两级减速器设计与建模

1、 成绩： 三维建模（Pro/E）大作业课 程： Pro/E软件应用 学 期： 20102011学年第一学期 教 师： 陶 林 时 间： 2010年 1 月 2 日 姓名（学号）： * 年级、专业： 2009级 工程机械四班 西南交通大学峨眉校区机械工程系两级展开式圆柱齿轮减速器的设计1、 两级展开式圆柱齿轮减速器的概述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）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。其作用主要有两方面：降低速度的同时提高输出扭矩，扭矩输出大小按电机输出扭矩乘以减速比，但要注意不能超过减速器的额定转矩。减小速度的同时降低负载的惯量，惯量的减少为减速比

2、的平方。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速器的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、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，精确地角度传输都可以见到减速器的应用，且在工业应用上，减速器具有减速与增加转矩的功能，因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备上。减速器的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆

3、柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。通用减速器的发展趋势主要有三个方向：高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。通过CAD的设计我们可以很直观的了解减速器的内部构造，并通过运动仿真可以更清楚的了解减速器的工作原理，而

4、且通过对减速器进行行为分析可以了解减速器各部件的各种参数关系为减速器的改进设计提供极大地便利条件，最后通过CAD设计对数控加工与制造也提供了必要条件。2、 两级展开式圆柱齿轮减速器的工作原理减速器是由各级齿轮副组成的，通过用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速目的,再采用多级这样的结构,就可以大大降低转速。减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或其它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，普通的减速机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。3、 两级展开式圆柱齿轮减速器的设计分析减速器下箱体的设计：主

5、要运用拉伸、扫描、旋转、轮廓筋、镜像、阵列、打孔、倒圆角、螺旋切口扫描等特征配合创建一定的基准特征作为参照建模成型的。主要设计思路：先以拉伸特征工具创建基本的外壳形貌如图1-1所示再通过拉伸切除材料、拉伸、轮廓筋、镜像等工具创建下箱体的具体细节如图1-2所示然后通过打孔工具再进行孔的镜像与阵列得到基本成型的下箱体模型如图1-3所示最后通过旋转、螺旋切口扫描等特征进行局部的修饰得到我们最终的下箱体模型如图1-4所示（其中孔径尺寸可参见螺栓与销尺寸得知）。 图1-1 下箱体大致轮廓 图1-2 下箱体基本外形 图1-3 下箱体具体外形 图1-4 下箱体模型减速箱上箱体的设计：主要运用拉伸、抽壳、拔模

6、、拉伸切除、打孔、镜像、倒圆角等特征操作再配合基准特征的适当选取与参照完成模型的建立。主要设计思路：先通过拉伸、抽壳、拉伸切除等工具创建上箱体的大致轮廓形状如图2-1所示然后通过拉伸、拉伸切除得到如图2-2的模型再通过打孔、镜像等特征构建上箱体的细节如图2-3所示最后通过拔模、倒圆角、拉伸、拉伸切除等特征修饰模型的细节得到我们最终的上箱体模型如图2-4所示。 图2-1 上箱体大致轮廓 图2-2 上箱体基本外形 图2-3 上箱体具体外形 图2-4 上箱体模型减速器螺栓、螺母、六角螺塞、键、销、透气罩、油标尺的设计：主要通过拉伸、旋转、拉伸切除、螺旋切口扫描、倒圆角、倒角、修饰、旋转切除等特征完成

7、模型的创建。螺栓的设计思路：先拉伸出大致轮廓如图3-1-1所示再通过旋转、螺旋切口扫描得到最终的模型特征如图3-1-2所示（其它规格的螺栓建模如上所述）。 图3-1-1 螺栓基本外形 图3-1-2 螺栓模型螺母的设计思路：先拉伸出大致轮廓如图3-2-1所示再通过旋转、打螺纹孔等特征得到最终的模型特征如图3-2-2所示（其它规格的螺母建模过程如上）。 图3-2-1 螺母基本外形 图3-2-2 螺母模型销的设计：利用旋转工具，进入草绘绘制如图3-3-1所示的草绘截面，得到如图3-3-2所示的模型结果。 图3-3-1 销钉草绘截面 图3-3-2 销钉模型键的设计：利用拉伸特征进入草绘绘制如图3-4-

8、1所示的草绘截面，在经过倒圆角修饰得到如图3-4-2所示的模型结果（其它规格的平键建模过程如上）。 图3-4-1 键的草绘截面 图3-4-2 键的模型六角螺塞的设计：先利用拉伸特征得到如图3-5-1的大致轮廓，再用旋转切除、倒圆角、修饰等特征得到如图3-5-2所示的细节特征，最后通过螺旋切口特征得到需要的螺纹也即油塞的最终模型如图3-5-3所示。 图3-5-1 螺塞大致轮廓 图3-5-2 螺塞基本外形 图3-5-3 螺塞模型透气罩的设计：先草绘如图3-6-1所示的草绘截面，再通过旋转特征得到如图3-6-2的模型，最后通过拉伸切除、倒圆角等特征对模型进行修饰得到如图3-6-3的透气罩模型。 图3

9、-6-1 草绘截面 图3-6-2 基本外形 图3-6-3 透气罩模型油标尺的设计：先通过旋转特征得到如图3-7-1的模型，再通过螺旋切口扫描、切口扫描、倒角等特征得到如图3-7-2的模型，最后通过螺旋切口扫描、阵列特征对模型进行修饰得到如图3-7-3的油标尺模型。 图3-7-1基本外形 图3-7-2 修饰螺纹 图3-7-3 修饰滚花减速器的齿轮设计：主要运用方程曲线（齿轮渐开线）、拉伸、拉伸切除、旋转切除、镜像、阵列等特征创建。主要设计过程：定义齿轮参数。利用【工具】/【参数】对话框添加四个参数（模数m、压力角a、齿数zn、齿宽w）如图4-1所示。图4-1 定义齿轮的参数表以拉伸方式创建齿轮基

10、体部分。利用拉伸特征绘制如图4-2所示的拉伸截面建立如图4-3所示的关系（其中sd0为齿顶圆直径）建立拉伸厚度的关系“d0=w”（d0为拉伸厚度）得到如图4-4所示的齿轮基体。 图4-2 齿轮基体草绘截面 图4-3 草绘中的约束关系利用方程式创建渐开线。利用【插入基准曲线】图标【从方程】输入如图4-5所示的渐开线方程在【曲线：从方程】对话框单击【确定】完成齿轮渐开线方程的定义。 图4-4 齿轮基体 图4-5 齿轮渐开线方程草绘曲线。利用【草绘】特征绘制如图4-6所示的草绘截面建立如图4-7所示的参数关系式（草绘中sd0、sd1、sd2分别为分度圆、基圆、齿根圆）。 图4-6 齿轮渐开线草绘 图

11、4-7 齿轮的约束关系创建基准点与基准平面并镜像渐开线。利用【基准点工具】特征在渐开线与分度圆的交点处创建基准点POINT0。利用【基准平面工具】特征创建过轴A_1与POINT0的基准平面DTM1选中基准平面DTM1与轴线A_1调整方向并设定角度值为“360/pi/4”创建基准平面DTM2。选中前面创建的渐开线单击【镜像工具】按钮选择DTM2作为镜像平面得到的如图4-8所示的草绘图形。 图4-8 镜像渐开线 图4-9 齿槽草绘截面绘制齿槽轮廓图形并创建第一个齿槽。利用【草绘】特征绘制如图4-9所示的齿槽轮廓（其中底部倒圆角半径为“m*pi/8”）。利用【拉伸切除材料】特征创建第一个齿槽如图4-

12、10所示。 图4-10 第一个齿槽 图4-11 齿轮模型阵列齿槽。选中前面所创建的齿槽利用【轴阵列】特征选中轴A_1阵列个数设置为“zn”，角度设置为“360/zn”并单击【完成】隐藏不必要的曲线、点与平面得到如图4-11所示的模型（其它规格的如m=2.5,zn=101,m=3.5,zn=25,m=2.5,zn=23,m=3.5,zn=82的齿轮可以根据修改参数得到）。 图4-12 大齿轮 图4-13 小齿轮 图4-14 齿轮轴减速器齿轮轴的设计：主要运用草绘、旋转、倒角、拉伸等特征创建的。现根据尺寸构建一个草绘截面如图5-1所示，再通过拉伸、倒角等修饰得到齿轮轴模型如图5-2所示（其它轴如主

13、动轴、传动轴、输出轴模型建立同上）。图5-1 齿轮轴的草绘截面 图5-2 输出轴 图5-3 主动轴 图5-4 传动轴减速器轴承的设计：主要运用草绘、旋转、拉伸、旋转切除、倒圆角、合并等操作创建的。主要设计过程：先通过草绘、旋转特征构建如图6-1所示的模型然后通过草绘、旋转、合并、阵列等特征完成滚珠的创建如图6-2所示最后通过拉伸、旋转、合并、旋转切除等特征对轴承进行细节修饰得到如图6-3所示的模型（其它规格如7208C,7210C,7212C的建模过程跟上面类似）。 图6-1 轴承大致轮廓 图6-2 轴承基本外形 图6-3 轴承模型轴承端盖、挡油板、垫圈、毡圈、调整垫片、螺塞垫、垫片、窥视孔盖

14、的设计：轴承端盖的设计：先通过拉伸或旋转特征得到如图7-1-1的模型，然后通过拉伸切除材料与倒圆角、倒角特征得到如图7-1-2的模型，最后通过拉伸切除或打孔、阵列得到如图7-1-3所示的轴承端盖模型（其它规格的或封闭、开放的端盖及建模方法以上面类似）。 图7-1-1 大致轮廓 图7-1-2 基本外形 图7-1-3 端盖模型垫圈、毡圈、螺塞垫、挡油板、垫片、调整垫片的设计：垫圈、毡圈、螺塞垫、挡油板可直接用拉伸特征或旋转特征、倒角、倒圆角得到我们的模型如图7-2-1与7-2-2所示，垫片、调整垫片再利用打孔或拉伸切除、阵列特征处理后即可得到如图7-2-3的模型。 图7-2-1 垫圈 图7-2-2

15、 挡油板 图7-2-3 调整垫片窥视孔盖的设计：先通过拉伸工具得到如图7-3-1所示的模型，然后通过打孔、镜像特征得到如图7-3-2的模型，最后通过螺旋切口扫描得到如图7-3-3所示的窥视孔盖模型。 图7-3-1 大致轮廓 图7-3-2 打孔 图7-3-3 螺纹修饰4、 两级展开式圆柱齿轮减速器各组件的装配关系两级展开式圆柱齿轮减速器整体的两个角度的装配关系如图1与图2所示，整体的两个角度的分解视图分别如图2与图3所示： 图1 输出轴方位视角 图2 主动轴方位视角 图3 主动轴方位分解 图4 输出轴方位分解两级展开式圆柱齿轮减速器各组件的装配步骤与装配关系如下：减速器下箱体【缺省】装配如图5所

16、示，减速箱调整垫圈、轴承端盖以【用户定义】连接（包括插入、配对、两轴定向三个约束）得到如图6所示的模型。 图5 装配的下箱体 图6 装配的端盖与垫片主动轴、传动轴、输出轴的装配关系分别如图7/8/9所示（三者装配分别创建三个【组件】文件），首先导入轴并缺省放置，其它如齿轮、键、垫圈、轴承等的装配均为【用户定义】连接（包括插入或轴对齐、配对或对其、有些还包含配对定向等），其分解视图分别如图10/11/12所示。 图7 主动轴装配 图8 传动轴装配 图9 输出轴装配 图10 主动轴分解 图11 传动轴分解 图12 输出轴分解分别将主动轴、传动轴、输出轴装配到如图6所示的箱体上，其装配关系如图13所

17、示，其中轴与箱体之间以【销钉】方式连接（包括插入与配对）。得到图13模型的分解视图如图14所示。 图13 齿轮轴的装配 图14 齿轮轴的分解减速箱上箱体的装配关系如图15所示，以【用户定义】方式连接（包括配对、插入定向、配对定向等），然后装配螺栓、螺钉、螺母、透视盖、油标尺、油塞、吊环等得到如图16所示的装配关系，其装配关系均以【用户定义】方式连接（包括插入或轴对齐、配对约束）。 图15 上箱体的装配 图16 螺钉与垫圈的装配两级展开式圆柱齿轮减速器的运动仿真：运动仿真：经由【应用程序】进入【机构】先定义主动轮与传动轮，传动轮与低速轮之间的齿轮连接关系如图17与图18所示然后在主动轴上定义【伺

18、服电机】如图19所示接着新建【快照】如图20所示最后新建【分析】如图21所示单击【运行】即可进行运动仿真。动画制作：单击【回放】按钮得到【动画】对话框单击【捕获】得到如图22所示的【捕获】对话框单击【确定】即可进行动画的制作得到MPG格式的视频动画进行播放并截取播放过程中的一个画面如图23与图24所示。 图17 定义齿轮副1 图18 定义齿轮副2 图19 定义伺服电机 图20 抓取快照 图21 新建分析 图22 捕获动画 图23 捕获的动画播放截屏5、 两级展开式圆柱齿轮减速器选作的组件工程图两级展开式圆柱齿轮减速器的总装配图如最后面A3图纸所表达。6、 结论通过Pro/E设计，我们不但可以清楚明了减速器各部件的细节构造，而且可以通过运动仿真直观的观察减速器的运动机理与各部件之间的运动传递关系，同时根据Pro/E设计可以方便准确的了解整个减速器如质