减速器传动部分的三维实体设计与运动仿真

二级圆锥圆柱齿轮减速器西安文理学院机械电子工程系课程设计报告专业班级 课 程 题 目 减速器传动部分的三维实体设计与运动仿真学 号 学生姓名 指导教师 2012 年 9 月二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 1 页课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 教研室 课 程 机械 CAD/CAM 课程设计 题 目 减速器传动部分的三维实体设计与运动仿真 任务与要求1. 以每生机械专业的“课程设计一”减速器设计的设计参数为依据，利用目前的主流实体设计软件，独立完成本课程设计。2. 首先进行减速器传动部分的所有零件体的三维实体模型设计。3. 在三维零件实体的基础上，完成传动部分装配体的设计，健全装配关系。4. 进一步利用软件的功能实现零件体和装配体的工程图设计。5. 最后通过软件完成该传动系统的运动学仿真，并进行相应的干涉检查。6. 设计参数：m=128 =20 =12 b=207. 设计完成后，提交纸质设计报告，并提交电子文档的全部设计资料（以班级、学号加姓名命名的文件夹，其中文件夹中含各个零件实体图、装配体图、工程图、运动仿真动画、设计报告等） 。8. 利用软件生产减速器中一个典型零件的 G 代码。9. 积极跟指导老师沟通，完成答辩。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 2 页目录1 轴的设计 .51.1 高速轴 .51.1.1 草图绘制 .51.1.2 旋转特征创建轴实体 .61.1.3 进行圆角和倒角特征 .61.1.4 拉伸切除特征创建键槽 .61.2 中间轴和低速轴 .72 轴承绘制 .82.1 内外圈绘制 .82.1.1 内外圈轮廓绘制 .82.1.2 旋转特征 .82.2 切滚动槽 .92.2.1 滚动槽轮廓绘制 .92.2.2 旋转切除特征 .92.3 保持架绘制 .92.3.1 支撑架轮廓 .92.3.2 旋转特征生成保持架实体 .102.3.3 旋转切割保持架 .102.3.4 绘制滚动体 .112.3.5 阵列滚动体 .113 挡油环绘制 .113.1 草图绘制 .113.2 旋转生成实体 .123.3 进行圆角命令 .124 套筒、键绘制 .124.1 套筒绘制 .124.2 旋转生成实体 .134.3 键的绘制 .134.3.1 草图绘制 .135 锥齿轮的画法 .135.1 设置参数 .135.2 绘制基本图元 .145.2.1 添加关系 .145.2.2 校验关系式 .145.2.3 创建基准平面 .155.2.4 选择 DTM1 为草绘平面 .155.3 绘制锥齿轮大端的渐开线 .155.3.1 输入渐开线方程 .155.3.2 以 front 面为对称面镜像渐开线 .165.3.3 绘制大端的齿形 .16二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 3 页5.3.4 绘制齿形 .165.3.5 混合齿形截面 .165.3.6 阵列齿 .166.2 草绘 .186.3 列出关系式 .196.4 镜像 .196.5 拉伸 .206.6 阵列 .206.7 草绘并拉伸 .206.9 拉伸切除 .217.1.1 插入高速轴 .227.1.2 插入轴承 .227.1.3 插入挡油环 .227.1.4 插入套筒 .227.1.5 插入键 .227.1.7 插入透盖 .237.2 中间轴与低速轴的装配图 .238 仿真运动数据分析曲线 .249 工程图的设计 .269.1 导入低速端盖 .269.2 截面的绘制 .269.3 标注尺寸 .26参考文献 .28附录 1 爆炸图 .29附录 2 加工 G 代码 .30附录 3 工程图 .31二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 4 页1 轴的设计1.1 高速轴Pro/E 进行三维造型时，具有参数化设计的思想，大概画出实体的轮廓，然后标出所需要的尺寸，把尺寸参数化，进行一一修改，最终会指出的轮廓就是我们所需要的轮廓，这样可以大大提高制图的效率。以下所绘制的轮廓都是采用这种设计的思想进行设计的。在绘制实体轮廓时尽量选取视图平面为轮廓的边界，为创建实体图会带来很多方便。 1.1.1 草图绘制高速轴草图的绘制，以坐标系为中心绘制两条相互垂直的几何中心线，再绘制轮廓的大致形状，然后用参数命令调整尺寸为正确尺寸及轮廓如图 1-1 所示。 图 1-1 轴轮廓的绘制1.1.2 旋转特征创建轴实体在轮廓的基础上应用旋转特征，以垂直于轴端面的几何中心为旋转轴，旋转轮廓，生成实体生成如图 1-2。图 1-2 旋转轮廓所得实体1.1.3 进行圆角和倒角特征在创建好的实体上利用圆角和倒角特征进行圆角和倒角，轴的两个端面用倒角命令参数为 1X1，阶梯面上选取圆角命令参数为 0.5，倒角如图 1-3，圆角如图 1-4。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 5 页图 1-3 倒角特征 1-4 圆角特征1.1.4 拉伸切除特征创建键槽首先以 right 面为参照建立基准平面 DTM1 和 DTM2，所偏移的距离分别为键所对应的轴的半径，其偏移的结果如图 1-5 所示。图 1-5 创建片面 DTM1 和 DTM2然后在基准平面内 DTM1 和 DTM2 绘制键轮廓，创建键的轮廓时，要确定其具体位置，此时可以选取使用命令，然后点击轴的端面作为参照，尺寸确定之后，应删除使用命令所选取的参照，键轮廓如图 1-6 所示。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 6 页图 1-6 键轮廓最后应用拉伸切除命令，切除生成键槽实体如图 1-7 所示，到此高速轴的实体特征就此完成。图 1-7 高速轴的实体图1.2 中间轴和低速轴中间轴和低速轴的画法和高速轴类似，也是在轮廓的基础上应用旋转特征、边倒角和圆角特征，生成实体，然后建立平面，在基准平面上画出键槽轮廓，应用拉伸切除命令形成键槽。中间轴如图 1-8 所示，低速轴图 1-9 所示。 图 1-8 中间轴图 1-9 低速轴二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 7 页2 轴承绘制2.1 内外圈绘制2.1.1 内外圈轮廓绘制如图 2-1 所示，首先选择 front 面作为绘制平面，画一条中心线作为旋转实体的中心线，再绘制如图示的轴承内外圈轮廓，并标注相应的尺寸，如图 2-1所示2.1.2 旋转特征利用旋转特征创建轴承的内圈和外圈实体，如图2-2所示 图 2-1 内外圈轮廓 图 2-2 旋转特征创建内外圈所得实体2.2 切滚动槽2.2.1 滚动槽轮廓绘制 选取 front 面为草绘平面，绘制几何中心线以确定其具体位置，再绘制出以滚动体为直径绘制圆，轮廓如图 2-3 所示。2.2.2 旋转切除特征利用旋转切除特征创建滚动槽，如图 2-4 所示。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 8 页图 2-3 滚动槽轮廓 图 2-4 创建滚动槽2.3 保持架绘制2.3.1 支撑架轮廓支撑架的目的就是控制滚珠的游动范围，不至于两个滚动体的游动而相碰，支撑架轮廓如图 2-5 所示。2.3.2 旋转特征生成保持架实体利用旋转特征生成支撑架的实体，如图 2-6 所示。图 2-5 保持架轮廓 图 2-6 保持架实体2.3.3 旋转切割保持架在 front 面绘制旋转切除的半圆，再利用旋转切除特征创建保持架上的孔，如图 2-7 所示，最后再利用镜像特征创建轴承上滚珠的空隙，如图 2-9 所示。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 9 页图 2-7 保持架孔轮廓及旋转切除特征图 2-9 镜像特征滚珠空隙2.3.4 绘制滚动体应用旋转实体命令。图 2-9 圆锥滚子轴承实体2.3.5 阵列滚动体将滚动体于保持架的孔生成组之后，应用阵列命令，阵列滚动体。如图 2-9 所示二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 10 页3 挡油环绘制3.1 草图绘制根据 CAD 图，在草绘界面下绘制其大致外形，然后利用 PRO/E 的参数化命令将其尺寸调整如图 3-1.图 3-1 挡油环的草绘3.2 旋转生成实体所绘制的草图以几何中心为旋转轴，形成旋转实体，如图 3-2 所示如图 3-2 旋转所得挡油环3.3 进行圆角命令所得挡油环实体图，如图 3-3 所示图 3-3 挡油环实体图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 11 页4 套筒、键绘制4.1 套筒绘制套筒的画法和套杯类似，先是草图轮廓绘制如图 4-1 所示图 4-1 套筒草图 图 4-2 套筒实体4.2 旋转生成实体应用旋转实体命令生成实体。如图 4-2进行倒角命令，所得套筒实体，如图 4-3 所示图 4-3 套筒实体4.3 键的绘制4.3.1 草图绘制先是画一个矩形，再参数化尺寸，最后用三面相切圆命令，画出键的端面轮廓，如图 4-5图 4-3 键轮廓 4-4 键的实体图4.3.2 实体生成应用拉伸实体命令，形成实体。如图 4-4二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 12 页5 锥齿轮的画法5.1 设置参数图 5-1 参数设置 图 5-2 关系式的输入其中 M=3 为锥齿轮模数 Z=25 为小锥齿轮的齿数Z_D=75 啮合齿轮的齿数B=45 齿的宽度HAX=1 齿顶高系数CX=0.25 顶隙系数X =0 变位系数ALPHA=20 压力角输入关系式如图 5-25.2 绘制基本图元选择 front 面为草绘平面，绘制下图所示图 5-3 绘制图元 画出大致形状，并且标出必要的尺寸，齿根园半径 DB/2，基圆半径 DB/2，分度圆半径 D/2，齿顶圆半径 DA/2，齿宽 B，锥角 DELTA二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 13 页5.2.1 添加关系添加分度圆，齿顶圆，基圆，齿根圆直径关系式，如图 5-5，并进行校验图 5-5 添加关系式 图 5-6 关系式对应齿轮参数完全正确5.2.2 校验关系式校验成功，如图 5-6 所示5.2.3 创建基准平面以 front 面为法向，穿过草绘中的最左端的线创建基准平面 DTM1 如图 5-7图 5-7 绘制渐开线所在的平面5.2.4 选择 DTM1 为草绘平面坐标系 为参照，绘制四个同心圆和一条垂直于中心线的直线，同样再添加关系，确定出同心圆的尺寸如图 5-78图 5-8 四个同心圆的绘制及其尺寸的添加二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 14 页5.3 绘制锥齿轮大端的渐开线5.3.1 输入渐开线方程r=DB/COS(DELTA)/2THETA=t*60x=r*cos(THETA)+r*sin(THETA)*THETA*pi/180-r*COS(4.815)+DB/COS(DELTA)/2y=r*sin(THETA)-r*cos(THETA)*THETA*pi/180-r*sin(4.815)z=0当渐开线方程输入后，渐开线就生成了，如图 5-89图 5-9 形成渐开线5.3.2 以 front 面为对称面镜像渐开线图 5-10 镜像渐开线5.3.3 绘制大端的齿形在绘制齿形时，需要使用之前所绘制的圆为参照，选取使用命令，再进行修剪绘制出大端齿形轮廓，如图 5-11 所示。图 5-11 大端齿形轮廓 图 5-12 小端齿形轮廓5.3.4 绘制齿形以同样的方法绘制出小端的齿形，如图 5-12 所示。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 15 页5.3.5 混合齿形截面同时选择草绘的两个齿形，单击插入，混合，伸出项，选取两个齿形为截面为混合的两个环。5.3.6 阵列齿选择阵列伸出项，如图 5-13 所示图 5-13 形成锥齿轮的实体二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 16 页6 直齿轮的零件体设计6.1 设置参数新建零件-进入绘图界面。点击工具-参数，输入参数，如图 6-1 所示：图 6-1 参数表M=2.5 为锥齿轮模数 Z=27 为小锥齿轮的齿数B=81 齿的宽度HAX=1 齿顶高系数CX=0.25 顶隙系数X =0 变位系数=20 压力角=0 螺旋角点击确定，再点击工具-关系，输入计算公式，如图 6-2 所示：图 6-2二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 17 页6.2 草绘画出四个同心圆，分别标记d0=DF（齿根圆直径） , d1=DB（基圆直径）, d2=D（分度圆直径）, d3=DA（齿顶圆直径） ，如图 6-3 所示图 6-3 齿根圆 基圆 分度圆 齿顶圆草图的绘制 图 6-3 渐开线的绘制6.3 列出关系式输入关系式 HA=(HAX+X)*M（齿顶高关系式） ，HF=(HAX+CX-X)*M（齿根高关系式） ，D=M*Z（分度圆直径关系式） ，DA=D+2*HA（齿顶圆直径关系式） ，DB=D*cos()（基园直径关系式） ，DF=D-2*HF（齿根圆直径关系式）创建渐开线曲线，选择笛卡尔坐标系，输入方程式：r=DB/2，=t*45， （渐开线展角）x=r*cos()+r*sin()*pi/180，y=r*sin()-r*cos()*pi/180,z=0.如图 6-3 所示：6.4 镜像创建镜像平面、基准点和面，选择曲线和分度圆作为参照，获得基准点；选择基准点和基准轴作为参照，创建基准平面 DTM1，然后以 DTM1 和基准轴作为基准，创建 DTM2，设置 DTM1 和 DTM2 夹角为 90/Z，最后将刚才创建的曲线以 DTM2 为对称平面进行镜像。如图 6-4 所示：二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 18 页图 6-4 镜像渐开线 图 6-5 一个齿和轮体的拉伸实体图6.5 拉伸点击拉伸命令，拉伸长度为 78mm，得到齿形图，如图 6-5 所示：6.6 阵列将上一拉伸结果进行阵列，阵列数为 103，得到齿轮如图 6-6 所示：图 6-6 阵列齿形6.7 草绘并拉伸绘制齿轮内孔和轮毂的草图，绘制草图如图 6-7 所示图 6-7 内孔和轮毂的草图 图 6-8 拉伸切除特征再进行拉伸切除，如图 6-8 所示。二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 19 页6.8 草绘并旋转切除草绘图如图 6-8(a)所示，旋转切除得到图形如图 6-8（b）所示：图 6-8(a)图 6-8（b）6.9 拉伸切除绘制其腹板上的孔，并加以阵列得到最后的齿型图如图 6-9 所示：图 6-9 最终形成的低速轴上直齿轮的实体 二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 20 页7.装配图7.1 高速轴的装配7.1.1 插入高速轴如图 7-1 所示图 7-1 高速轴的插入 图 7-2 轴承的插入7.1.2 插入轴承如图 7-2 所示7.1.3 插入挡油环图 7-3 挡油环的插入 7-4 套筒的插入7.1.4 插入套筒需要两个免得约束可确定其具体位置，端面与挡油环的侧面配对，内孔与轴表面配对，如图 7-4 所示7.1.5 插入键需要与键槽的三个面配对，才能确定其具体位置，侧对侧，底面对低面，圆柱面对圆柱面，安装上的实体如图 7-5 所示二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 21 页7-5 键的插入 7-6 锥齿轮的插入7.1.6 插入锥齿轮锥齿轮内孔与轴的表面配对，毂的侧面与键的侧面配对，大端面与套筒配对，这样锥齿轮就完全约束，安装上的图如图 7-6 所示7.1.7 插入透盖如图 7-7 所示7-7 透盖的插入 7-8 高速轴装配图高速轴上的零件到此装配完成，如图 7-8 所示7.2 中间轴与低速轴的装配图中间轴的装配与低速轴的装配与高速轴的装配相同7-9 中间轴装配图 7-10 低速轴装配图8 仿真运动数据分析曲线二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 22 页首先根据 CAD 工程图的尺寸参数建立骨架模型，用于支撑运动轴。再接着将低速轴插入，使其轴线和骨架模型匹配， ，此时将约束关系设定为销钉连接，再下来逐个放入其他轴；效果图如下。最后添加电机，选择齿轮传动，添加电机时输入各个齿轮基圆半径，最终就可以进行运动仿真。其中给高速轴，中间轴和低速轴分别添加电机，以实现轴的转动。高速轴的转速是 1440r/min,其运动视频见文件“运动仿真.avi”。最终所形成的装配图如图 8-1 所示。图 8-1 最终形成的装配图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 23 页图 8-2 装配图分解图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 24 页9 工程图的设计9.1 导入低速端盖以低速端盖的垫片为例，新建绘图窥视孔垫片空A4 确定，进入绘图界面，选择一般，将鼠标放入界面内，完成轴的导入9.2 截面的绘制打开垫片的零件图，在键的截面建立基准轴。关闭零件图，在界面插入轴的投影图，点击轴，单击右键属性比例（设为 1）截面2D 截面，新建完成选择基准面区域完成。9.3 标注尺寸标注窥视孔垫片的基本尺寸。如图图 4.3 端盖工程图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 25 页图 4.4 高速轴工程图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 26 页参考文献1.Pro/ENGINEER Wildfire3.0 机械设计应用实践.武书彦 北京: 电子工业出版社.20102 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 中文版标准教材 王立新 北京: 清华大学出版社.20083机械设计 濮良贵.北京:高等教育出版社.20064机械设计课程设计 陆玉 主编 机械工业出版社5pro/ENGINEER 完全自学手册 凤舞 主编 上海科学普及出版社6Pro/ENGINEER 机械设计行业应用实践 零点工作室 张忠林 编著 二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 27 页附录 1 爆炸图附录图 1.1 爆炸图二级圆锥圆柱齿轮减速器 第 28 页附录 2 加工 G 代码%G71O0000(C:UsersAdministratorDesktopseq0004.ncl.1)(09/13/12-16:16:53)N0010T1M06S1000M03G00X-107.Y128.G43Z300.H01Z137.G01Z135.F300.X-123.406X-135.87Y123.X-107.Y118.X-151.186X-168.886Y113.X-107.Y108.X-186.586X-203.106Y103.333X-107.Y98.667X-219.626X-236.146Y94.X-107.X-193.299Y89.333X-252.666X-269.186Y84.667X-198.Y80.X-284.161X-299.055Y75.X-198.Y70.X-301.987X-302.798Y65.X-198.Y60.X-301.361X-301.Y55.X-198.Y50.X-301.Y45.X-198.Z300.G00Y-45.Z137.G01Z135.X-301.Y-50.X-198.Y-55.X-301.X-301.869Y-60.X-198.Y-65.X-302.798X-301.55Y-70.X-198.Y-75.X-297.537X-284.161Y-80.X-198.Y-84.667X-269.186X-252.666Y-89.333X-193.299X-107.Y-94.X-236.146X-219.626Y-98.667X-107.Y-103.333X-203.106X-186.586Y-108.X-107.Y-113.X-168.886X-151.186Y-118.X-107.Y-123.X-131.08X-121.Y-128.X-107.Z300.G00X24.Y-94.Z137.G01Z135.X-45.Y-98.667X24.Y-103.333X-45.Y-108.X24.Y-113.X-45.Y-118.X24.Y-123.X-45.Y-128.X-28.5Z300.G00X3.5