基于ProE的单级圆柱齿轮减速器设计与仿真

I广东石油化工学院课 程 设 计 说 明 书题目:基于 Pro/E 的单级圆柱齿轮减速器的设计与仿真班级：姓名：学号：指导老师：广 东 石 油 化 工 学 院II课 程 设 计 任 务 书摘要本 次 课 程 设 计 要 求 基 于 Pro/E 的 单 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 的 设 计 与 仿 真 主 要 用于 机 械 设 计 基 础 课 程 的 教 学 过 程 中 ， 使 学 生 能 够 直 观 的 看 到 减 速 器 的 外 观和 内 部 结 构 ， 并 能 观 察 传 动 过 程 。 对 于 机 械 设 计 基 础 课 程 的 教 学 资 源 库提 供 更 好 的 资 料 ， 能 够 更 好 的 实 现 项 目 化 教 学 改 革 。 要 求 学 生 根 据 所 给 定 的 参数 ， 完 成 所 有 零 件 的 尺 寸 设 计 和 结 构 设 计 。 用 Pro/e 完 成 三 维 建 模 ， 然 后 装配 成 减 速 器 整 体 ， 并 生 成 装 配 爆 炸 图 ， 最 后 还 要 完 成 运 动 仿 真 。本 次 课 程 设 计 具 体 按 排 ， 第 一 周 指 导 教 师 讲 解 设 计 题 目 、 设 计 思 路 和 说 明 书 格式 ； 学 生 查 阅 资 料 ， 根 据 条 件 计 算 单 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 的 各 技 术 参 数 和 主 要 零件 尺 寸 ； 用 Pro/E 对 减 速 器 零 件 进 行 三 维 建 模 ； 第 二 周 运 动 仿 真 ， 输 出 工 程 图 ；整 理 设 计 说 明 书 ， 再 进 行 答 辩 。关 键 词 ： 单 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 PRO/E 三 维 建 模 运 动 仿 真III目录摘要 .I第 1 章 引言（绪论）.1第 2 章 主要零件工程图与设计2.1 单级圆柱齿轮减速器结构分析.32.2 固定箱体底座的设计 .32.3 上箱体零件的造型设计 .52.4 减速器内部轴的设计 .62.5 齿轮的设计 .82.6 其他零件的设计 .11第 3 章 装配减速器3.1 分析减速器的模型 .143.2 减速器模型创建步骤 .143.3 减速器分解视图 .17第四章减速器运动仿真4.1 运动仿真概述 .184.2 元件连接 .194.3 机构仿真 .19第五章设计总结.22IV- 1 -第 1 章 前言绪论绪论设计要求：单 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 ： 输 入 功 率 2.169kw， 输 入 转 速480r/min， 总 传 动 比 4， 效 率 0.95， 其 他 技 术 参 数 计 算 或 者 按 照 给 定 图 纸 ； 按计 算 结 果 和 给 定 图 纸 进 行 减 速 器 零 件 的 三 维 建 模 ， 并 装 配 ， 进 行 运 动 仿 真 检 查零 件 间 是 否 存 在 运 动 干 涉 ； 将 主 要 零 件 （ 传 动 轴 和 齿 轮 ） 和 装 配 体 （ 标 注 关 键尺 寸 ） 输 出 为 工 程 图 。 要 求 螺 栓 、 螺 母 等 用 简 化 画 法 ， 不 用 画 出 实 际 的 螺 纹 。设 计 说 明 书 的 主 体 为 Pro/E 的 操 作 （ 70%以 上 ） ， 参 数 计 算 占 小 部 分 （ 小 于30%）减速器的工作原理及其运用：减 速 器 是 一 种 动 力 传 达 机 构 ， 利 用 齿 轮 的 速 度转 换 器 ， 将 电 机 （ 马 达 ） 的 回 转 数 减 速 到 所 需 要 的 回 转 数 ， 并 得 到 较 大 转 矩 的机 构 。 在 目 前 用 于 传 递 动 力 与 运 动 的 机 构 中 ， 减 速 机 的 应 用 范 围 相 当 广 泛 。 几乎 在 各 式 机 械 的 传 动 系 统 中 可 以 见 到 它 的 踪 迹 。 从 交 通 的 船 舶 ， 汽 车 ， 机 车 ，建 筑 用 的 重 型 机 具 ， 机 械 工 业 所 用 的 加 工 机 具 及 自 动 化 生 产 设 备 ， 到 日 常 生 活中 常 见 的 家 电 ， 钟 表 等 等 。 其 应 用 从 大 动 力 的 传 输 工 作 ， 到 小 负 荷 ， 精 确 的 角度 传 输 都 可 以 见 到 减 速 器 的 应 用 ， 且 在 工 业 应 用 上 ， 减 速 器 具 有 减 速 及 增 加 转矩 功 能 。 因 此 广 泛 应 用 在 速 度 与 扭 矩 的 转 换 设 备 。 在 目 前 用 于 传 递 动 力 和 运 动的 机 构 中 ， 减 速 器 的 应 用 范 围 非 常 广 泛 。 减 速 器 的 作 用 主 要 有 ：（ 1） 降 速 同 时 提 高 输 出 扭 矩 ， 扭 矩 输 出 比 例 按 电 机 输 出 成 减 速 比 ， 但 要 注意 不 能 超 出 减 速 器 的 额 定 扭 矩 。（ 2） 减 速 同 时 降 低 了 负 载 的 惯 量 ， 惯 量 的 减 少 为 减 速 比 的 平 方 。 减 速 器 一般 用 于 低 转 速 大 扭 矩 的 传 动 设 备 ， 把 电 动 机 ， 内 燃 机 或 其 他 高 速 运 转 的 动 力 通过 减 速 器 的 输 入 轴 上 的 齿 数 少 的 齿 轮 啮 合 输 出 轴 上 的 大 齿 轮 来 达 到 减 速 的 目 的 ，普 通 的 减 速 器 也 会 有 几 对 相 同 原 理 齿 轮 达 到 理 想 的 减 速 效 果 ， 大 小 齿 轮 的 齿 数之 比 ， 就 是 传 动 比 。 减 速 器 是 一 种 相 对 精 密 的 机 械 ， 使 用 它 的 目 的 是 降 低 转 速 ，增 加 转 矩 。 它 的 种 类 繁 多 ， 型 号 各 异 ， 不 同 种 类 用 不 同 的 用 途 。 减 速 器 的 种 类繁 多 ， 按 照 传 动 类 型 可 以 分 为 齿 轮 减 速 器 ， 蜗 杆 减 速 器 和 行 星 齿 轮 减 速 器 ； 按照 传 动 级 数 不 同 可 以 分 为 单 级 和 多 级 减 速 器 ； 按 照 齿 轮 形 状 可 以 分 为 圆 柱 齿 轮减 速 器 ， 圆 锥 齿 轮 减 速 器 和 圆 锥 一 圆 柱 齿 轮 减 速 器 ； 按 照 传 动 的 布 置 又 可 以 分为 展 开 式 ， 分 流 式 和 同 轴 式 减 速 器PRO/E 在 机 械 设 计 中 的 应 用 ： 经 过 漫 长 的 发 展 岁 月 ， 产 品 设 计 手 段 在 不 断 地提 高 ， 不 断 进 步 ， 不 断 成 熟 。 从 最 早 的 手 工 绘 图 ， 到 现 在 的 广 泛 的 使 用 计 算 机辅 助 设 计 来 进 行 产 品 的 设 计 ， 并 且 以 后 还 会 有 更 先 进 的 设 计 手 段 出 现 。 为 了 提- 2 -高 计 算 机 辅 助 设 计 的 效 果 和 节 约 设 计 成 本 和 加 工 时 间 ， 我 们 做 了 这 个 关 于PRO/E 技 术 在 产 品 设 计 当 中 的 应 用 的 毕 业 设 计 ， 主 要 从 PRO/E 的 参 数 化 设计 ， 有 限 元 分 析 ， 动 态 仿 真 ， 逆 向 工 程 等 方 面 阐 述 了 PRO/E 在 机 械 产 品 设计 当 中 的 应 用 价 值 及 应 用 前 景 。 本 文 介 绍 与 应 用 了 PRO/E 造 型 设 计 中 的 参数 化 设 计 方 式 ， 涉 及 到 了 孔 特 征 、 倒 圆 角 、 螺 旋 扫 描 、 阵 列 特 征 等 的 设 计 方 法 。然 后 通 过 PRO/E 的 组 件 的 应 用 程 序 里 的 机 构 功 能 实 现 动 态 仿 真 ， 实 现 了 产 品 的设 计 ， 模 拟 装 配 ， 模 拟 运 行 等 过 程 ， 充 分 体 现 了 PRO/E 在 机 械 产 品 设 计 当中 的 应 用 价 值 及 应 用 前 景 ， 并 且 结 合 了 相 关 的 资 料 讨 论 了 一 下 三 维 设 计 的 发 展趋 势 。单级圆柱齿轮减速器三维模型的设计概的优势：1.参 数 化 设 计 和 特 征 功 能 :PRO/E 是 采 用 参 数 化 设 计 的 ， 基 于 特 征 的 实 体 模 型化 系 统 ， 工 程 设 计 人 员 采 用 具 有 智 能 特 性 的 基 于 特 征 的 功 能 去 生 成 模 型 。2.单 一 数 据 库 :PRO/E 具 有 一 下 特 点 和 优 势 ：(1)参 数 化 设 计 和 特 征 功 能PRO/E 是 采 用 参 数 化 设 计 的 ， 基 于 特 征 的 实 体 模 型 化 系 统 ， 工 程 设 计 人 员采 用 具 有 智 能 特 性 的 基 于 特 征 的 功 能 去 生 成 模 型 。(2)单 一 数 据 库 PRO/E 是 建 立 在 统 一 基 层 上 的 数 据 上 ， 不 像 一 些 传 统 的CAD/CAM 系 统 建 立 在 多 个 数 据 库 上 。 所 谓 的 单 一 数 据 库 ， 就 是 工 程 中 的 资 料全 部 来 自 一 个 库 ， 使 得 每 一 个 独 立 用 户 在 为 一 件 产 品 造 型 而 工 作 ， 不 管 他 是 哪一 个 部 门 的 。 换 言 之 ， 在 整 个 设 计 过 程 的 任 何 一 处 发 生 改 动 ， 亦 可 以 前 后 反 应在 整 个 设 计 过 程 的 相 关 环 节 上 。(3)全 相 关 性 :PRO/E 的 所 有 模 块 都 是 全 相 关 的 。 这 就 意 味 着 在 产 品 开 发 过程 中 某 一 处 进 行 的 修 改 ， 能 够 扩 展 到 整 个 设 计 中 ， 同 时 自 动 更 新 所 有 的 工 程 文档 ， 包 括 装 配 体 ， 设 计 图 纸 ， 以 及 制 造 数 据 。 全 相 关 性 鼓 励 在 开 发 周 期 的 任 一点 进 行 修 改 ， 却 没 有 任 何 损 失 ， 并 使 并 行 工 程 成 为 可 能 ， 所 以 能 够 使 开 发 后 期的 一 些 功 能 提 前 发 挥 其 作 用 。(4)基 于 特 征 的 参 数 化 造 型 PRO/E 使 用 用 户 熟 悉 的 特 征 作 为 产 品 几 何 模 型的 构 造 要 求 .(5)数 据 管 理 加 速 投 放 市 场 ， 需 要 在 较 短 的 时 间 内 开 发 更 多 的 产 品 。 为 了 实现 这 种 效 率 ， 必 须 允 许 多 个 学 科 的 工 程 师 同 时 对 同 一 产 品 进 行 开 发 。 数 据 管 理模 块 的 开 发 研 制 ， 正 是 专 门 用 于 管 理 并 行 工 程 中 同 时 进 行 的 各 项 工 作 ， 由 于 使用 了 PRO/E 独 特 的 全 相 关 性 功 能 ， 因 而 使 之 成 为 可 能 。 针 对 产 品 设 计 的 不 同 阶段 ， Pro/E 将 产 品 分 为 工 业 设 计 ， 机 械 设 计 ， 功 能 模 拟 ， 生 产 制 造 等 几 个 大的 方 面 ， 分 别 提 供 了 完 整 的 产 品 设 计 解 决 方 案 。 在 这 里 我 们 将 利 用 Pro/E的 机 械 设 计 及 模 具 设 计 的 功 能 进 行 三 维 的 建 模 。 是 建 立 在 统 一 基 层 上 的 数 据 上 ，- 3 -不 像 一 些 传 统 的 CAD/CAM 系 统 建 立 在 多 个 数 据 库 上 。 所 谓 的 单 一 数 据 库 ，就 是 工 程 中 的 资 料 全 部 来 自 一 个 库 ， 使 得 每 一 个 独 立 用 户 在 为 一 件 产 品 造 型 而工 作 ， 不 管 他 是 哪 一 个 部 门 的 。 换 言 之 ， 在 整 个 设 计 过 程 的 任 何 一 处 发 生 改 动 ，亦 可 以 前 后 反 应 在 整 个 设 计 过 程 的 相 关 环 节 上 。3.全 相 关 性Pro/E 的 所 有 模 块 都 是 全 相 关 的 。 这 就 意 味 着 在 产 品 开 发 过 程 中 某 一 处 进 行的 修 改 ， 能 够 扩 展 到 整 个 设 计 中 ， 同 时 自 动 更 新 所 有 的 工 程 文 档 ， 包 括 装 配 体 ，设 计 图 纸 ， 以 及 制 造 数 据 。 全 相 关 性 鼓 励 在 开 发 周 期 的 任 一 点 进 行 修 改 ， 却 没有 任 何 损 失 ， 并 使 并 行 工 程 成 为 可 能 ， 所 以 能 够 使 开 发 后 期 的 一 些 功 能 提 前 发挥 其 作 用 。4.基 于 特 征 的 参 数 化 造 型Pro/E 使 用 用 户 熟 悉 的 特 征 作 为 产 品 几 何 模 型 的 构 造 要 求 。5.数 据 管 理加 速 投 放 市 场 ， 需 要 在 较 短 的 时 间 内 开 发 更 多 的 产 品 。 为 了 实 现 这 种 效 率 ，必 须 允 许 多 个 学 科 的 工 程 师 同 时 对 同 一 产 品 进 行 开 发 。 数 据 管 理 模 块 的 开 发 研制 ， 正 是 专 门 用 于 管 理 并 行 工 程 中 同 时 进 行 的 各 项 工 作 ， 由 于 使 用 了Pro/E 独 特 的 全 相 关 性 功 能 ， 因 而 使 之 成 为 可 能 。6.针 对 产 品 设 计 的 不 同 阶 段 ， Pro/E 将 产 品 分 为 工 业 设 计 ， 机 械 设 计 ， 功 能 模拟 ， 生 产 制 造 等 几 个 大 的 方 面 ， 分 别 提 供 了 完 整 的 产 品 设 计 解 决 方 案 。 在 这 里我 们 将 利 用 Pro/E 的 机 械 设 计 及 模 具 设 计 的 功 能 进 行 三 维 的 建 模 。- 4 -第 2 章 主要零件工程图与设计2.1 单级圆柱齿轮减速器结构分析减速器中的零件包括上，下箱体，齿轮，齿轮轴，键，滚动轴承，端盖等，其中上下箱体和齿轮及齿轮轴的三维设计是比较复杂的，在用 Pro/E 进行三维造型时应用适当的命令，尽量使其三维设计简单化。2.2 固定箱体底座的设计箱体零件看起来较为复杂，但是实际上只需要用到几个较为简单的特征创建命令，如拉伸去除，孔操作，倒圆角，镜像，复制和移动等。创建步骤：a.新建零件打开 Pro/E 软件，再打开新建工具栏中的创建文件图标，输入零件名称，确定显示基本平面以及坐标系。b.创建下箱体底座毛胚单击拉伸，在操控板中选定平面，进入草绘，绘制其底座的草图，完成后输入所拉伸的距离，单击确定。c.内腔和凸缘特征的创建这两个特征仍是采用实体拉伸的方法进行实体创建的。首先依然单击拉伸命令，进入选定的平面，选定草绘界面，绘制内腔的草图，绘制完成后输入拉伸深度，单击完成，然后用同样的方法做出凸缘特征，这里不再赘述。d 轴承座的创建首先在轴承座的一边利用拉伸，剪切功能进行轴承座的基本特征创建，用上面类似的方法创建轴承座孔，与上面不同的是需要在拉伸的操作板中选定去除材料的选项，确定好去除材料的方向，单击确定。e 筋的创建创建筋的特征需要创建出一个新的基准平面，在两个轴座中心创建两个新的基准平面，完成后选取筋工具，在打开的操作板中选取相应的基准平面进行草绘，在草绘平面上绘制开放的筋剖面，输入厚度，单击确定。然后运用相同的方法绘制其他三个筋的特征。f.孔的创建1)创建凸缘上的孔单击工作区特征栏中的孔工具，接受默认项创建直孔，根据系统提示放置平面，选定好参照，并在工作区中边线距离，孔的直径以及钻孔深度选择，参照平面选择凸缘的下表面，单击确定。特征创建完成。然后用相同的方法创建凸缘上其他的孔。- 5 -2)创建底座上的孔同样单击孔工具，接受默认项创建直孔，选取底座作为孔的放置平面，在孔的操作板上选取直孔，用草绘定义所钻孔的轮廓及剖面，注意在一些环节中要定义孔的中心轴，否则会出现草绘平面不成功，然后单击完成，用同样方法创作出其他的孔。3)创建轴承座上的孔轴承座上孔的创作方法与其在凸缘上创建孔的方法基本相同，在此不作赘述。4)底板去除材料特征的创建选取拉伸命令，选择底座作为草绘平面，然后绘制其剖面轮廓，然后在拉伸的操作板中选择去除材料选项，定义尺寸，然后单击完成。倒圆角特征的创建:在工程工具栏中选取倒圆角命令，选取模型中需要倒圆角的边，在输入对应的值之后，单击完成。创建辅助特征:下箱体的辅助特征包括放油尺凸台，创建该特征仅用到几个基本的特征命令，如拉伸，剪切，倒圆角等，创建过程不再详细介绍，完成所有的特征创建后的实体如下图所示：图 1 减速器固定箱体-