基于PROE的减速器的结构设计及运动仿真

襄 樊 学 院 毕业设计 (论文 )正文 题 目 基于 的减速器的结构设计及运动仿真 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 职 称 2007年 3 月 20 日 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 摘要 齿轮减速器是广泛应用于机械行业的机械装置。它是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装置。 随着科学技术和国民经济的发展，在机械传动系统中的需求量越来越大，质量要求也越来越高，传统的减速器设计方法己不能满足用户的需求。为了适应社会的发展， 本论文对减速器本身的结构特点和性能进行研究。运用 软件的高级建模技术和机构运动仿真 技术对 一级直齿圆柱齿轮减速器 进行 三维建模、虚拟装配及运动仿真 。这样更直观，更全面地反映了减速器的设计意图，让设计者在设计阶段就能清楚地见到产品的最终结果，及时发现设计问题，缩短设计开发周期。既减轻了工作量又节省资金。 大大提高了产品的设计开发效率。 符合现代技术的发展要求。 关键词 :齿轮减速器、 软件、三维建模、虚拟装配、运动仿真 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 is to It is of of In to to so on of D Is in to to to 3D; 樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 目 录 第一章 绪 论 . - 1 - 研究的目的及意义 . - 1 - 国内外的研究现状及发展趋势 . - 2 - 主要研究内容、途径及技术路线 . - 2 - 要研究内容 . - 2 - 要研究途径和技术路线 . - 3 - 本章小结 . - 4 - 第二章 减速器的零件结构设计 . - 6 - 减速器总体结构的分析 . - 6 - 减速器主要零件的三维造型 . - 6 - 定箱体的设计 . - 6 - 速器内部轴的设计 . - 14 - 轮的设计 . - 15 - 它零件的设计 . - 18 - 章小结 . - 18 - 第三章 减速器的装配 . - 19 - 速器的模型分析 . - 19 - 速器模型创建步骤 . - 19 - 速器的分解视图 . - 22 - 章小结 . - 22 - 第四章 减速器的运动仿真 . - 23 - 动仿真概述 . - 23 - 件连接 . - 23 - 机构仿真 . - 26 - 章小结 . - 29 - 第五章 结束语 . - 30 - 谢 辞 . - 31 - 参考文献 . - 32 - 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 第一章 绪 论 究的目的及意义 当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。 90 年代以来，随着以计算机技术为支柱的信息发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快，市场竞争日趋激烈。同时，工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设 计提高到了一个新的高度，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。正因如此，工业设计领域的研究逐渐受到了国内学者的关注。特别是近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体等技术的发展和 软件应用的逐步深入，现代产品设计理论与方法的研究有了长足的进步。 随着现代化工业的高速发展，产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计 工作 在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。事实上，虽然开发中 设计本身所花的费用仅占产品 总 成本的 5%左右，但新产品的开发费用中约有 80%取决于设计过程，因而产品的设计阶段己被视为提高整个生产 效 率的瓶颈，对于生产系统的整个生产率起着举足轻重的作用。因此，伴随着现代化工业的发展，计算机辅助设计也得到了迅速的发展和普及。而参数化技术是当前 技术 需 要的研究 的 领域之一。参数化设计一般是指设计对象的结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改 图形功能，成为初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段。 为了能够更直观、更全面地反映设计意图，可在计算机内部建立相应的三维实体模型。并且，在三维模型的基础上可以进行零件装配、干涉检查、有限元分析，运动分析等高级的计算机辅助设计工作。而 美国参数技术公司 (研制的 件，它具有以上强大功能，因此本课题具有很重要的实际研究意义。 本课题设计的一级圆柱齿轮减速器正是运用 的独特造型设计功能来实现的。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 内外的研究现状及发展趋 势 当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。 90 年代以来，随着以计算机技术为主的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快市场竞争日趋激烈，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，为了缩短产品的设计周期、提高生产的质量、降低生产成本，就需要在产品的设计阶段进行预测。计算机辅助设计，将难以用语言表达的复杂的机械结构，应用多媒体技术以多样化的方式表现在屏幕上，达到了以直观和形象的形式学习机械设计知识的目的。 90 年 代后随着 术的发展，其系统性能提高，价格降低， 开始在设计领域全面普及，成为必不可少设计工具， 之所以在短短的时间内发展如此迅速，是因为它是人类在 20 世纪取得的重大科技成就之一，它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度。应用 技术业时行产品设计，能使设计、生产维修工作快速成而高效地时行，所带来的经济效益是十分明显的。 技术的发展与应用水平己成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计 算机技术的飞速发展， 技术己经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用 技术。我国 技术的研究和开发工作起步相对较晚，自 80 年代开始， 术应用工作才逐步得到了开展，随后 也有了应用，国家逐步认识到开展 应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广 技术，同时展开 技术的开发和研制工作。随着 技术的不 断研究，开发与广泛应用，对 技术提出越来越高的要求，因此 从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化、和标准化。也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。 要研究内容、途径及技术路线 要研究内容 本课题主要分析减速器的结构及工作原理，学习 三维造型软件的基本操作，特征造型方法及运动仿真等。具体研究内容有以下几点：（ 1）对减速器本身的结构特点和性能进行研究。（ 2）对减速器各组成零件的三维模型进行设计。（ 3）在 环境中生成减速器的各主 要零件的三维模型。（ 4）对减速器结构方案进行优化襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 设计。（ 5）对减速器的工作情况进行运动仿真。 要研究途径和技术路线 1、对国内外现有减速器成型设备的技术水平、生产过程、控制等进行调研，归纳，调查国内减速器情况和国内需求情况，采用本行业专家建议结合本课题的设计，采用 建 模成型 及其仿真 原理设计 减速器。 2、查阅有关减速器、机械原理、 软件功能等与设计相关方面的资料，研究国内外相关的设计手册或书籍，在保证设计方案可行性的基础上，用 设计出减速器的结构并进行仿真。 3、利用计算 机三维造型软件对机构进行三维造型和运动仿真，及时发现问题，及时修改。实行边科研、边设计、边制造等，这样信息反馈快、整改及时、从而提高工作效率高和经济效益。 速器结构的三维 参 数化设计系统结构 用户界面模块 总体设计 结构设计 数据库模块 用户界面生成数据 生成数据 模型 库 块 零件模型库 装配关系模型库 应用程序模块 图 1速器结构三维参数化设计系统结构 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 上图概述了减速器传动装置的总体设计、结构设计、系统设计方法 ,系统设计方法 ,系统总体结构等。 速器结构在 三 维参数 化设计系统运行流程图 章小结 本章主要对课题的研究目的和意义及主要研究途径和技术路线进行了说明，通过襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 对这些问题的分析和 探讨 ,更加深入了解对课题研究的必要性。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 第二章 减速器的零件结构设计 速器总体结构的分析 减速器中的零件包括上、下箱体、齿轮、齿轮轴、键、轴承、套筒、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 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。 速器主要零件的三维造型 定箱体的设计 一、 减速器箱体底座的设计 箱体零件看起来很复杂 ,但实际只需要用到几个较为简单的特征创建命令 ,如 拉伸 (包括拉伸和去除材料 )、孔操作、倒圆角、镜像以 及移动复制等。 二、箱体底座的创建步骤 打开 软件，再打开“新建 ” 对话框 建文件图标 输入零件名称： 击 画面显示基准平面 单击右侧 按钮，接受工作区下方“操控板 ” 栏，单击“草绘 ” 按钮，进入草绘模式。绘制如下的草图 2成后单击工作区右边草绘工具栏中的 退出草绘，在工作区下方的“深度值 ” 输入框中输入拉伸距离“ 20” ,完成特征创建如 图2示 图 2面绘制 图 2箱体底座毛坯图 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 这两个特征仍采用拉伸实体的方法创建。首先进入拉伸实体的界面，选择下箱体底座毛坯的上面作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式后绘制如图 2示的草图，输入深度“ 120” ，生成如图 2示的内腔特征。 图 2腔特征的草绘截面 图 2 成的内腔特征 用相同的方法创建凸缘特征。这里不再赘述，完成草绘后输入拉伸深度 15，生成如图 2示的凸缘特征。 图 2成的凸缘特征 图 2成的拉伸特征 首先，在实体的一侧利用拉伸、剪切功能创建轴承座的基体特征如图 2示的完成的拉伸特征。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 用类似的方法创建轴承座孔，与创建基体不同的是需要在“操控板 ” 中单击去除材料按钮。选择上一个拉伸特征的外表面作为草绘平面，确定去除材料的方向，系统提示选取去除材料的拉伸 方向，拉伸至选择的面，最后生成去除材料后的实体如图2示。 图 2成轴承孔的创建 创建筋特征时需要创建新的基准平面作为草绘平面，在两个圆心的中间创建两个基准平面，基准平面完成后，在工作区右侧的“程特征栏 ” 中选择 (筋工具 )，然后单击 按钮，弹出“剖面放置” 对话框，根据提示选择先前创建的基准平面草绘平面，接受系统默认的草绘方向，单击“”进入界面在基准平面 绘制开放的筋剖面，单击 按钮，退出草绘界面，在“厚度”一栏中输入筋厚 度值“ 20” ，单击 按钮，完成筋的创建。用相同的方法依次创建其余三个筋特征，完成后如图 2示。 图 2成筋特征的创建图 2成凸缘上所有孔的创建 (1)创建凸缘上的孔 单击工作区右边“工程特征栏 ” 中的 ，接受 默认项创建直孔，根据系统提示襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 选取择图 2头所示的平面为孔放置平面，然后分别选择如图所示的下边两个箭头所指的边线为次参照，并在工作区中修改孔直径为 ” 20” ，与两边线的距离均为 25，修改参照及各尺寸的操作 也可在“操作控板”中进行，钻孔深度选择 ，参照平面选择凸缘的下表面，单击 按钮，用同样的方法作其它的六个孔，完成如图 2 (2)创建底座上的孔 单击“工程特征栏 ” 中的 ，接受 默认项创建直孔，选取底座上表面作为孔的放置平面。在“操控板”中选择直孔，使用“草绘”定义钻孔轮廓，在草绘器中绘制孔的剖面，其剖面如图 2示。在些环节中要注意定义孔的中心轴，否则系统会弹出不允许退出草绘器的对话框 (即没有完成剖面的绘制 )。剖面绘制完成后，单击按钮退出草绘器，按照前面所讲的方法选择放置的参 照并修改参照尺寸，用同样的方法作另一个孔， 单击 按钮，完成底座上如图 2头所指的孔的特征。 图 2座上孔的剖面 图 2座上孔的创建 (3)创建轴承座上的孔 轴承座上的孔的创建方法与凸缘上的孔创建方法相同，这里不再赘述，所创建出来的所有孔如图 2示 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 0 装 订 线 图 2成所有轴承座上的孔 选择箱体的底面为草绘平面，创建底板的去除材料行征，在“基础特征工具 栏 ”中选择 ，工作区下方出现“操控板 ” ，单击确定操作为去除材料，然后单击 进入草绘界面。完成剖面后单击 退出草绘。在“操控板”或工作区中选择去除材料的方向，修改拉伸距离为“ 5”。单击 按钮生成去除材料特征如图 2示。 图 2成去除材料特征的创建 在“工程工具栏 ” 中选择 (倒圆角工具 )，系统将提示“先取一条边或边链 ,或选取一个曲面以创建倒圆角 ” ,先选取图中需要倒圆角的边，在“半径输入值 ” 对话框中输入需要倒圆角的值 ,单击 按钮完成各倒圆角 的创建如图 2示。 下箱体的辅助特征包括放油尺 凸台，创建这两个辅助行征仅用到几个简单的特征命令，如拉伸、剪切、倒圆角等，创建过程在这里不再详细介绍。完成所有特征创建后的实体如图 2示。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 1 装 订 线 图 2圆角后的实体 图 2箱体零件 三、上箱体零件造型设计 1、新建零件 按上一目中的方法建立名为 新文件名。 2、 创建上箱体的 凸缘特征 单击 和 按钮，选择 草绘平面 ，单击“草绘”打开草绘器，绘 制如图 2示的剖截面，单击 按钮，退出草绘器。在“操控板”中单击 按钮并输入拉伸深度“ 15”，单击 按钮完成 凸缘特征的创建，如图 2示。 图 2缘特征的剖截面 图 2成的凸缘特征 单击 和 按钮，选择 2头所示的平面为草绘平面，绘制如图 2成的后的实体如图 2示。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 2 装 订 线 图 2承座基体的剖截面 图 2成的轴承座基体特征 4、创建上箱体的主体部分 上箱体的主体部分的创建分三步完成。 （ 1）创建主体部分的拉伸特征 单击 按钮，选择基准面 草绘平面，单击“草绘 ” 打开草绘器，绘制 如图 2示的剖截面。单击 按钮退出草绘器。在“操控板”中单击 按钮，并输入拉伸深度“ 110”，单击 按钮完成基体部分特征的创建，如图 2示。 图 2体部分剖截面 图 2成的基体部分 特征 （ 2）创建主体部分的去除材料及倒圆角特征 单击 按钮，使用先前的草绘平面和参照，在草绘器绘制剖截面，完成绘 制后，在“操控板 ” 中选择 和 按钮，输入拉伸深度“ 90”单击 按钮完成去除材料特征的创建如图 2示。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 3 装 订 线 图 2成去除材料及圆角特征的创建 图 2成轴承座的去除材料特征 (1)创建去材料特征 单击 按钮 ,选择图 2箭头所示的平面为草绘平面 ,单击“草绘 ” 打开草绘器，绘制两部分圆形剖截面。单击 按钮退出草绘器，在“操控板”中单击 和 ，根据提示在工作区中选择正确的拉伸方向，按图中所示定义去除材料的两个方向，单击 按钮完成去除材料特征创建如图 2示。 (2)创建另一侧的轴承座特征 选择菜单“编辑 /特征操作”选项，弹出“菜单管理器”。单击“复制、镜像、完成”。根据提示在模型树中选中第 3 步，第 5 第 (1)条中创建的有关轴承座的各个特征，单击“完成”。选择 为镜像面，选取镜像面的同时完成上箱体另一侧轴承座特征的创建。如图 2示。 图 2成另一 侧轴承座特征的镜像复制 与下箱体一样，上箱体也需要创建筋和孔及倒圆角，方法和 箱体底座的创建的第5 步、 6 步及第 8 步一样，这里不再详述，所成完的筋的创建如图 2头所指处所示。完成的所有孔如图 2示。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 4 装 订 线 图 2成的筋的创建 图 2成的所有孔及倒圆角特征的创建 上箱体的辅助特征包括窥视窗、通气孔和启重螺钉凸台，这里不再详细介 绍它们的创建过程 ,完成所有特征创建后的实体如图 2示。 图 2成所有的上箱体零件 速器内部轴的设计 一 . 新建零件 按上一节中的方法建立名为 新文件名。 二 (1) 单击旋转和 ，选择 草绘平面，单击“草绘”打开草绘器，绘制如图 2击 按钮，退出草绘器，在“操控板”中输入要旋转的角度值 360度，然后单击 ，按钮完成轴的基本特征如图 2示。 (2)创建键槽 单击 和 ，选择系统 默认的草绘截面，进入草绘平面画出键的剖截面图，襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 5 装 订 线 单击 退出草绘器， 在“操控板”中输入要拉伸的值“ 单击 完成键 槽的创建如图 2示。 其中，另一根轴的创建方法与其相似，在这里不再叙述具体步骤，完成的基本特征如图 2示。 图 2轮轴的剖面图 图 2成齿轮轴的基本特征 图 2成的键 槽的创建 图 2成大齿轮轴创建 轮的设计 齿轮的创建需要用到拉伸、切剪、倒角、镜像、阵列等。下面介绍一下齿轮的创建。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 6 装 订 线 1 新建零件 按第一节中的方法建立名为 新文件名。 2 创建齿轮基本圆 (分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆 )曲线 齿轮的基本圆尺寸是由齿轮的基本参数确定的，其创建过程分为以下 3 个步骤：（ 1）创建任意尺寸的基本圆曲线。 单击“基准”工具栏中的 图标，弹出“草绘的基准曲线”对话框。在工作区 中选择基准平面 为草绘平面 ,接受系统默认的其他放置参照，单击“确定”按钮进入草绘器，绘制如图 2示的任意尺寸的基本圆曲线。单击 按钮，退出草绘器。完成的基本圆曲线如图 2示。 图 2意尺寸的基本圆曲线 图 2成齿轮基本圆曲线的创建 （ 2）添加齿轮参数 选择菜单“工具 参数”选项，弹出“参数”对话框。单击 (添加新参数 )按 钮，将齿轮的各参数按照图 2示依次添加到参数列表中，并按图中所示设置参数的类型数值以及指定的方式等。然后单击“确定”按钮，完成齿轮参数的添加。 （ 3）添加参数关系式以确定齿轮的基本圆尺寸 选择菜单“工具 /关系”选项，弹出“关系”对话框，按图 2 所示在文本输入栏中输入各参数和关系式，其中，各关系式由回车键分隔开。添加图中的 4 个关系式时，需要插入基本圆曲线的尺寸符号，单击 按钮，系统提示选择一条曲线以显示其尺寸符号，在工作区中选取己创建的齿轮基本圆曲线，双击要插入的尺寸符号，将其插入到“关系”对话框中。然后单击“确定”按钮，完成齿轮参数关系式的添加。完成关系添加后，选取择菜单“编辑 /再生”选项，基准曲线的尺寸值发生改变，再生成为由齿轮参数关系式确定的值。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 7 装 订 线 图 2轮的 ”参数 ”对话框 图 2轮的 ”关系 ”对话框 3 创建齿槽的轮廓曲线 （ 1）创建齿槽一侧的渐开线曲线 单击“基准”工具栏中的 按钮，弹出“菜单管理器”。选择“从方程”选项， 单击“完成”进入下一级菜单，根据系统提示选取系统自定义的坐标系，设置坐标类型为“柱坐标”，打开名为 记事本文件，将渐开线的柱坐标方程添加到该文件中。选择菜单“文件 /保存”选项，将添加渐开线柱坐标方程后的 件保存到原路径下，单击“退出”按钮关闭该文件，完成渐开线柱坐标方程的添加，单击“曲线：从方程”对话框中的“确定”按钮，完成齿槽轮廓一侧 渐开线的创建。 （ 2）创建基准点，该点为渐开线曲线与齿轮分度圆的交点。 （ 3）创建基准轴，该轴为基准平面 交线。 （ 4）创建基准平面。 （ 5）创建齿槽另一侧的渐开线曲线。 （ 6）创建完整的齿槽轮廓线。 4 创建齿轮的基本实体 创建齿轮的基本实体包括以下两个方面。 (1)创建过齿顶圆的圆柱形实体特征。 (2)创建基本实体上的倒角特征。 5 创建齿轮的轮齿特征 创建齿轮的轮齿特征是依据实际加工齿轮的艺原理，即在基本实体上切出所有齿槽特征，同时生成齿轮的轮齿特征。其中生成的第一个齿槽特征如图 2 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 8 装 订 线 图 2成第一个齿槽特征的创建 图 2成所有的齿轮的创建 6 创建齿轮的辅助特征 齿轮的辅助特征包括辐板、齿轮轴孔等，齿轮孔的创建需要用到阵列，完成所有的齿轮的创建如图 2示。 7小齿轮的设计方法类似，完成的小齿轮的创建如图 2示。 图 2成的齿轮创建 图 2成的端盖的创建 它零件的设计 其它零件包括端盖、轴承、挡油环、垫片、螺 钉、键、调整环、套筒、反光片、油面指示片等等 , 这里不再详细叙述它们的创建步骤，其中端盖的创建如图 2示。 章小结 本章对主要零件进行了三维实体造型的设计，介绍了实体造型中常用的拉伸、旋转、阵列、倒圆角等基本操作方法和技巧。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 9 装 订 线 第三章 减速器的 装配 速器的模型分析 减速器中的零件包括上、下箱体、齿轮、齿轮轴、键、轴承、套筒、端盖等主要零件和螺钉等辅助零件。在装配过程中为简便起见，可先将齿轮、齿轮轴、键装配成子组件，再将子组件与其他零件装配整体模型。这样可以方便 零件在整体模型中的定位，简化操作过程。而分解视图的目的是为了在不改变元件间实际设计距离的前提下，清楚地表示出零件模型中元件之间的结构关系，生成组件后，还可在组件中创建并修改多个分解状态来定义所有元件的分解位置等等。 速器模型创建步骤 打开“新建 ” 对话框，选择组件，输入文件名“ ，单击“使用默认模板 ” 复选框取消选中标志，单击“确定 ” 按钮，打开“新文件选项对话框 ” 。选择板，建立单位为公制的新文件。 (1)新建子组件 单击“工程特征 ” 工具栏中的 按钮，弹出“元件创建 ” 对话框，选择元件类型为“子组件 ” ，子类型为“标准 ” ，输入子组件名称为“ 。单击“确定 ” 按钮，弹出“创建选项 ” 对话框。选择“创建特征 ” 选项，单击“确定 ” 按钮进入组件创建环境。这时模型树中的子组件标识显示为激活状态，可进行子组件的装配。 (2)添加 件到子组件 单击 按钮，弹出“文件打开 ”