基于PROE二级圆柱齿轮减速

论论文文编编号 号 1 毕 业 论 文 题 目 基于 PRO E 二级圆柱齿轮减速 器的三维造型 姓 名 学 号 所在院系 机电工程学院 所学专业 机械制造及自动化 指导教师 完成时间 2011 12 10 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 1 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 2 摘 要 Pro Engineer 一个参数化 基于特征的实体造型系统 具有单一数据库功能 本文在减速器零部件几何尺寸数值计算的基础上 利用 Pro E 软件实现了齿轮 系和轴系等零件特征的三维模型设计 利用 Pro E 软件实现了齿轮系和轴系的 虚拟装配 具有较好的通用性和灵活性 此系统的实现可以使设计人员在人机 交互环境下编辑修改 快速高效地设计出圆柱齿轮减速器产品 同时通过 PRO E 对二级减速器进行建模设计 规划零件的装配过程 对实现预期的运动 仿真 建立机构运动分析 提高效率和精度奠定了基础 关关键词键词 二级减速器 轴承 齿轮 Pro E 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 3 绪 论 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式 它的主要优点是 瞬 时传动比恒定 工作平稳 传动准确可靠 可传递空间任意两轴之间的运动和 动力 适用的功率和速度范围广 传动效率高 0 92 0 98 工作可靠 使用寿命长 外轮廓尺寸小 结构紧凑 由齿轮 轴 轴承及箱体组成的齿 轮减速器 用于原动机和工作机或执行机构之间 起匹配转速和传递转矩的作用 在现代机械中应用极为广泛 国内的减速器多以齿轮传动 蜗杆传动为主 但普遍存在着功率与重量比 小 或者传动比大而机械效率过低的问题 另外 材料品质和工艺水平上还有 许多弱点 特别是大型的减速器问题更突出 使用寿命不长 国外的减速器 以德国 丹麦和日本处于领先地位 特别在材料和制造工艺方面占据优势 减 速器工作可靠性好 使用寿命长 但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主 体积 和重量问题 也未解决好 当今的减速器是向着大功率 大传动比 小体积 高机械效率以及使用寿 命长的方向发展 减速器与电动机的连体结构 也是大力开拓的形式 并已生 产多种结构形式和多种功率型号的产品 近十几年来 由于近代计算机技术与数 控技术的发展 使得机械加工精度 加工效率大大提高 从而推动了机械传动 产品的多样化 整机配套的模块化 标准化 以及造型设计艺术化 使产品更 加精致 美观化 在 21 世纪成套机械装备中 齿轮仍然是机械传动的基本部件 CNC 机床和 工艺技术的发展 推动了机械传动结构的飞速发展 在传动系统设计中的电子控 制 液压传动 齿轮 带链的混合传动 将成为变速箱设计中优化传动组合的方 向 在传动设计中的学科交叉 将成为新型传动产品发展的重要趋势 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 4 一 一 PRO E 的介绍的介绍 一 一 PRO E 的发展史的发展史 PRO E 是美国 PTC 公司旗下的产品 PRO Engineer 软件的简称 PRO E 是 美国参数技术公司 Parmetric Technology Corporation 简称 PTC 的重要产品 是一款集 CAD CAM CAE 功能一体化的综合性三维软件 在目前的三维造型软 件领域中占有着重要地位 并作为当今世界机械 CAD CAM CAE 领域的新标准 而得到业界的认可和推广 是现今最成功的 CAD CAM 软件之一 从 1985 年以来 PTC 为顶尖的客户提供了服务 收购了重要的公司 以及 创造了业界领先的产品 为您带来了最佳的产品开发软件 这些里程碑对产品 解决方案和公司文化贡献良多 使 PTC 成为产品开发解决方案的领先供应商 我们的综合解决方案已使 PTC 能够帮助客户优化其产品开发过程和实现更大 的商业价值 2010 年收购 Planet Metrics 领先的环境影响分析软件 可帮助公司有效改善 产品的环境表现 降低成本和减轻风险 2009 年收购 Relex Software 先进的可靠性工程软件 在灵活直观的框架中 提供关键系统性能指标 例如可靠性 可维护性和预测 2008 年收购 Synapsis Technology 业界最好的解决方案 用于跟踪和改善产 品 零件 材料及供应商的环保表现 2007 年收购 CoCreate 显式建模工具使 PTC 能够提供业界最全面的整套建 模解决方案 收购 LBS Ltd A D 和民航领域的综合保障 ILS 解决方案的领先 提供商 收购 NC Graphics 高速精密加工领域的最佳 CAM 解决方案 收购 NetRegulus 适用于医疗设备的领先的企业研究和质量管理软件 2006 年收购 ITEDO 领先的 2D 和 3D 技术插图及动画解决方案 收购 Mathsoft 工程计算的行业标准解决方案 2005 年收购 Aptavis Technology Corp 针对零售 鞋和服饰行业的基于 Windchill 的技术和专业知识 收购 Arbortext 动态发布领域领先的技术和专业 知识 收购 Polyplan Technologies 制造过程管理领域领先的技术和专业知识 发布 PLM on Demand 与 IBM 建立战略性合作伙伴关系 2004 年收购 Ohio Design Automation 领先的 ECAD 协作解决方案 2003 年 工业周刊 第二次授予 Pro ENGINEER 年度技术奖 2002 年发布 Windchill PDMLink 用于产品数据管理的纯 Internet 体系结构 的解决方案 PTC 的客户数超过 35 000 发布 Pro ENGINEER Wildfire 野火版 第一个完全支持 Web 服务的 CAD 系统 2001 年发布 Windchill ProjectLink 用于项目协作的纯 Internet 体系结构的 解决方案 2000 年收购 Nitidus 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 5 1999 年 PTC 的客户数超过 25 000 收购 DIVISION Group 和 Auxilium Inc 1998 年发布 Windchill 率先在市场上推出基于 Internet 的 PLM 解决方案 收购 Computervision 收购 InPart 1997 年 PTC 入选 S P 500 1996 年进入市场仅 8 年 Daratech 将 PTC 评为全球第一的 CAD CAM CAE 软件供应商 1995 年 PTC 跻身 财富 500 强 收购来自 Evans 和 Sutherland 的 CDRS 曲面设计产品 1992 年 工业周刊 授予 Pro ENGINEER 年度技术奖 Caterpillar 成 为我们的最大客户 1989 年初次公开招股 PMTC 1988 年发布 Pro ENGINEER 市场上第一个参数化 联合的基于特征的实体 建模软件 John Deere 成为 PTC 的第一个客户 1985 年公司成立 二 二 PRO E 的应用领域的应用领域 PRO E 是做模具设计最好的软件 是三维建模的领头羊 Pro ENGINEER 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 基 于特征的参数化造型 Pro ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型 的构造要素 这些特征是一些普通的机械对象 并且可以按预先设置很容易的 进行修改 例如 设计特征有弧 圆角 倒角等等 它们对工程人员来说是很 熟悉的 因而易于使用 装配 加工 制造以及其它学科都使用这些领域独特 的特征 通过给这些特征设置参数 不但包括几何尺寸 还包括非几何属性 然后修改参数很容易的进行多次设计叠代 实现产品开发 三 三 PRO E 的展望的展望 PRO E 基于备受业界赞誉的 PTC 价值路线图 PTC 已开发了一个功能强 大的评估工具 将使公司能够在产品开发中挖掘出真正的商业价值 制造公司 已经认识到打造和提供精彩的产品是成功的商业战略的精髓 但它们需要可靠 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 6 的向导来帮助它们将战略与实现目标所需的实际工作加以结合 产品开发系统 目标评估 是一种量身定做的咨询服务 它能够帮助公司优化产品开发资源 以取得业务成绩 通过这种独具特色的服务 PTC 帮助各个公司决定关键的产 品开发计划 确定为实施计划和实现目标需要采用的过程和具备的能力 如图 1 1 所示 图 1 1 价值路线图 在此期间 我们将与您的关键产品开发团队进行一系列面谈 确定那些能 够推动您的企业发展和赢利的战略性产品开发价值机会 一旦确定了您的产品 开发战略 我们便着手评估目前您在能力和过程方面存在哪些阻碍您实现业务 目标的差距 我们将分析您的运营状况 确定需要对哪些产品开发过程和能力 进行改进和提高才能取得显著的业务成果 最后 我们将进行益处分析 估计 出通过有针对性地进行能力开发来实现关键产品开发过程的优化和自动化 可 以带来怎样的成本节约潜力 如图 1 2 所示 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 7 图 1 2 运营状况 评估公司特有的价值机会 即通过面向产品开发的战略促进增长和 或赢 利的机会 分析图 3 所列的机会 确定关键业务目标的优先次序 这些目标有 开拓新的市场 降低产品开发和生命周期成本 加强资产利用 评估将近 100 项业务计划 这些计划通过促使人员 过程和技术发生变化 来创造价值 分析公司业务计划 确定优先次序 这些计划有 改善产品结构决策的管理 提高零件和设计的重用率 提高产品的模块化 等等 评估特定于公司的产品开发过程成熟度 即实现公司计划所需要的过程 通过分析特定的过程 确定需要最先弥补的能力差距 而这些过程包括 变更和配置管理 设计外包 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 8 元件和供应商管理评估系统基础结构 分析公司的系统基础结构 包括 CAD CAM 系统环境 所使用的企业资 源计划系统以及工程变更管理战略价值机会 依靠以客户为中心的产品来扩大市场份额 保护产品定位 提高满足需求的能力 设计持续的收益流 开拓新的市场 设计上实现价格增值 降低产品成本 降低产品开发和生命周期成本 加强资产利用操作产品开发过程 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 9 二 二级圆柱齿轮减速器的制造二 二级圆柱齿轮减速器的制造 一 减速器的应用 一 减速器的应用 减速器主要应用于食品包装 建筑 船用 工业等领域 二 轴承的组成及特点 1 轴承一般由内圈 外圈 滚动体和保持架 2 特点 轴承具有摩擦阻力小 启动灵敏 效率高 旋转精度高 润滑简便和拆装方 便等优点 被广泛应用在机器和机构中 三 轴承和键的参数 通过对轴承的测绘 查表得出轴承的正确参数 如表 2 1 所示 表 2 1 深沟球轴承 尺寸 mm dDbrmin 系列 103090 6 1232100 6 1535110 6 1740120 6 2047131 2552141 通过对键的测绘 查表得出键的正确参数 如表 2 2 所示 表 2 2 圆头普通平键尺寸 键的公称尺寸轴径 d B h9 H h11 C 或 rL h14 自 6 8226 20 8 10336 36 10 1244 0 16 0 25 8 45 12 175510 56 17 226614 70 22 3087 0 25 0 4 18 90 四 轴承和键的造型 1 1 新建零件文件新建零件文件 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 10 在上工具栏中单击 新建 按钮在系统弹出的 新建 对话框 选中其 中的零件单选按钮 在 名称 栏中输入 zhoucheng 不勾选 实用缺省模 板 单击 如图 2 3 所示 图 2 3 在弹出的 新文件选项 对话框中选择 mmns part solid 将英制单位改为 公制单位 单击进入三维实体建模环境如图 2 4 所示 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 11 图 2 4 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 12 2 2 创建基础实体特征创建基础实体特征 三 轴的设计及其它零件的组图三 轴的设计及其它零件的组图 一 轴的设计 一 轴的设计 以高速轴为例 A 新建零件文件 在上工具栏中单击 新建 按钮在系统弹出的 新建 对话框 选中其中 的零件单选按钮 在 名称 栏中输入 changzhou1 不勾选 使用缺省模板 单 击 在弹出的 新文件选项 对话框中选择 mmns part solid 将英制单位改 为公制单位 单击进入三维实体建模环境 B 创建基础实体特征 单击 旋转工具 按钮 在主视区下方出现旋转特征操控板 在操控板中 单击按钮 在弹出的草绘上滑面板中单击 定义 按钮 弹出 草绘 对话框 在该对话框中要求选择草绘平面 在主视区内选择 TOP 基准平面作为草绘平面 在 草绘方向 栏中自动出现默认的草绘视图方向 接受默认设置 单击按 钮 弹出 参照 对话框 接受系统的默认设置 单击按钮进入草绘器 在注视区中绘制如下图的旋转草绘图 在右工具箱中单击退出草绘 在操控 面板中接受系统的默认值 单击右侧的按钮 完成旋转特征的创建 C 在实体上创建放置实体特征 1 倒角特征 在有工具箱中单击 倒角工具 按钮 在主视区中选 择两头的边线单击下工具箱左下拉列表框中将 D 值改为 1 单击下工具箱右侧 的 完成倒角特征的创建 2 创建齿特征参考大斜齿轮创建 D 在实体上创建键槽特征 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 13 在右工具箱中单击 基准平面工具 按钮 在弹出的 基准平面 对话框中 要求选择参照来确定基准平面的放置 在主视区中选择 FRONT 基准平面作为 新建基准平面的参照 在 偏移距离 输入框中输入偏移值 13 单击 确定 按钮完成基准平面 DTME 的创建 同样方法做键槽 2 基准平面为 DTME2 在右工具箱中单击 拉伸工具 在主视区下方操控板中单击按钮将 拉伸方式改为剪材料 在主视区内选择上一步创建的 DTME1 平面作为草绘平 面 接受系统默认草绘方向设置 单击按钮 在主视区中选择 TOP 基准 平面和小圆柱的边线作为绘图参照 单击按钮进入草绘器 在注视区中 绘制如下图的拉伸截面图 在右工具箱中单击退出草绘 在下工具箱的拉伸 方式选项中选择 从草绘平面以指定的深度值拉伸 按钮 在拉伸深度值输入 框中输入拉伸值 4 单击下工具箱右侧的完成实体的拉伸 J 键 2 深度为 3 键槽的画法如图 3 1 所示 由此可见创建轴的特征图如图 3 2 3 3 3 4 所示 图 3 2 高速轴 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 14 图 3 3 中间轴 图 3 4 低速轴 键的实体图如图 3 5 3 6 所示 图 3 5 图 3 6 四 减速器的装配四 减速器的装配 一 总装配过程 一 总装配过程 新建装配文件 在上工具栏中单击 新建 按钮在系统弹出的 新建 对话框 选中其中的组件按钮 在 名称 栏中输入 zhangpeitu 不勾选 使用缺省模板 单击 在弹出的 新文件选项 对话框中选择 mmns part solid 将英制单位改为公制单位 单击进入三维实体建模环境 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 15 在装配环境中选择插入 元件 装配 命令或者选择基础特征工具栏插入元件 工具选择元件进行装配 在出现的元件放置对话框中可以设置装配元件的参 照约束关系 第一个部件一般选择缺省约束 A 轴承装配 需要加销钉 一个轴对齐和一个面对齐 如图 4 1 所示 图 4 1 B 轴和轴承装配 轴对齐和面匹配 如图 4 2 所示 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 16 图 4 2 C 键装配 需三面对齐 如图 4 3 所示 图 4 3 D 齿轮装配 轮毂侧面和键侧面对齐 轴对齐和一面匹配 如图 4 4 所示 图 4 4 E 下箱体和端盖装配 需要两孔中心线对齐和一面匹配 如图 4 5 所示 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 17 图 4 5 F 齿轮轴和下箱体装配 需要一中心线对齐和一面匹配 如图 4 6 所示 图 4 6 G 上箱体与下箱体装配 需要一轴对齐和面匹配 如图 4 7 所示 图 4 7 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 18 H 螺栓及螺母装配 需要一轴对齐和一面匹配 如图 4 8 所示 图 4 8 I 油标及螺塞装配 需要一轴对齐及面匹配 如图 4 9 所示 图 4 9 二 总装配图及爆炸图 二 总装配图及爆炸图 A 总装配图 如图 4 10 所示 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 19 图 4 10 B 爆炸图如图 4 11 所示 图 4 11 设计总结设计总结 通过设计 该展开式二级圆柱齿轮减速器具有以下特点及优点总结如下 1 齿轮传动能实现稳定的传动比 2 由于系统所受的载荷不大 在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够 满足强度及刚度要求 而且节省材料 降低了加工的成本 由于二级展开式齿 轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称 当其产生弯扭变形时 载荷在齿宽分布 不均匀 因此 对轴的设计要求最高 通过了对轴长时间的精心设计 设计的 德州科技职业学院 2009 级毕业论文 德州科技职业学院机电工程系 20 轴具有较大的刚度 保证传动的稳定性 较大尺寸的底面积及箱体轮毂 可以 增加抗弯扭的惯性 有利于提高箱体的整体刚性 3 本论文的设计过程中 充分熟练利用了 Pro E 野火版 4 0 软件进行了 几何造型设计 便捷的模型再生成编辑 可以缩短产品更新换代生产的整个周 期 并且此设计还具有形状均匀 美观 使用寿命长等优点 可以完全满足设 计的要求 进一步利用数控加工设备进行技术加工 可以显著提高减速器的设 计制造精密 设计制造质量 设计制造效率 4 由于时间紧迫 所以这次的设计存在许多缺点 比如说箱体结构庞大 重量也很大 齿轮的计算不够精确等等缺陷 模型结构装配后的应用 Pro E 造 型后的参数化设计 仿真模拟 数控编程等是本设计基础上的更高级设计 我 相信通过这次的实践 能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作 有能力 设计出结构更紧凑 传动更稳定 技术含量更高更精确的机械设备 参考文献参考文献 1 西北工业大学机械原理及机械设计教研组编 濮良贵 纪明刚主编 机械设 计 第七版 M 北京 人民教育出版社 2001 11 210 2 吴宗泽 罗盛国主编 机械设计课程设计手册 第 3 版 M 北京高等教 育出版社 2006 12 311 3 洪钟德主