開發早期就應考慮裝配問題, 在 進行虛擬裝配的同時創建產品、分析裝配精度,及時優化設計方案。虛擬裝配的第一步是在 CAD 系統創建虛擬產品模型, 然后進入并利用虛擬 裝配設計環境(Virtual Assembly Design Environment系統,產品開發人員 在 VADE 系統中開展工作,借助虛擬裝配設計環境系統,設計人員可以在虛擬環 境中使用各種裝配工具對設計的機構進行裝配檢驗, 幫助設計人員及時發現設計 中的裝配缺陷, 全面掌握在虛擬制造中的裝配過程, 盡可能早地發現在新產品開 發過程中的設計、 生產和裝配工藝等問題。 利用這個

17、虛擬環境, 評價產品的公差、 選擇零部件的裝配順序、確定裝拆工藝,可將結果進行可視化處理。實驗表明,虛擬裝配設計的完善將有效縮短新產品開發的周期,減輕設計返 工的負擔, 加快了引入高級設計方法和技術的速度, 提高新產品開發的質量與可 靠性,同時也降低新產品開發的成本。隨著多媒體技術軟硬件飛速發展, 特別是虛擬現實技術與多媒體技術有機結 合, 加快了設計人員從鍵盤和鼠標上解脫下來的速度, 使虛擬設計技術在新產品 開發應用方面也得到提升。 雖然目前僅是起步階段, 在通過多種傳感器與多維的 信息環境進行自然的交互方面,及實現全方位的認識方面還有待于進一步提高, 但在新產品開發設計應用方面具有很大的潛

18、力, 而且應用前景廣闊。 應該深入開 發研究, 使虛擬設計技術更好地幫助設計人員在新產品開發中提升設計創新思維 能力與產品設計水平。2.2.3、虛擬仿真設計在新產品開發中應用前景隨著多媒體技術軟硬件飛速發展, 特別是虛擬現實技術與多媒體技術有機結 合, 加快了設計人員從鍵盤和鼠標上解脫下來的速度, 使虛擬設計技術在新產品 開發應用方面也得到提升。 雖然目前僅是起步階段, 在通過多種傳感器與多維的7信息環境進行自然的交互方面,及實現全方位的認識方面還有待于進一步提高, 但在新產品開發設計應用方面具有很大的潛力, 而且應用前景廣闊。 應該深入開 發研究, 使虛擬設計技術更好地幫助設計人員在新產品開

19、發中提升設計創新思維 能力與產品設計水平。虛擬設計技術與新產品的開發都是建立在科學技術進步的基礎之上, 都需要 科學技術的支持。 新產品開發以科學技術理論為基礎, 然而在新產品開發中的虛 擬產品設計等問題上, 虛擬現實技術又為設計人員提供了有藝術創造性思維的空 間, 擴展了設計人員的藝術設計思維, 使設計人員能夠從理論認識到感性認識對 產品進行設計、分析和評價。 使設計人員在精神世界的存在中獲得心靈自由, 讓 設計更趨人性化、藝術化。 虛擬設計在新產品開發中的應用, 使科學的思維方式 和藝術的思維方式悄悄地相互侵入和占有著。 科學的發明和創造溶入了藝術的想 象和品格, 藝術的創造和對產品形態美

20、的探索又滲入科學的理論和品質, 虛擬設 計在新產品開發中的應用是科學與藝術的融合。893. 減速器的結構設計減速器是在原動件 (一般為電動機 和工作機之間的獨立傳動部件,作為整 部機器中的一個部件, 往往需要從整體考慮采用何種形式才合理, 因此, 在進行 減速器結構設計之前不僅需進行傳動裝置總體設計, 還要進行傳動零件設計計算 等項工作,為結構設計提供條件。原始數據是減速器結構設計的前提, 而傳動裝置總體設計的目的是確定傳動 方案、選定電動機型號、合理分配傳動比、計算傳動裝置的運動及動力參數,以 按照原始數據要求達到設計結果。主要完成由輸送帶運送機器零、部件的工作。該機室內工作,單向運轉,工

21、作有輕微振動,兩班制。要求使用期限十年,大修期三年。輸送帶速度允許誤差 5 %。在中小型機械廠小批量生產。輸送帶工作拉力 F = 6500 N ,輸送帶速度 v = 0.9 m/,卷筒直徑 D = 400 mm 。 帶式輸送機工作裝置如下圖所示:3.1.2確定傳動方案 傳動裝置總體設計的目的是確定傳動方案、 選定電機型號、 合理分配傳動比 以及計算傳動裝置的運動和動力參數,為計算各級傳動件準備條件。合理的傳動方案應首先滿足機器的功能要求, 如所傳遞功率的大小, 轉速和 運動形式。此外還要滿足工作可靠、傳動效率高、結構簡單、尺寸緊湊、工藝性 好、使用維護方便等要求。 要同時滿足這些要求是比較困難

22、的, 因此在設計過程 中,往往需要擬定多種傳動方案,通過分析比較,擇優選取。帶式運輸機主要有四種傳動方案:帶圓柱齒輪傳動、二級圓柱齒輪傳動、單級蝸桿傳動、錐圓 柱齒輪傳動。合理的選擇電動機是正確使用的先決條件。選擇恰當,電動機就能安全、經 濟、可靠地運行;選擇得不合適,輕者造成浪費,重者燒毀電動機。選擇電動機 的內容包括很多,例如電壓、頻率、功率、轉速、啟動轉矩、防護形式、結構形 式等,但是結合農村具體情況,需要選擇的通常只是功率、轉速、防護形式等幾 項比較重要的內容,因此在這里介紹一下電動機的選擇方法及使用。電動機選擇步驟電動機的選擇一般遵循以下三個步驟:一 . 型號的選擇電動機的型號很多,

23、 通常選用異步電動機。 從類型上可分為鼠籠式與繞線式 異步電動機兩種。常用鼠籠式的有 J 、 J2、 JO 、 JO2、 JO3系列的小型異步電動機 和 JS 、 JSQ 系列中型異步電動機。繞線式的有 JR 、 JR O2系列小型繞線式異步電 動機和 JRQ 系列中型繞線式異步電動機。從電動機的防護形式上又可分為以下幾種:1.防護式。這種電動機的外殼有通風孔,能防止水滴、鐵屑等物從上面或 垂直方向成 45º以內掉進電動機內部, 但是灰塵潮氣還是能侵入電動機內部, 它 的通風性能比較好, 價格也比較便宜, 在干燥、 灰塵不多的地方可以采用。 “J” 系列電動機就屬于這種防護形式。2.

24、封閉式。這種電動機的轉子,定子繞組等都裝在一個封閉的機殼內,能 防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動機內部, 但它的密封不很嚴密, 所以還不能 在水中工作, “JO”系列電動機屬于這種防護形式。在農村塵土飛揚、 水花四濺 的地方(如農副業加工機械和水泵廣泛地使用這種電動機。3.密封式。這種電動機的整個機體都嚴密的密封起來,可以浸沒在水里工 作,農村的電動潛水泵就需要這種電動機。實際上,農村用來帶動水泵、機磨、脫粒機、扎花機和粉碎機等農業機械的 小型電動機大多選用 JO 、 JO2系列電動機。在特殊場合可選用一些特殊用途的電動機。 如 JBS 系列小型三相防爆異步電 動機, JQS 系列井用潛水泵三

25、相異步電動機以及 DM2系列深井泵用三相異步電動 機。二 . 功率的選擇一般機械都注明應配套使用的電動機功率, 更換或配套時十分方便, 有的農 業機械注明本機的機械功率, 可把電動機功率選得比它大 10%即可 (指直接傳動 。10一些自制簡易農機具, 我們可以憑經驗粗選一臺電動機進行試驗, 用測得的電功 率來選擇電動機功率。電動機的功率不能選擇過小, 否則難于啟動或者勉強啟動, 使運轉電流超過 電動機的額定電流,導致電動機過熱以致燒損。電動機的功率也不能選擇太大, 否則不但浪費投資,而且電動機在低負荷下運行,其功率和功率因數都不高, 造 成功率浪費。選擇電動機功率時, 還要兼顧變壓器容量的大小

26、,一般來說,直接啟動的最大一臺鼠籠式電動機,功率不宜超過變壓器容量的 1/3。三 . 轉速的選擇選擇電動機的轉速, 應盡量與工作機械需要的轉速相同,采用直接傳動,這 樣既可以避免傳動損失, 又可以節省占地面積。 若一時難以買到合適轉速的電動 機,可用皮帶傳動進行變速,但其傳動比不宜大于 3。異步電動機旋轉磁場的轉速(同步轉速有 3000r/min、 1500r/min、 1000r/min、 750r/min等。異步電動機的轉速一般要低 2%5%, 在功率相同的情 況下,電動機轉速越低體積越大,價格也越高,而且功率因數與效率較低;高轉 速電動機也有它的缺點, 它的啟動轉矩較小而啟動電流大, 拖

27、動低轉速的農業機 械時傳動不方便, 同時轉速高的電動機軸承容易磨損。 所以在農業生產上一般選 用 1500r/min的電動機,它的轉速也比較高,但它的適應性較強, 功率因數也比 較高。 11(2 應注意使各級傳動尺寸協調, 結構勻稱合理, 避免各零件發生干涉及安裝 不便。(3 應使傳動裝置的外廓尺寸盡可能緊湊。應該注意, 以上傳動比的分配只是初步的,待各級傳動比的參數(如齒輪 與鏈輪的齒數;帶輪直徑等確定后,還應核算傳動裝置的實際傳動比。一般允 許總傳動比的實際值與設計要求的規定值有±3%±5%的誤差。還應指出, 合理分配傳動比是設計傳動裝置應考慮的重要問題, 但為了獲得更

28、為 合理的機構, 有時單從傳動比分配這一點出發還不能得到完善的結果, 此時還應 采取調整其他參數(齒寬系數等 或改變齒輪材料等辦法, 以滿足預定的設計要 求。為進行傳動零件的設計計算, 應計算傳動裝置的運動和動力參數, 即各軸的 轉速、功率和轉矩。設 n 1、 n 2和 n w 分別為 軸、 軸和工作軸的轉速; p 1、 p 2和 p w 分別為 、 和工作軸的功率; T 1、 T 2和 T W 分別為 軸、 軸和工作軸的輸入轉矩, i 01、 i 12和 i 2w 分別為電動機軸到 軸、 軸到 軸、 軸到工作軸之間的傳動比; 0112、 23分別為電動機軸到 軸 軸至 軸 軸至工作軸之間的傳

29、動效率。 1213 內傳動零件主要有圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動蝸桿傳動。在減速器外傳動零件設計完成后,各傳動件的傳動比可能有所變化,因而 引起傳動裝置的運動及動力參數的變動, 這是應先對其參數做相應的修改, 再對 減速器內傳動零件進行設計計算,設計中應注意以下幾點:(1 選擇齒輪材料和熱處理方法時, 要考慮到毛配的制造方法 . 當輪齒的頂圓直 徑 da 500mm 時,一般選用鍛造毛配,當 da >500mm 時,由于受鍛造設備能力 的限制, 多采用鑄造毛配。 同一減速器內各級大小齒輪的材料應盡可能一致, 以 減少材料牌號和簡化工藝要求。(2齒輪傳動的幾何參數和尺寸應分別進行標準化圓整或計算

30、其精確值。如模 數必須取標準值; 中心距和齒寬應圓整; 分度圓齒、 頂圓和齒根圓直徑、 螺旋角、 變位系數等嚙合幾何尺寸必須計算精確值。一般長度尺寸(以 mm 為單位應精 確到小數點后 23位,角度應精確到秒(" 。為了便于制造和測量,中心距應 盡量圓整成為偶數、 0或 5結尾的數值。對于直齒圓柱齒輪傳動,可以通過調整 模數 m 和齒數 z ,或采用角度變位來達到;對于斜齒圓柱齒輪傳動,還可以通過 調整螺旋角 來實現中心距圓整的要求。齒輪的結構尺寸(如輪轂、 輪輻及輪緣 尺寸如按經驗公式計算,應進行圓整。(3考慮到裝配后兩嚙合的齒輪可能產生的軸向位置誤差,為了便于裝配及保 證全齒寬接

31、觸,常取小齒輪齒寬 b1=b2+(510 mm , b2為大齒輪齒寬。齒寬應 取圓整值。由于本次設計主要的內傳動零件是圓柱齒輪傳動, 錐齒輪傳動和蝸桿傳動將 不再詳述。減速器常通過聯軸器與電動機軸工作機軸相連接。 聯軸器的選擇包括聯軸器 類型和尺寸(型號等的合理選擇。聯軸器的類型應根據工作要求選定。 連接電動機軸與減速器高速軸 (輸入軸 的聯軸器,由于軸的轉速較高, 一般應選用具有緩沖吸振作用的彈性聯軸器。 連 接減速器低速軸(輸出軸與工作機軸的聯軸器,由于軸的轉速較低,傳遞的轉 矩較大, 又因為減速器軸與工作機軸之間往往有較大的軸線偏移, 因此常選用具 有較大補償兩軸線偏移作用的聯軸器,如齒

32、式聯軸器。對于中小型減速器, 其輸 出軸與工作機軸的軸線偏移量不大時, 也可選用彈性套柱銷聯軸器這類彈性聯軸 器。14減速器的結構因類型用途不同而異,但無論采用何種類型的減速器,其基 本結構都是由軸系部件箱體及附件三大部分組成。軸系部件包括傳動零件軸和軸承組合。 軸系部件的主要功能是實現回轉零件 要求的回轉運動,保證各零件有確定的軸向位置。減速器箱外傳動零件有鏈輪帶輪等;箱內零件有圓柱齒輪錐齒輪蝸桿渦輪 等。傳動零件決定減速器的技術特性,通常根據傳動零件的種類命名減速器。 減速器多采用階梯軸,傳動部件與軸多以平鍵連接。軸承組合包括軸承軸承蓋密封裝置以及調整墊片等。減速器的支撐零件是箱體, 箱體

33、的結構對減速器的工作性能, 加工工藝材料 消耗,質量及成本等有很大影響,設計時必須全面考慮。箱體按制造方式的不同可分為鑄造箱體和焊接箱體。箱體按類型結構形式不同剖分式和整體式。為了減速器的正常工作, 減速器的箱體上通常設置一些附加裝置, 以便于減速器 的注油排油通氣吊運檢查油面高度檢查傳動部件嚙合情況, 保證加工精度和裝拆 方便等。其附件主要有窺視孔和窺視孔蓋、通氣器、油面指示器、定位銷、起蓋 螺母、起吊裝置、放油孔和油塞、油杯。154. 基于 Solidworks 的減速器三維設計與動態仿真目前計算機輔助設計領域常用的三維設計軟件很多,比如 UG 、 ProE 、 Mastercam 、 S

34、olidWorks 等。從各軟件的性價比和本文所述減速器的設計工作需 要, SolidWorks 當屬首選。以下對該軟件作一相關介紹:SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD軟件 ,自 1995年 問世以來 ,以其優異的三維設計功能 ,易學易用建模能力強操作簡便等一系列 的優點 , 極大地提高了設計效率 , 在與同類軟件的激烈競爭中已經確立了它的市 場地位 , 已經成為三維機械設計軟件的標準。其主要功能有:Ø在操作界面方面, 提供了一整套完整的動態界面和鼠標拖動控制功能。 嶄新 的屬性管理員用來高效管理整個設計過程和步驟, 同時特征模板提供了良好

35、的操 作環境。Ø配置管理是 SolidWorks 軟件體系結構中非常獨特的一部分,它涉及零件的 設計、裝配體設計和二維工程圖等多個方面。Ø可以動態查看裝配體的所有運動。 并且可以對運動的零部件進行動態干涉檢 查和間隙檢測。Ø無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級 抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現產品的設計。Ø較優秀的、 全相關的鈑金設計功能。可以直接使用各種類型的法蘭、 薄等特 征,正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作。Ø提供幾乎所有 CAD 軟件的輸入及輸出格式轉換器。另外, Solidworks 軟件內部無縫

36、集成了兩大插件 Animator 和 eDrawings , 通 過這兩插件功能,可以將 Solidworks 建立的減速器裝配實體進行安裝過程拆卸 過程以及減速器工作原理進行動態仿真, 圖 4-1體現了本研究工作所采用的軟件 及功能應用。16 17圖 4-1仿真軟件選擇及其功能應用 4.2 減速器零件的三維實體建模Solidworks 軟件包含了各種用于創建零件特征和基準特征的命令。其中基 礎實體特征主要有拉伸凸臺基體、 旋轉凸臺基體等, 在基礎實體特征上可添加圓 角、倒角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓周陣列、鏡像等放置特征, 這些特征的創建對實體造型的完整性非常重要。 在處理復雜的

37、幾何形狀時還需要 其他高級特征選項, 包括掃描放樣凸臺基體及參考幾何體中基準軸基準面這些定 位特征等。通過以上特征造型技術在 Solid works中能設計出需要的實體特征。本減 速器零件實體模型主要包括箱體、箱蓋、齒輪、齒輪軸、軸承等。其主要零件實 體見圖 4-1。箱體 箱蓋18 齒輪齒輪軸圖 4-1 4.2.1 齒輪的三維實體建模的過程這里先給出直齒輪的各項參數:模數 m=3、齒數 z=81。通過這些參數,可以 計算出:分度圓直徑 =243mm、齒頂圓直徑 =249mm、齒根圓直徑 =235.5mm。直齒輪 建模的操作步驟如下: (1單擊標準工具欄中的“新建”工具,新建一個零件文件 。 (

38、2在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面” ,單擊 (草圖繪制工 具,進行草圖 1的繪制。單擊草圖工具欄中的 (圓工具,以草圖原點為圓心 分別繪制出齒頂圓、分度圓、齒根圓。選擇分度圓,單擊草圖工具欄中的 (構 造幾何線工具,使分度圓變為虛線實體。 (3 單擊 (中心線 工具, 過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。 單擊 (點工具,移動鼠標指針到分度圓與中心線相交的位置, 按下鼠標左鍵確定點 的位置。(4 保持點的選擇, 單擊草圖工具欄中的(圓周草圖陣列 工具, 在 “排 列”選項欄的“數量”文本框中輸入 324,單擊確定按鈕, 結束圓周陣列的操作。19圖 1 繪制樣條曲線圖 2 鏡像和剪裁實體(5

39、單擊草圖工具欄中的(樣條曲線工具,在點的引導下繪制如圖 1所示的曲線。 (6 按住 Ctrl 鍵, 選擇曲線與垂直中心線, 單擊草圖工具欄中的 (鏡 像實體工具,完成曲線的鏡像復制操作。接著,單擊 (剪裁實體工具,選 擇“剪裁到最近端”選項,剪裁齒頂圓,如圖 2所示。(7 單擊草圖工具欄中的 (分割實體工具,選擇齒根圓進行分割,如 圖 3 所示。單擊圖形區域右上角的 圖標完成草圖 1的繪制。(8單擊特征工具欄中的(拉伸凸臺 /基體工具,設置拉深深度為 60mm , 單擊“所選輪廓”選項框,并在圖形區域中選取齒根圓的輪廓,單擊確定按鈕完 成拉伸 1特征的繪制,如圖 4所示。 20圖 3 繪制齒輪

40、齒廓 圖 4 繪制拉伸 1特征(9 在圖形區域中選擇拉伸 1實體的上表面, 單擊標準視圖工具欄中的 (前 視工具,單擊草圖繪制工具,進行草圖 2的繪制。鼠標右鍵單擊特征管理器設 計樹中的“草圖 1” ,在快捷菜單中選擇“顯示”命令。選擇草圖 1的齒狀輪廓, 利用轉換實體引用工具和旋轉實體工具完成草圖 2的繪制,如圖 5所示。圖 5 繪制草圖 2(10利用 “放樣” 、 “倒角” 、 “陣列(圓周 ”等特征工具,完成輪齒的陣 列,如圖 6所示。圖 6 輪齒 (11在草圖繪制狀態下,繪制并確定輪輻的尺寸。利用“旋轉 -切除”特 征工具,完 成輪輻的繪制。如圖 7、 8所示。 圖 7旋轉切除 圖 8

41、 輪輻 圖 9 拉伸切除(12在草圖繪制狀完成輪轂的繪制。如圖 9所示態下繪制輪轂形狀并確 定尺寸,利用“拉伸切除”工具。(13 在草圖繪制狀態下繪制輪轂分布孔及定位, 利用 “簡單直孔” 及 “圓 周陣列”等工具完成直齒輪三維實體模型的繪制。如圖 10所示。(14單擊標準工具欄中的“保存” 工具, 文件取名為 “直齒輪 .sldprt ” 。圖 10 直齒輪三維實體模型分操作步驟如下:(1單擊標準工具欄中的“新建”工具,新建一個零件文件 。(2 在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面” ,單擊 (草圖繪制工具,進行草圖 1的繪制。單擊草圖工具欄中的 (圓工具,以草圖原點為圓心 繪制一個直徑為

42、55mm 的圓,使用(智能尺寸完全定義草圖。(3 單擊圖形區域右上角 結束草圖 1的繪制, 然后單擊特征工具欄的 (拉 伸凸臺 /基體工具,設置拉伸深度為 80mm, 單擊(確定按鈕完成拉伸 1特征 的繪制。(4選擇拉伸 1特征的端面,單擊 (草圖繪制工具,進行草圖 2的繪 制。單擊草圖工具欄中的 (圓工具,繪制直徑為 60mm 的圓,且圓心與草圖 原點有“重合”幾何關系,單擊右上角的 圖標結束草圖 2的繪制,然后使用特 征工具欄的(拉伸凸臺 /基體工具繪制出深度為 74mm 的軸體,即拉伸 2特征 如圖 11所示。 圖 11 拉伸 2的特征 圖 12拉伸(5 用同樣的方法繪制如圖所示的實體,

43、 拉伸 3特征為直徑 74mm, 高 13mm 的 圓柱體,而拉伸 4特征為直徑 60mm, 高 108mm 的圓柱體,如圖 12所示。(6單擊特征工具欄(倒角工具,選擇如圖所示的四條邊,選“角度距 離”單選鈕,設置距離為 2mm 角度 45度,單擊(確定完成特征的繪制。 圖 13 倒角(7 在特征管理器設計樹中選擇 “前視基準面” , 單擊 (草圖繪制 工具, 進行草圖 5的繪治。單擊 (中心線工具,過草圖原點繪制一條水平線;單擊 (矩形工具,繪制高為 1mm 寬為 2mm 的矩形,按住 Ctrl 鍵選擇四邊形的右 上端點以及拉伸 1實體點,在“添加幾何關系”中選擇“重合” ,如圖 14所示

44、。 圖 14 添加幾何關系 圖 15 旋轉切除(9單擊右上角的 圖標結束草圖 5的繪制,然后單擊特征工具欄(旋轉 切除工具,設置旋轉切除角度為 360度,單擊(確定按鈕完成特征的繪制, 如圖 15所示(10在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面” ,單擊參考幾何體工具欄 中的(基準面工具,繪制出一個與前視基準面等距為 40mm 的基準面 1 。(11保持基準面 1的選擇, (草圖繪制工具,進行草圖 6的繪制, 單擊 (中心線工具,過草圖原點繪制一條水平線,保持中心線的選擇,單擊 草圖工具欄中的 (動態鏡像實體 工具, 使中心線變為鏡像軸, 然后單擊 (直線 工具任意繪制出一段水平直線,此時鏡像軸

45、的另一端將出現與其相對應的直線 段。單擊(智能尺寸工具對兩直線段進行尺寸標注。給定距離為 16mm 。單擊 (動態鏡像實體 工具結束鏡像操作, 然后單擊草圖工具欄中的 (切線狐 工具, 以兩條直線的端點為起點繪制出兩個相對應的切線半圓。(12再次單擊(智能尺寸工具,對兩切線半圓進行尺寸設置,注意系統將圓弧距默認為兩圓心距離的尺寸。 單擊初始的默認尺寸, 系統將在尺寸上顯示 控制點,選擇其中的一個控制點,按住鼠標左鍵將其拖動到圓弧的最大端點處, 用同樣的方法完成另一個控制點的移動。雙擊尺寸數值,改變圓弧點的距離為 70mm 如圖 16所示,繼續尺寸的標注知道草圖完全定義。 圖 16 草圖的繪制(

46、13單擊右上角的 圖標結束草圖 6的繪制,然后單擊特征工具欄的(拉 伸切除工具,在“終止條件”選項框中選擇“到離指定面指定的距離” ,接著 在圖形區域的右上角單擊 圖標顯示特征管理設計樹,并在其中選擇“前視基 準面”為切除特征的指定面,設置切除距離為 21.5mm 。單擊(確定按鈕完成 特征的繪制,如圖 17所示。(14在征管理設計樹中選擇“基準面 1” ,并用步驟(11到步驟(13 的方法在其上繪制出另一個鍵槽,如圖 18所示并標注尺寸。 圖 17 特征的繪制 圖 18 基準面的繪制 圖 19 從動軸的三維實體模型(15單擊標準工具欄中的“保存”工具,文件取名為“從動軸 .sldprt ”

47、如圖 19所示。這里先給出直齒輪的各項參數:模數 m=3、齒數 z=18參數,可以計算出:分度圓直徑 =54mm、齒頂圓直徑 =60mm、齒根圓直徑 =46.5mm。直齒輪建模的操步 驟如下: 圖 20草圖 圖 21放樣特征 圖 22 圓周陣列 圖 23 拉伸特征 圖 24 旋轉切除草圖 圖 25 鍵槽的繪制 圖 26旋轉切除特征 圖 27拉伸特征圖 28齒輪軸的三維建模(1單擊新建工具選擇“裝配體”模板,單擊確定;(2單擊“插入零部件”屬性管理器中的“瀏覽”按鈕,在“打開”對話框中 選擇“底座”文件;(3 將鼠標指針放到圖形區域的任意處,單擊左鍵調出減速器底座,默認此特 征為固定;(4單擊裝配體工具欄的“插入零部件工具” ,選擇菜單欄中的“插入” -“零 部件” -