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三维图 机械类毕业-含CAD图纸 含CAD图纸 锥齿轮的三维

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基于Pro-E的锥齿轮系的虚拟设计【三维图】【机械类毕业-含CAD图纸】.zip,三维图,机械类毕业-含CAD图纸,含CAD图纸,锥齿轮的三维

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一、 毕业设计（论文）题目 基于Pro-E锥齿轮系的虚拟设计二、毕业设计（论文）依据及参数用于带式输送机的传动系统，输送带工作拉力F=3.8KN,输送机工作速度V=1.5m/s,滚筒的直径=400mm,设计该该传动系统装置，并通过3D打印的方法制作关键零件。二、设计主要内容：1.设计带式输送机的传动系统；2. 对锥齿轮系三维建模、虚拟装配及其主要零件的数控加工三、毕业设计（论文）目标及内容1 锥齿轮系的装配图和主要零件的零件图2 锥齿轮系的主要零件的三维造型；3 虚拟装配及其主要零件的加工模拟4 设计说明书一份四、课题所涉及主要参考资料1孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理 M.北京：高等教育出版社，20062濮良贵 纪名刚.机械设计 M.北京: 高等教育出版社，20063 唐金松.简明机械设计手册M.上海：上海科学技术出版社，19924徐光柱开源3D打印技术原理及应用M北京：国防工业出版社,20155 王巍.机械制图M.北京：高等教育出版社，20036 上海市标准协会.机械精度设计手册M.北京：中国标准出版社，19927 陈定万 罗亚波.虚拟设计（第2版） M.北京：机械工业出版社，2007 8 杨老记.AutoCAD 2004(中文版)工程制图实用教程M.北京：机械工业出版社，20049程静 邢鸿雁.Pro/Engineer Wildfire 三维造型与虚拟装配M.北京：国防工业出版社，201310王亚辉.从三维建模、虚拟装配到数控加工M.北京：高等教育出版社，201711 郑相周 唐国元.机械系统虚拟样机技术M.北京：机械工业出版社，201012 钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0从入门到精通（第二版）M.北京:机械工业出版社,201013詹惠琴 古军 袁亮. 虚拟仪器设计M.北京:高等教育出版社,2008五、进度安排周 次工 作 内 容检 查 方 式1719，撰写文献综述、开题报告调查研究查阅外文资料并翻译检查文献综述、开题报告完成质量检查翻译质量12根据已知参数，进行理论计算；检查所有计算结果是否合理正确 34锥齿轮系的装配图的绘制检查装配图56零件图绘制、三维造型；检查零件图质量及尺寸和三维图78锥齿轮系的虚拟装配检查虚拟装配效果910关键零件的模拟加工工艺制定检查关键零件的加工工艺指定1112关键零件的模拟仿真加工检查仿真加工结果1314撰写毕业设计说明书检查论文完成质量1516提交论文，毕业答辩六、毕业设计（论文）时间 2017 年 12 月 25 日 2018 年 6 月 18 日七、本毕业设计（论文）必须完成的内容1调查研究、查阅文献和搜集资料，撰写文献综述。2 阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于2万印刷字符，约合5000汉字）。3 确定零件的加工工艺方案并制作工序卡片、绘制完整指定工序的夹具的装配图，零件图绘制以及三维造型设计。4撰写毕业设计说明书八、备注本任务书一式三份，学院、教师、学生各执一份。 题目：基于Pro-E的锥齿轮系的虚拟设计一、前言1课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1课题研究的意义带式输送机是胶带兼作牵引机构和承载机构的一种运输设备，它在地面和井下运输具有广泛的运用。与其他设备(如机车类)相比，带式输送机不仅具有长距离、大运量、连续运输等特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效果十分明显。其运行维护费用远低于公路汽运方式，且总投资小，凡能实行带式输送机输送的场合，都采用连续带式运输机输送。.带式输送机是一种理想的连续运输设备，但目前其效能还没有充分发挥，资源有所浪费，如将带式输送机做适当修改，并采用一定的安全措施，或许能实现人、运料、双向运输等功能,做到一机多用，使其发挥更大的经济效益。计算机辅助教学是教学发展的一个焦点，Pro/E软件三维建模技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学平台，而齿轮是机械领域中的一种典型零件，在机械装备中具有广泛应用。但由于各种机械装备所需的齿轮型号、规格存在差异，因此齿轮的设计、生产仍以订制为主，其设计效率较低。齿轮设计也在向集成化、自动化、智能化方向发展。齿轮设计、分析、制造过程的并行化使得齿轮设计制造周期缩短，但是当前齿轮的设计计算过程仍然沿用传统的手工计算方法，从而影响齿轮设计的总体效率。另外，当前齿轮三维建模过程还存在齿廓精度低等问题。本课题是渐开线齿轮基于Pro/E三维建模方法来设置齿轮的参数,通过Pro/E布局来控制整个齿轮参数。利用Pro/E这种方法便于将机械零件的设计计算跟三维实体建模融合起来,从而提高零件的设计计算和绘图效率,实现机器零件的快速造型和重构。齿轮的参数化建模这项研究，对进一步进行齿轮有限元分析、齿轮啮合运动学和动力学分析等有着十分重要的意义。1.2课题的国内外研究现状目前我国的带式输送机也正在向长距离、高带速、大运量、大功率方向发展。由于我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10 左右），实际上输送带是粘弹性体，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，如何降低输送带的设计安全系统（输送带安全系数n=56），延长带式输送机使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，传动问题是大型输送机的关键技术，它关系到输送机的技术性能和经济效益。目前国内外大都采用以下可控传动技术来解决输送机的传动问题。以上通过对国内外带式输送机的现状所做的论述，可以看出我国内外的带式输送机相比在可靠性、寿命等方面的差距。经过一个寒假的文献查阅我认为差距不仅仅在可靠性、寿命等方面，我国与国外的带式输送机相比主要存在以下几个方面的差距：其一，我国带式输送机在上下运行时可靠性差，在这方面与国外存在着不小的差距。其二，我国在输送机减速器寿命方面与国外存在着差距。国外输送机减速器寿命7 万h，而我国输送机寿命仅为2万h，由此可见差距所在。其三，我国带式输送机在托辊的使用寿命方面与国外存在着一定的差距。在一些工业科技发达的国家，其带式输送机采用了新型注油托辊，轴承采用稀油润滑，其运行阻力小，从而使托辊的使用寿命得到极大地提高，因而经济效益显著，使用面较广。而我国带式输送机托辊寿命短、速度低、阻力大，比如托辊寿命仅为2 万h，寿命仅为国外产品的30%40%。可见，我国带式输送机在托辊的使用寿命方面与国外存在着一定的差距。其四，输送带接头强度我国输送带接头强度。其五，输送带抗拉强度国外生产的钢丝绳芯阻燃输送带最高为7000N/mm，我国为4000N/mm。总之，在带式输送机的可靠性、寿命等方面，我国与国外的相比还存在着一定的差距。在虚拟设计方面：锥齿轮作为基础传动件,已广泛应用于汽车、机床等行业,但直齿锥齿轮是非标件,每次重复设计都会耗费设计者大量时间和精力，因此利用参数化建模技术，让设计者只需输入所需参数即能快速建模和分析,是非常有意义的,可以大大提高设计的柔性和敏捷性,为后续虚拟装配、运动仿真和 CAE分析奠定基础。作者采用 Pro /E软件进行参数化建模 ,其关键是建立渐开线方程和各参数之间的数学关系表达式。1.3 课题的发展趋势 当前工业企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系统和新的生产管理方法。所有这些先进制造技术和系统都与CAD系统的发展与应用密切相关。CAD系统应充分考虑产品的继承性、并行设计的要求、灵活的虚拟现实技术以及很好的集成性。PTC公司的ProE软件是目前使用最多的三维建模软件之一。它以尺寸驱动、特征建模、全参数设计、单一全关联的数据库、虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计观念，使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化，成为目前机械CAD领域的新标准。2 课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1课题的研究目标1锥齿轮系的装配图和主要零件的零件图2锥齿轮系的主要零件的三维造型3虚拟装配及其主要零件的加工模拟4. 达到毕业设计的要求，完成设计说明书的编写2.2课题的研究内容1. 调查研究、查阅文献和搜集资料，撰写文献综述。2 阅读和翻译与课题内容有关的外文资料3 确定零件的加工工艺方案并制作工序卡片、绘制完整指定工序的夹具的装配图，零件图绘制以及三维造型设计。2.3.课题拟解决的关键问题（1）使用Pro/E软件完成全部零件的绘制与装配，并直接生成零件图及装配图（2）设计带式输送机的传动系统；（3）对锥齿轮系三维建模、虚拟装配及其主要零件的数控加工二、设计方案的确定方案的原理、特点与选择依据2.1.原理带式输送机是连续输送机械的一个类别，是以输送带作为牵引构件和承载构件，利用托辊支承，依靠传动滚筒与输送带之间摩擦力传递牵引力的连续输送设备。它可将各种粉状、颗粒状及块状等散状物料，在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以连续物料流方式进行输送，不仅对工业企业的内部输送起着重要作用，同时对其外部输送也起着重要作用。加工工艺由工序，安装，工位，工步和走刀组成，在工艺过程中，采用机械加工的方法逐步改变毛坯的尺寸，形状，性质及表面质量使其成为合格零件的全过程成为机械加工工艺过程。2.2.特点与选择依据带式输送机是胶带作牵引机构和承载机构的一种运输设备，它在地面和井下运输具有广泛的运用。与其他设备(如机车类)相比，带式输送机不仅具有长距离、大运量、连续运输等特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。其运行维护费用远低于公路汽运方式，且总投资小，凡能实行带式输送机输送的场合，都采用连续带式运输机输送,由于设计的多解性和复杂性，满足某种功能的机械系统运动会方案可能会有很多种，因此在考虑机械系统运动方案时除满足基本调减的功能要求外，还应该遵循以下原则：（1）满足使用要求 机构应具有良好的动力特性。机构在机械系统中不仅传递运动，还要传递动力，因此应选择具有较好动力学特性的机构。（2）满足工艺要求 在机械的过程中，应满足使用要求的前提下，应尽量使加工装配更为方便，易于实现高精度，加工效率较高。（3）满足经济性 机械系统应该尽可能简单。机械运动链尽量简短，在保证实现功能的前提下，应尽可能采用个数和运动副少的机构，这样可以简化机械构造，从而减轻重量，降低成本。2.3.动力机械类型选择常用动力机的类型分为电动机，液压马达，气动马达和内燃机。在做带式输送机传动装置设计及轴承盖的加工工艺设计时，应选用何种形式的动力机，主要应该从一下三个方面进行分析比较：（1） 分析工作机械的负载特性和要求。包括工作机械的载荷特性，工作制度，机构布置和工作环境等。（2） 适应的工作环境。应该使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。（3）进行经济性比较。当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能源的供应和消耗，动力机的制造，运行和维修成本的对比。2.4在虚拟设计方面建模过程是利用齿廓的假想平面齿轮与锥齿轮相啮合的原理进行加工的当假想齿轮与被加工轮坯以一定的传动比转动时，刀刃就会在轮坯上切出相应的齿槽模拟切削加工建模时，由于切削一次成型，故可一次调整铣刀盘位置，通过做布尔减运算得到齿槽的形状铣刀轮廓通过扫掠可得铣刀盘模型锥体草图通过旋转可以得到齿轮毛胚再通过做布尔减运算可得到一个锥齿轮齿槽，通过实体特征的图样面命令可以得到完整的齿轮模型，锥齿轮的制造工艺与渐开线斜齿轮的制造工艺基本上相同凡能加工渐开线斜齿轮的床，一般都能加工锥齿轮。三、研究计划及预期成果1研究计划1719周 撰写文献综述、开题报告调查研究查阅外文资料并翻译，检查文献综述完成质量检查翻译质量12周 根据已知参数，进行理论计算，检查所有计算结果是否合理正确34周 锥齿轮系的装配图的绘制，检查装配图56周 零件图绘制，三维造型；检查零件图质量及尺寸和三维图78周 锥齿轮系的虚拟装配，检查虚拟装配效果910周 关键零件的模拟加工工艺制定，检查关键零件的加工工艺指定1112周 关键零件的模拟仿真加工，检查仿真加工结果1314周 撰写毕业设计说明书，检查论文完成质量1516周 提交论文，毕业答辩2预期成果（1） 锥齿轮系的装配图和主要零件的零件图 （2） 锥齿轮系的主要零件的三维造型； （3） 虚拟装配及其主要零件的加工模拟 （4）设计带式输送机的传动系统； （5）对锥齿轮系三维建模、虚拟装配及其主要零件的数控加工 四参考文献1孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理 M.北京：高等教育出版社，20062濮良贵 纪名刚.机械设计 M.北京: 高等教育出版社，20063 唐金松.简明机械设计手册M.上海：上海科学技术出版社，19924徐光柱开源3D打印技术原理及应用M北京：国防工业出版社,20155 王巍.机械制图M.北京：高等教育出版社，20036 上海市标准协会.机械精度设计手册M.北京：中国标准出版社，19927 陈定万 罗亚波.虚拟设计（第2版） M.北京：机械工业出版社，2007 8 杨老记.AutoCAD 2004(中文版)工程制图实用教程M.北京：机械工业出版社，20049程静 邢鸿雁.Pro/Engineer Wildfire 三维造型与虚拟装配M.北京：国防工业出版社，201310王亚辉.从三维建模、虚拟装配到数控加工M.北京：高等教育出版社，201711 郑相周 唐国元.机械系统虚拟样机技术M.北京：机械工业出版社，201012 钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0从入门到精通（第二版）M.北京:机械工业出版社,201013詹惠琴 古军 袁亮. 虚拟仪器设计M.北京:高等教育出版社,2008五、指导教师审阅意见 签名 年 月 日 基于Pro/E的锥齿轮系的虚拟设计摘要：本次课题设计的题目是“基于Pro/E的锥齿轮系的虚拟设计”。采用三维proe软件进行结构设计，并且做好由锥齿轮传动的带式输送机的零件图设计、减速器装配图及主要零件的虚拟设计，最后将用Pro/E建好的模型导入ansys软件中进行应力校核，看设计是否满足工作要求。这次的设计具体内容主要包括：动系统；主要传动机构设计；对锥齿轮系三维建模、虚拟装配及其主要零件的数控加工；锥齿轮系的装配图和主要零件的零件图；锥齿轮系的主要零件的三维造型；虚拟装配；主要零件的虚拟设计；翻译外文资料；主要零部件在虚拟环境下的应力分析；撰写开题报告；书等。关键词：Pro/E；齿轮设计；虚拟设计IIVirtual Design of Bevel Gear system based on Pro/EAbsrtact: the title of this project is Virtual Design of Bevel Gear system based on proe. The structural design of bevel gear belt conveyor was created by 3D proe software, and the assembly drawing, part drawing and virtual design of main parts in the transmission device of bevel gear belt conveyor were completed. Finally, we import the ansys software to check the stress, and see if the design meets the requirements of the work.The design of this time mainly includes : designing the transmission system of belt conveyor ;Design of main transmission mechanism ;Numerical control machining of three - dimensional modeling , virtual assembly and main parts of bevel gear train Assembly drawing of bevel gear train and part drawing of main parts ;Three - dimensional modeling of main parts of bevel gear train Machining simulation of virtual assembly and its main parts；Writing a problem report ;Writing the instruction of graduation design ;Translate a foreign language paperwork , Stress Analysis of components in Virtual Environment，etc .Keywords:PROP / E； Gear Design；Virtual Design 摘要1 目次11绪论11.1虚拟设计技术现状及其发展11.1.1虚拟设计技术现状21.1.2虚拟设计技术发展21.2虚拟设计技术的优缺点21.2.1虚拟设计技术的优点21.2.2虚拟设计技术的缺点31.3虚拟现实技术的应用情况3（1）工程应用3（2）医疗应用3（3）军事应用42理论计算52.1设计题目：基于Pro-E锥齿轮系的虚拟设计52.1.1传动方案：单级锥齿轮减速器52.1.2带式输送机工作原理：如图252.1.3工作情况52.1.4设计数据52.2电动机的选择与确认52.2.1选择电机类型52.2.2确定电机功率52.2.3确定电机转速62.3确定传动比与分配各级传动比以及运动参数的计算62.3.1传动比计算62.3.2传动装置运动动力参数计算62.4带的传动设计72.4.1确定功率比72.4.2确定带轮基本直径72.4.3验算带速72.4.4确定中心距与带的基础长度72.5圆锥齿轮传动的设计计算72.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数72.5.2按齿面接触疲劳强度设计82.5.3按齿根弯曲疲劳强度设计102.5.4几何尺寸计算112.5.5主要设计结论122.5.6齿轮建模132.6轴的计算152.6.1选择轴的材料152.6.2大齿轮轴尺寸计算162.6.3小齿轮轴的尺寸计算182.6.4轴建模及装配203传动齿轮接触应力的有限元分析223.1有限元分析的意义及思路223.2齿轮的建模233.3创建接触对243.4模型的网格划分24（1） 单元的选择25（2） 材料特性选择25（3） 划分网格263.5施加边界条件和载荷273.6求解和结果分析284.总论30参考文献31致 谢32VII1绪论1.1虚拟设计技术现状及其发展现代虚拟设计已经在机械设计制造中得到了较为普遍的应用，这使得机械设计制造的效率得到很大提高,也变得更加形象简单。有关虚拟设计在设计方面的应用，本文以锥齿轮建模做为例子，用proe画出三维模型之后，再将弄好的模型加载到ANSYS中去做分析，然后将虚拟设计结果与理论分析结果的比对，证明了ANSYS在齿轮设计中举足轻重的作用，是齿轮的优化设计的坚实第一步。虚拟设计技术是融合了多种先进技术而成的新兴技术，它的基本原理就是通过电脑对纷然杂陈的数据进行直观的，即时的操作，把人假想于到模拟的情况之中。早在1985年作用，国外就将虚拟设计技术运用于实际演练之中。中国虽然没赶上首班车，但是伴随着科技的快速进步，中国的虚拟设计术也取得了不俗的成绩。伴随着社会前进的脚步，虚拟设计技术也在不同的领域里大放异彩，展现了其无懈可击的优越性和实用性。它不仅能够向使用者即时的呈现设计产品及其进度，而且能够让使用者不必记住每个细节的参数，从而提升系统的运行效率。图1：虚拟设计流程图1.1.1虚拟设计技术现状建立锥齿轮的三维实体模型的方法有很多，例如通过CATIA、Pro/E等三维软件直接操作，形成齿轮及其装配图的三维模型，然后将建好的模型导入有限元分析软件ANSYS中，再利用ANSYS的模拟应力分析功能，对装配体进行应力分析与强度校核。借由虚拟装配设计技术，人们有条件在假想的条件下操作各种现实中存在的工具，对自己所设计的机构进行模拟的装配，这样就能够在不实际制造出所需零部件的情况下，对所设计的物品进行检验和力校核。这就能够及时找出设计中存在的问题与不足，并及时优化自己的设计，相当于在未制造出实物，就已经完成了检测和评估。而在以前，所有设计的唯一依据就仅仅是设计人员的工作经验和理论知识，万一出错，代价昂贵。北航的计算机专业是我国首家进行虚拟现实研究的院校，是全国虚拟现实行业的领头羊。该校开创性的研究了虚拟状态下不同物理特性的不同表达，开发了一些虚拟现实中的视觉借口硬件，创建了新颖的以虚拟现实为主题的网络论坛以供师生交流。1.1.2虚拟设计技术发展CAD/CAM技术在机械设计行业的普及使得其效率得到极大提高，而由它们延展出的虚拟现实技术，使在平面的显示发展到了空间显示，并且大幅提高了人机交互，机械设计制造过程变得更加方便快捷。伴着社会的发展，未来很有可能会发明像漫威电影钢铁侠中那样复杂的设计系统：通过手势控制，全息投影，设计制造智能控制，并且实现数据实时智能化存储，人机对话摒弃传统的键盘输入而采纳语音直接对话。到那时，因其简便的步骤以及无与伦比的互动性能，机械设计制造将进入千家万户，而不是被少数人了解，整个制造业将发生排山倒海的变化。 1.2虚拟设计技术的优缺点虚拟设计技术是一种综合多种设计系统的技术，它由大量先进学科的知识融会贯通而形成的新兴技术。他的实质是在拥有计算机仿真技术支持的条件下，全过程模拟产品开发试验的每一个步骤，并且具有即时性。它能够预测所要设计的产品的物理化学性能，制造的困难程度，寿命，维护方式，维护周期，以及制造成本等一系列产品的重要参数。这不仅能够提高产品一次设计就成功的几率，而且使组织生产制造变得更加灵活，更加经济。此外，合理运用虚拟设计还可以优化厂房的设计布局，减少产品开发周期，提升设计质量。当然，一枚硬币总是有不同的两面，虚拟设计也有着不可忽视的缺点。以下是鄙人在查阅大量文献资料后总结的优缺点：1.2.1虚拟设计技术的优点（1） 虚拟设计沿袭了虚拟现实技术（virtual reality）的所有优点，如它保存了传统CAD设计的长处，能有更便捷的途径调取之前的成果。（2） 虚拟设计技术搭载了类似仿真技术的可视化特点，能更好的对原有设计进行修改和调整（3） 虚拟设计技术允许异地设计并支持多终端协同作业，使资源共享更可操作，扎实缩短产品开发周期（4） 虚拟设计技术不仅可以利用已有的先进技术，未来发明的其他先进技术也可以被补充进去，能够保持自己在技术本身的领先。1.2.2虚拟设计技术的缺点（1） 因为所有的操作都是在虚拟空间内完成的，所以对建模者要求偏高几近严苛。不仅要求模型准确无误，还要求模型的建立必须按照设计意图来确定。（2） 大量的视觉处理及其庞杂的计算占据电脑大量的CPU，模型的处理分析对电脑配置有较高的要求。设计结果的分析无法超越电脑运行的极限。1.3虚拟现实技术的应用情况（1） 工程应用虚拟物品设计的概念自产生之日起就被投资者密切的注视着，在某些涉及虚拟设计的领域立刻就被着手于实践和应用。在这些领域里，尤其以汽车制造业最为领先。毫不夸张的说，虚拟现实技术就是为汽车制造业量身定制的。打个比方： 外国的一家汽车公司利用虚拟现实技术为消费者模拟汽车驾驶的场景，他们的团队强大，运用虚拟设计技术搭造了一个存在硬盘中的汽车内部模型，里面包含所有现实汽车中存在的各种摆件。消费者可以足不出户，在家就可以体会到驾驶汽车的感觉。这家公司还提供线上线下对比，通过用户反馈来不断改进自己的汽车内部模型。这不仅大大提高了消费体验，也极大地促进的汽车行业的发展。同时，也为营销行业打开了新世界的大门。其实，只把虚拟设计用在这些方面着实是大材小用了，哪些眼光敏锐的投资者早就用虚拟设计的利刃剜去了航空业的一大块蛋糕，他们把虚拟设计用到飞机的外形设计中去，用到飞机的内部空间结构的设计中去，用到飞机的传动系统优化中去。把原本繁琐而且成本极高的飞机设计与优化都投放到了虚拟的空间中，这样一来，不仅大大降低了设计成本，还提供更好的设计选择，让人们能更加安全，便捷，舒适的搭乘飞机。 （2）医疗应用 不用显微镜，你能想象一个直径比发丝还要细的细胞可以可以看起来比一个足球场还要大吗？虚拟现实技术可以做到。在这种情况下，科学家们可以对细胞内部进行研究和分解，了解他们的工作原理和致病因素，他们甚至可以对癌细胞进行分阶段模拟检测，以寻求克服癌症的办法。相信在不远的将来，虚拟现实技术将应用在医疗卫生事业的各个角落。（3）军事应用 国防乃民生之本。一个国家的国防力量决定了这个国家的国际地位。一个经济实力足够但国防能力不足的国家永远也无法跻身大国行列。面对当今世界和平发展的大主题，磨炼军队的机会并不多，主要就是频繁的军事演习了。以前的演习不外乎就是拿着空包弹进行战术战略对抗，而现在，当虚拟现实技术进入现代化军事战场之后，新的演习方式也层出不穷。可以在虚拟的战场上，帮助战士更加快速的熟悉新式武器，帮助将领更快的理解新的作战理论和方法，帮助工程师更好的研制新式的武器。2理论计算2.1设计题目：基于Pro-E锥齿轮系的虚拟设计2.1.1传动方案：单级锥齿轮减速器2.1.2带式输送机工作原理：如图2图2：带式输送机工作原理2.1.3工作情况（1） 工作条件：平稳，环境最高温度45度。（2）（3） 检验间隔期：；（4） 动力来源：电力，三相交流电，电压380，220V；（5） 运输带速度允许误差：5%（6） 生产条件及批量：普通机械厂制造，小批量生产。2.1.4设计数据（1）输送带工作拉力F=3.8KN,（2）输送机工作速度V=1.5m/s,（3）滚筒的直径=400mm。2.2电动机的选择与确认 2.2.1选择电机类型：电动机优先选2或4级；此次设计选择型电机。该电机额定功率为7.5kw，满载转速为970r/min。 2.2.2确定电机功率: 由工作功率 以及=/2.2.3确定电机转速 滚筒转速 传动比2.3确定传动比与分配各级传动比以及运动参数的计算 2.3.1传动比： 分配各级传动比:2.3.2传动装置运动动力参数计算 各轴输入功率： 各轴转速： 各轴转矩： 2.4带的传动设计2.4.1确定功率比：2.4.2确定带轮基本直径：由濮良贵主编的第九版机械设计书第157页表8-9选取，大带轮 ，取 ， 误差在允许范围内2.4.3验算带速： 在525之内，合理2.4.4确定中心距与带的基础长度 中心距 :得 带长 取 2.5圆锥齿轮传动的设计计算2.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1） 带式输送机一般为工作机械，运行速度不高，故选用8级精度，齿形角，齿顶高系数ha=1，顶隙系数c=0.2。（2） 材料选择，小齿轮选择40Cr（调质钢）为材料，表面硬度为380HBS，大齿轮选择45钢（调质钢）为材料，表面硬度为260HBS，二者材料硬度相差120HBS。2.5.2按齿面接触疲劳强度设计 公式： （1） 确定公式内的各计算值1） 查得材料弹性影响系数，节点区域系数。2） 按齿面硬度查濮良贵主编的第九版机械设计书得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限3） 计算应力循环次数 小齿轮： 大齿轮：4) 查表得到：，5) 查得弯曲疲劳寿命系数 ， 6) 计算接触疲劳许用应力 7） 计算实际载荷系数 可以选取使用系数,，动载系数，齿间载荷分布系数，齿向载荷分配系数所以实际载荷系数：8） 计算转矩 9)10) U=i=5.42（2） 计算1） 试着计算小齿轮的分度圆直径，将许用应力中的较小值带入如下公式得： 2） 计算圆周速度v 3）计算齿宽b 4）计算齿轮圆周力 5）试算模数 6）计算实际载荷查表得：使用系数，动载系数 齿间载荷分布系数，齿向载荷分配系数 所以 由 可得2.5.3按齿根弯曲疲劳强度设计 公式：（1） 确定公式内的各计算值1） 查得 ： 2） 计算 由分锥角， 可得当量齿数 ；查濮良贵主编的第九版机械设计书：图10-17得齿形系数由图10-18得应力修正系数 查表10-24得小齿轮弯曲疲劳极限 大齿轮弯曲疲劳极限由图10-22得弯曲疲劳寿命系数 , 取弯曲疲劳安全系数s=1.7由表10-14可得 于是 ， 由于大齿轮的大于小齿轮，所以取3）4）5） U=i=5.42（2） 计算1） 试算模数 2） 计算圆周速度v 3)计算齿宽b 3） 计算实际载荷系数 查表得 ：使用系数, 动载系数齿间载荷分配系数，齿向载荷分配系数于是,载荷系数为4） 试算模数 由 就近选择标准模数m=2按照接触疲劳强度计算所得的小齿轮分度圆直径d=71mm，求出小齿轮的齿数 ，取小齿轮齿数,则大齿轮齿数 为保证两齿轮齿数互质（没有公因子），取 2.5.4几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径： (2)计算分锥角： (3) 计算齿宽： 取2.5.5主要设计结论 齿数： ； 模数： ；压力角： 变位系数： ；分锥角： ； 齿宽；小齿轮取40Cr（调质钢）为材料，大齿轮取45（调质钢）为材料。齿轮按7级精度设计表1：主要设计结论名称符号公式直齿圆锥小齿轮直齿圆锥大齿轮齿数zz36197模数mm2传动比ii5.42分度圆锥度分度圆直径dd=mz72394齿顶高22齿根高h2.42.4齿全高4.44.4齿顶圆直径，75.94394.69齿根圆直径p，67.08393.13齿距s6.286.28齿厚es=p/23.143.14齿槽宽ce=p/23.143.14顶隙R0.40.4锥距200.26200.26齿顶角0.687度0.687度齿根角0.687度0.687度齿顶圆锥角 ,齿根圆锥角 ,当量齿数b36.551134.48齿宽60602.5.6齿轮建模 根据主要设计结论用proe画出各个零部件（主要是齿轮）的三维模型，并完成装配，并且生成工程图。图3：大齿轮建模图4：小齿轮建模图5：小齿轮工程图图6：Proe 锥齿轮装配图 2.6轴的计算 2.6.1选择轴的材料 初步选择材料为45号调质钢，这种材料的机械性能可查表得： 2.6.2大齿轮轴尺寸计算 求大齿轮轴（输出轴）上的功率,转速，和转矩 求作用在齿轮上的力 因已知低速大齿轮的分度圆直径，可求：圆周力： 径向力： 轴向力： 初步确定轴的最小直径 首先按照下面列的式估计轴径的最小值。由于轴选取的材料为45号钢（调质钢）。于是可以得到, 大齿轮轴的最小直径明显等于安装联轴器处轴的直径与联轴器的孔径相适应，所以应该同时选择联轴器的型号。 查阅濮良贵主编的第九版机械设计书中的表14-1，可以得到联轴器的计算转矩,又因为转矩只有微小变化，取,则：按照联轴器公称转矩应当大于计算转矩的条件，查阅濮良贵主编的第九版机械设计手册后，选用LX3型弹性联轴器。半联轴器的孔径d=50mm，故。轴的结构设计（1） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 选取。2）以滚动轴承为第一选择。因为轴承既承担轴向力又承担径向力的作用，所以选择深沟球轴承。根据，同时参考工作中的要求，在轴承产品目录中以0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30314为第一选择，所以选取；而。3）取安装齿轮处的轴段5-6的直径为；4-5轴段与左轴承之间通过套筒来定位。为使套筒端面牢固的衔接轴承，取,齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h=(2-3)R，取4)考虑到轴承端盖的拆卸装配以及便于对轴承润滑的情况，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离为48mm，即取5)选取齿轮和箱体之间的距离为=16mm，又因为箱体存在锻造误差，所以滚动轴承的位置不能与箱体靠的太近，要留出一部分空间，于是取 到现在为止，我们把大齿轮轴的各段的直径和长度都确定了下来。(2)轴上零件的周向定位 用平键连接来限制齿轮及联轴器的周向转动自由度。通过，在濮良贵主编的第九版机械设计手册中查表6-1中得平键截面尺寸,选用铣刀加工键槽，长为63mm，于此同时为了保证齿轮与轴对齐良好，能够配合，因此，选择齿轮轮毂与轴的配合为；然后，半联轴器与轴采用相同的连接，选用平键尺寸为,半联轴器的配合选择为。选用过渡配合来限制滚动轴承与轴的周向转动的自由度，这里选择的轴的直径公差是（3）确定轴上的圆角和倒角尺寸 以轴端的倒角为C2，每个肩部的圆角半径如图7所示。图7：大齿轮轴工程图2.6.3小齿轮轴的尺寸计算 求小齿轮轴（输入轴）上的功率,转速，和转矩 求作用在齿轮上的力 因已知低速大齿轮的分度圆直径，可求：圆周力： 径向力： 轴向力： 初步确定轴的最小直径 首先，初次估计轴的最小直径。由于所选轴的材料为45钢，因此要淬火加回火（调质处理）。可以得到，,于是可以得到 由于输出轴的最小直径分明是装配联轴器处轴的直径与联轴器的内孔径相符合，因此，必须同时选择联轴器类型。 参阅机械设计书表14-1，结合联轴器的计算转矩公式，又斟酌到转矩变化很小，故取,则：根据联轴器公称转矩应大于计算转矩的前提，参阅机械设计手册后，使用LT5型弹性联轴器。半联轴器的孔径d=30mm，故。轴的结构设计（1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度2）以滚动轴承为第一选择。因为轴承既承担轴向力又承担径向力的作用，所以深沟球轴承。同时参考工作中的要求并根据，在轴承产品目录中以0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6305为第一选择，所以选取；而。3）选择安装齿轮处的轴段3-4的直径为；2-3轴段与左轴承之间通过套筒定位。为使套筒端面牢固的衔接轴承，取,齿轮的右端选取轴肩定位，轴肩高度h=(2-3)R，取 到现在为止，我们把小齿轮轴的各段的直径和长度都确定了下来。(2)轴上零件的周向定位 用平键连接来限制齿轮及联轴器的周向转动自由度。通过，机械设计手册中的表6-1中查得平键截面尺寸,选用铣刀加工键槽，长为38mm，63mm，于此同时为了保证齿轮与轴对齐良好，能够配合，因此选择齿轮轮毂与轴的配合为；然后，半联轴器采用与轴相同的连接，选用平键尺寸为,半联轴器的配合选择为。选用过渡配合来限制滚动轴承与轴的周向转动的自由度，这里选择的轴的直径公差是（3）确定轴上的圆角和倒角尺寸 以轴端的倒角为C1，每个肩部的圆角半径如图8所示：图8：小齿轮轴工程图（3）.轴建模及装配 根据设计结论用proe画出各个零部件（主要是轴）的三维模型，并完成装配，并且生成工程图。如下所示：图9：大齿轮轴建模图10：小齿轮轴建模只有锥齿轮副中的两个锥齿轮合理设计并且建模尺寸无误，才能实现锥齿轮副的精确装配，也只有这样才能保证锥齿轮副在仿真运行中不发生卡死和机构性干涉。直齿圆锥齿轮的啮合条件是分度圆锥度和为90度，即1+2=90，还要保证两个齿轮的大端模数和齿形角分别相等，标准压力角为20度。为了保证两对齿有可能同时在啮合线上接触，要求做到在小锥齿轮上，相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离，应该与大锥齿轮上相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离相等。在组合装配的时候，要严格满足两齿轮的锥顶，以及两个锥齿轮的轮齿分度圆锥角素线相重合的约束条件，只有这样才能够获得正确的锥齿轮副组合，也只有这样才能实现正常的运动仿真。即要实现锥齿轮副的正确配合，必须做到以下几点：（1） 两个锥齿轮的顶点相互重合；（2） 两个锥齿轮的节圆彼此相切（3） 两个锥齿轮的节锥素线互相重合（4） 两个锥齿轮的节锥半径相等（5） 两个锥齿轮的节锥角互补 图11为锥齿轮副的精准装配图：图11：齿轮与轴装配图因为篇幅限制箱体箱盖的设计以及轴承轴承盖等零部件的设计过程就不在此说明书中详细展示。下图为减速器整体装配图及爆炸图:图12：整体装配图图13：装配体爆炸图3传动齿轮接触应力的有限元分析3.1有限元分析的意义及思路 传动齿轮庞杂的应力分布环境和变形原理是造成齿轮设计障碍的关键源由,有限元分析理论和各式有限元分析软件的崭露,让日常策画人员没有必要针对齿轮受力作前期巨大的准备和斟酌,就可以大致上了解齿轮的受力和变形的状况,并且可以遵从有限元计算成果,找出设计中的不足和缺陷,以方便对齿轮实行修正。ANSYS软件是一种大型通用有限元分析软件,是寰球领域内前景最好的计算机辅助工程(CAE)软件,能与绝大部分计算机辅助设计软件接口,如CAD,proe，solidwowks等。能与pc端模拟仿真软件达成数据的共享和交流,例如AutoCAD，Creo, CATIA等。本文所分析的齿轮传动的主要数据为：齿数Z、厚度D、分度圆直径d、模数m，首先生成齿轮模型，然后完整分析齿轮模型。将建立好的三维模型导入ANSYS中，按网格划分、施加载荷和求解分析等步骤对齿轮进行分析。要对锥齿轮进行接触分析的有限元计算，划分网格的程度是很重要的。如果直接用自由网格划分功能对整个锥齿轮系进行划分网格，划分出的是四面体形状的单元，齿轮轮体上的网格划分的相对较粗而齿轮轮齿上的网格却划分的相对较细，这会导致轮齿和轮体上的单元大小相差很大，在计算的时候会出现不合常规的刚度矩阵。但是，为了有条件能够更方便的控制实体各个部分的网格大小，我们采用的方法划分单元 。通过这种方式划分的单元网格形状是六面体的。我们要对两个齿轮实体三维模型进行合适的分块，以便够进行体扫掠网格划分，其中每一个分块都是只包含一个目标面和一个源面的小实体。为了保证划分网格是相连接的，这些小实体也应当是相互联结的。所以要把握每一个小实体的网格划分。如果要确保两个齿轮在接触齿上有足够多的单元接触，则不仅要对齿轮上的轮齿做精细划分而且要尽量使轮齿和轮体上的网格划分足够均匀。按照这种方式划分出来的网格计算结果更精确。还有，要调整的线及轴向的线划分的单元数。3.2齿轮的建模 使用proe进行实体建模。把传动的齿轮啮合到一起，并且确保无误的啮合位置之后，才可以执行齿轮接触应力分析。明确两个齿轮在啮合线上互相配合的所有位置，保证两齿轮在节点处相啮合。正确啮合模型如图14所示：图14:：齿轮实体建模结果3.3创建接触对利用ANSYS接触向导将啮合大齿轮的齿廓面1和小齿轮的齿廓面2设置为接触对，使齿廓面2为源接触面，齿廓面1为目标接触面。设置摩擦系数为0.15。同理，设置啮合大齿轮的齿廓面3和小齿轮的齿廓面4为接触对。如图15：图15：创建接触对 3.4模型的网格划分 有限元分析的最重要程序是网格划分，划分网格是实体建模的主要目的，为了生成节点和单元。网格划分以生成节点和单元的过程包括3个环节：（1） 单元的选择 点击如图16所示选项设置单元类型。 图16：设置单元类型 常用的三维实体单元有SOILD45，S0ILD92，S0ILD94，S0ILD185，S0ILD186，S0ILD187。 对于非线性材料应主要采用S0ILD185，S0ILD186，S0ILD187单元。因为他们有更多的材料模式，采用最新的单元技术。对于自由网格的应用最好采用有中间节点的单元，否则单元的退化形式精度将会大受影响。 其中S0ILD92单元是十节点四面体单元。由于该单元使用节点较少，几何适应性强，经常应用于曲线边界建模。因此，本设计锥齿轮模型采用S0ILD92单元划分网格，如图17所示： 图17：单元的选择（2） 材料特性选择 在前处理模块中找到选项设置材料特性，定义材料为线弹性材料。如图18所示：图18：定义材料属性 选择齿轮材料为40Cr，淬火和表面硬化后，齿面硬度为350430HBS。它的机械性能为弹性模量：EX=200GPa，泊松比：PRXY=0.3，如图19所示 图19：输入弹性模量和泊松比（3） 划分网格 产生节点和单元的模型网格划分囊括了两个步骤：(1)定义单元特质;(2)定义网格的生成并控制生成网格。 左右有限元分析准确性的一大要素就是网格的划分，一般来说，网格划分的越密，数据模型越精密，公式越复杂，所占用的计算机CPU内存也越多,同样的，计算时间也越多。所以，实施有限元分析时通常首先需要对电脑配置有较高要求；其次，对模型进行的处理要到位，只有做到这两点才能够对需要分析的重要部位进行网格的生成及控制。 在单元库中选择S0LID42两齿轮的实体单元，因为S0LID42为四边形单元，有四个节点，相对于三角形单元而言，计算精度更高，没有它那样的不可改变，而关于中心节点的四边形来说，相比之下更少节点数，不仅能够节约计算时间，而且计算精度的变化不大。于是材料属性中弹性模量 ，泊松比PRXY=0.3，摩擦系数为MU=0.3。网格划分结果见图20,21,22：图20：划分网格后的齿轮下面是啮合部分的放大图： 图21:齿轮小端细节图 图22：齿轮大端细节图3.5施加边界条件和载荷 施加边界载荷的原则是：接触区域要足够保证该接触区域能够准确表达必需的接触过程。Ansys的面-面接触单元采用高斯积分作为检阅接触点的默认值，他比牛顿-罗伯特的节点积分项有着更为细致的拆分，用柱坐标系代替节点坐标系之后，点击应用菜单中的“选择”按钮在弹出的对话框中选择“方法”“通过选取和数值”选择小齿轮中小端内径圆的四条线，之后在选择“节点”“附上”“所有线条”再单击“预处理程序”“造型”“运动”“修饰”“旋转节点”“激活”，这会把小齿轮的小端的内径圆上的节点坐标系全部转换为柱坐标系，此时X,Y分别代表R,。单击“预处理程序”“解决办法”“定义负载”“代替”“执行”，在弹出的对话框中定义X方向固定不动，使其只有绕齿轮回转中心的转动自由度，也就是约束X轴，再次单击“预处理程序”“解决办法”“定义负载”“力和力矩”“执行”，在弹出的对话框中选择fy，输入fy的值为-88.6N，则至此小齿轮小端上的边界条件和载荷施加完毕。同理，约束小齿轮大端，大齿轮小端，大齿轮大端安装孔表面上的节点的所有自由度。需重复以上步骤3次。保证这两个齿轮仅具有围绕它们各自齿轮的中心轴线的旋转自由度。转矩负载施加到小齿轮的内表面，并且转矩负载使用以下公式计算： T值为负，小齿轮绕轴线顺时针旋转。3.6求解和结果分析 利用带矫正的现行类似方法来解决非线性的ANSYS的方程。这种方法将载荷瓦解成可以应用在数个载荷步内或者单个子部之内的一系列的向量。ANSYS使用了Ne