柴红梅—基于Solidworks减速器的模拟仿真(一)

1、河南科技学院河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计）论文题目：基于论文题目：基于 SolidworksSolidworks 减速器的模拟仿真减速器的模拟仿真(一一) 学生姓名：柴红梅学生姓名：柴红梅所在院系：所在院系： 机电学院机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：万秀颖导师姓名：万秀颖完成时间：完成时间：2009 年年 5 月月 20 日日摘摘 要要本文针对基于Solidworks绘图减速器的过程中所遇到的问题，探讨了减速器对当今社会机械发展中的作用。介绍了减速器的零件绘制原理与装配及其爆炸视图的方法。本文还介绍了以直齿轮

2、为例的基于SolidWorks的减速器的模拟仿真设计。详细介绍了运用SolidWorks软件进行减速器的三维实体建模过程，实现减速器设计的模拟仿真。关键词关键词：Soildwirks，减速器，三维实体建模，装配和模拟仿真Based on the Solidworks drawing reducer simulation designThis artical talked about based on the Solidworks drawing reducer process meeting the problems and mechanical reducer on the developm

3、ent of todays society and the role. The principle of reducer parts and assembly drawing was introduced the exploded view of the method. This article also described as an example of a straight gear reducer based on the SolidWorks Simulation design. Detailed information on the use of SolidWorks softwa

4、re reducer three-dimensional solid modeling process, designed to achieve simulation reducer. Key words:Solidworks, reducer, three-dimensional solid modeling, assembly and simulation目目 录录1 1 绪论绪论.1 12 2 减速器的模拟仿真减速器的模拟仿真.1 12.1 减速器的的概念.12.2 SOLIDWORKS软件的模拟仿真的可行性 .12.3 SOLIDWORKS的概述 .23.3. 基于基于 SOLIDWO

5、RKSSOLIDWORKS 减速器模拟仿真的实例减速器模拟仿真的实例.2 23.1 零件三维实体建模过程的基本步骤 .22.6.113.2 减速器的装配过程： .15： .153.3 减速器的爆炸过程： .193.4 减速器装配体的模拟仿真过程：.214 4 结论结论.2121致谢致谢.2222参考文献参考文献.23231 1 绪论绪论 减速器作为一种重要的动力传递装置,在机械化生产中起着不可替代的作用。研究开发以产品设计为目标,全过程综合应用 CAD 及其相关一体化集成技术己成为必然趋势。采用 Solidworks 软件生成了二级圆柱齿轮减速器的三维模型,通过该软件特有的仿真运动功能,检查、

6、优化设计方案,实现了减速器的运动仿真,完成了减速器在计算机中的模拟设计。Solidworks 以其优异的三维设计功能 ,操作计算机模拟仿真技术是一种计算机模型,设计师可以在计算机上建立机械系统的三维可视化模型,模拟在真实环境下系统的特性(包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性),并根据仿真结果进一步优化系统,以 CAD 模型为基础,结合虚拟技术与仿真技术,为产品的设计开发提供一个全新的方法。利用仿真样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试、评估和人员训练,正成为各类制造企业缩短产品开发周期,降低成本,改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求能力的重要手段。简单等一系列的优点 ,极大地提高了设

7、计效率。利用 SolidWorks 不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，实现零件的三维实体建模。用户还可以利用其功能，对其进行装配图、爆炸图的生成还可以利用插件进行模拟仿真的动化演示。2 2 减速器的减速器的模拟仿真模拟仿真2.12.1 减速器的的概念减速器的的概念【2】【2】减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将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。2.22.2 SolidworksSolidworks 软件的模拟仿真的可行性软件的模拟仿真的可行性 基于 Solidworks 软件圆柱齿轮减速器的三维模型设计以及运动模拟仿真检验设计方案的可行性,使工程技

8、术人员可以更加直观的对产品进行评估,缩短了设计周期,节约了设计资金,提高了设计效率。这种设计理念和方法更加有利于建立产品数据库和标准件库,为提高产品的生产标准化提供了可能性【13】。通过对减速器关键零部件的设计,证明 Solidworks 技术应用于工程设计是可行的,具有提高产品质量和设计效率的工程实用价值。2.32.3 SolidworksSolidworks 的概述的概述SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD 软件 ,自 1995年问世以来 ,以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高了设计效率 ,在与同类软件的激烈竞争中已经确立

9、了它的市场地位 ,已经成为三维机械设计软件的标准【3】。利用 SolidWorks 不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。SolidWorks 采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。3.3. 基于基于 SolidworksSolidworks 减速器模拟仿真的实例减速器模拟仿真的实例3.13.1 零件三维实体建模过程的基本步骤零件三维实体建模过程的基本步骤一个零件的建模过程，实际上就是许多个简单特征相互之间叠加、切割或相交的操作过程。按照特征的创建顺序，构成

10、零件的特征可分为基本特征和构造特征，因此一个零件的实体建模的基本过程可以由如下几个步骤组成：（1）进入零件设计模式。（2）分析零件特征，并确定特征创建顺序。（3）创建与修改基本特征。（4）创建与修改其他构造特征。（5）所有特征完成之后，存储零件模型。 齿轮的三维实体建模的过程齿轮的三维实体建模的过程这里先给出直齿轮的各项参数：模数 m=3、齿数 z=81。通过这些参数，可以计算出：分度圆直径=243mm、齿顶圆直径=249mm、齿根圆直径=235.5mm。直齿轮建模的操作步骤如下：（1）单击标准工具栏中的“新建”工具，新建一个零件文件 。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ，单击（草

11、图绘制）工具，进行草图 1 的绘制。单击草图工具栏中的（圆）工具，以草图原点为圆心分别绘制出齿顶圆、分度圆、齿根圆。选择分度圆，单击草图工具栏中的（构造几何线）工具，使分度圆变为虚线实体。（3）单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。单击（点）工具，移动鼠标指针到分度圆与中心线相交的位置，按下鼠标左键确定点的位置。（4）保持点的选择，单击草图工具栏中的（圆周草图阵列）工具，在“排列”选项栏的“数量”文本框中输入 324，单击确定按钮，结束圆周阵列的操作。图图 1 绘制样条曲线绘制样条曲线图图 2 镜像和剪裁实体镜像和剪裁实体（5）单击草图工具栏中的（样条曲线）工具，在点的引导下绘

12、制如图1 所示的曲线。（6）按住Ctrl键，选择曲线与垂直中心线，单击草图工具栏中的（镜像实体）工具，完成曲线的镜像复制操作。接着，单击（剪裁实体）工具，选择“剪裁到最近端”选项，剪裁齿顶圆，如图 2 所示。（7）单击草图工具栏中的（分割实体）工具，选择齿根圆进行分割，如图 3 所示。单击图形区域右上角的图标完成草图 1 的绘制。 （8）单击特征工具栏中的（拉伸凸台/基体）工具，设置拉深深度为60mm，单击“所选轮廓”选项框，并在图形区域中选取齿根圆的轮廓，单击确定按钮完成拉伸 1 特征的绘制，如图 4 所示。图图 3 绘制齿轮齿廓绘制齿轮齿廓图图 4 绘制拉伸绘制拉伸 1 特征特征（9）在图

13、形区域中选择拉伸 1 实体的上表面，单击标准视图工具栏中的（前视）工具，单击草图绘制工具，进行草图 2 的绘制。鼠标右键单击特征管理器设计树中的“草图 1” ，在快捷菜单中选择“显示”命令。选择草图 1 的齿状轮廓，利用转换实体引用工具和旋转实体工具完成草图 2 的绘制，如图 5 所示。图图 5 绘制草图绘制草图 2 图图 6 轮齿轮齿（10）利用 “放样” 、 “倒角” 、 “阵列（圆周） ”等特征工具，完成轮齿的阵列，如图 6 所示。（11）在草图绘制状态下，绘制并确定轮辐的尺寸。利用“旋转-切除”特征工具，完成轮辐的绘制。如图 7、8 所示。 图图 7 7 旋转切除旋转切除 图图 8 8

14、 轮辐轮辐 图图 9 9 拉伸切除拉伸切除 (12）在草图绘制状完成轮毂的绘制。如图 9 所示态下绘制轮毂形状并确定尺寸，利用“拉伸切除”工具。（13）在草图绘制状态下绘制轮毂分布孔及定位，利用“简单直孔”及“圆周阵列”等工具完成直齿轮三维实体模型的绘制。如图 10 所示。（14）单击标准工具栏中的“保存”工具，文件取名为“直齿轮.sldprt” 。图图 10 直齿轮三维实体模型直齿轮三维实体模型从动轴的三维实体建模过程从动轴的三维实体建模过程分操作步骤如下：（1）单击标准工具栏中的“新建”工具，新建一个零件文件 。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ，单击（草图绘制）工具，进行草图

15、 1 的绘制。单击草图工具栏中的（圆）工具，以草图原点为圆心绘制一个直径为 55mm 的圆，使用（智能尺寸）完全定义草图。（3）单击图形区域右上角结束草图 1 的绘制，然后单击特征工具栏的（拉伸凸台/基体）工具，设置拉伸深度为 80mm, 单击（确定）按钮完成拉伸1 特征的绘制。（4）选择拉伸 1 特征的端面，单击（草图绘制）工具，进行草图 2 的绘制。单击草图工具栏中的（圆）工具，绘制直径为 60mm 的圆，且圆心与草图原点有“重合”几何关系，单击右上角的图标结束草图 2 的绘制，然后使用特征工具栏的（拉伸凸台/基体）工具绘制出深度为 74mm 的轴体，即拉伸 2特征如图 11 所示。图图

16、1111 拉伸拉伸 2 2 的特征的特征图图 1212 拉伸拉伸（5）用同样的方法绘制如图所示的实体，拉伸 3 特征为直径 74mm,高 13mm 的圆柱体，而拉伸 4 特征为直径 60mm, 高 108mm 的圆柱体，如图 12 所示。（6）单击特征工具栏（倒角）工具，选择如图所示的四条边，选“角度距离”单选钮，设置距离为 2mm 角度 45 度，单击（确定）完成特征的绘制。图图 1313 倒角倒角（7）在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ，单击（草图绘制）工具，进行草图 5 的绘治。单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条水平线；单击（矩形）工具，绘制高为 1mm 宽为 2mm 的矩形，

17、按住Ctrl键选择四边形的右上端点以及拉伸 1 实体点，在“添加几何关系”中选择“重合” ，如图14 所示。图图 1414 添加几何关系添加几何关系图图 图图 1515 旋转切除旋转切除(9) 单击右上角的图标结束草图 5 的绘制，然后单击特征工具栏（旋转切除）工具，设置旋转切除角度为 360 度，单击（确定）按钮完成特征的绘制，如图15 所示（10）在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ，单击参考几何体工具栏中的（基准面）工具，绘制出一个与前视基准面等距为 40mm 的基准面 1 。（11）保持基准面 1 的选择，（草图绘制）工具，进行草图 6 的绘制，单击（中心线）工具，过草图原点绘制一

18、条水平线，保持中心线的选择，单击草图工具栏中的（动态镜像实体）工具，使中心线变为镜像轴，然后单击（直线）工具任意绘制出一段水平直线，此时镜像轴的另一端将出现与其相对应的直线段。单击（智能尺寸）工具对两直线段进行尺寸标注。给定距离为16mm 。单击（动态镜像实体）工具结束镜像操作，然后单击草图工具栏中的（切线狐）工具，以两条直线的端点为起点绘制出两个相对应的切线半圆。（12）再次单击（智能尺寸）工具，对两切线半圆进行尺寸设置，注意系统将圆弧距默认为两圆心距离的尺寸。单击初始的默认尺寸，系统将在尺寸上显示控制点，选择其中的一个控制点，按住鼠标左键将其拖动到圆弧的最大端点处，用同样的方法完成另一个控

19、制点的移动。双击尺寸数值，改变圆弧点的距离为 70mm 如图 16 所示，继续尺寸的标注知道草图完全定义。图图 1616 草图的绘制草图的绘制（13）单击右上角的图标结束草图 6 的绘制，然后单击特征工具栏的（拉伸切除）工具，在“终止条件”选项框中选择“到离指定面指定的距离” ，接着在图形区域的右上角单击 图标显示特征管理设计树，并在其中选择“前视基准面”为切除特征的指定面，设置切除距离为 21.5mm。单击（确定）按钮完成特征的绘制，如图 17 所示。 （14）在征管理设计树中选择“基准面 1” ，并用步骤（11）到步骤（13）的方法在其上绘制出另一个键槽，如图 18 所示并标注尺寸。图图

20、1717 特征的绘制特征的绘制图图 1818 基准面的绘制基准面的绘制 图图 1919 从动轴的三维实体模型从动轴的三维实体模型（15）单击标准工具栏中的“保存”工具，文件取名为“从动轴.sldprt”如图19 所示。齿轮轴的三维实体建模过程轮轴的三维过程：齿轮轴的三维实体建模过程轮轴的三维过程：这里先给出直齿轮的各项参数：模数 m=3、齿数 z=18 参数，可以计算出：分度圆直径=54mm、齿顶圆直径=60mm、齿根圆直径=46.5mm。直齿轮建模的操步骤如下：由于齿轮轴是齿轮和轴的装配体在前面已经详细复述过齿轮和轴的画法就不再赘述和前面的画法是一模一样的，再次制作出画图过程中的图片文字省略

21、。图图 2020 草图草图 1 1图图 2121 放样特征放样特征图图 22 圆周阵列圆周阵列图图 2323 拉伸特征拉伸特征图图 2424 旋转切除草图旋转切除草图 图图 25 键槽的绘制键槽的绘制图图 26 旋转切除特征旋转切除特征图图 27 拉伸特征拉伸特征图图 28 齿轮轴的三维建模齿轮轴的三维建模减速器的底座和盖是由我组另一位同学完成。3.23.2 减速器的装配过程：减速器的装配过程：底座和从动轴的配合：底座和从动轴的配合：（1）单击新建工具选择“装配体”模板，单击确定；(2)单击“插入零部件”属性管理器中的“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“底座”文件；（3）将鼠标指针放到图形区

22、域的任意处，单击左键调出减速器底座，默认此特征为固定；（4）单击装配体工具栏的“插入零部件工具” ，选择菜单栏中的“插入”-“零部件”-“现有零部件/装配体”命令，调入“从动轴” ，单击左键使其固定；（5）选择面 1 和面 2，打击“配合”工具，显示配合管理器，在“标准配合”中选择“同心轴” ，并单击“反向对齐”按钮，如图 29 所示；（6）单击插入零部件工具调入“直齿轮”并选择配合工具，步骤与（5）相同的配合关系；（7）继续对直齿轮和从动轴配合，选择键槽平面，选择“平行”配合，反向对齐如图 30 所示完成直齿轮与从动轴的配合；（8）在图形区域中选择直齿轮和底座进行配合，在“标准配合”中选择“

23、距离”为 10mm，勾选“反转尺寸”复选框，并单击“反向对齐”如图 31 所示；完成直齿轮与底座的配合；（9）调入“齿轮轴”到图形区域中，选择齿轮轴与底座另一面，单击配合，选择“同心轴”与“反向对齐”图图 2929 从动轴与底座的配合从动轴与底座的配合 图图 30 （a） 图图 30（b） 图图 3030（c c） 图图 3030（d d）图图 3030 直齿轮与从动州的配合直齿轮与从动州的配合（10）选择所示平面继续配合，在“标准配合”中选择“距离”为 8mm，并反向对齐，如图 32 所示；（11）保存取名“装配体” ，调入“减速器盖文件”选择如图所示面进行配合步骤同上（12）由此完成所有零

24、件的装配工作。 图图 3131 齿轮与底座的配合齿轮与底座的配合 图图 3232 齿轮轴与齿轮的配合齿轮轴与齿轮的配合 图图 3333 盖与底的配合盖与底的配合图图 3434 完成的装配体完成的装配体3.33.3 减速器的爆炸过程：减速器的爆炸过程：（1）单击装配体中的“爆炸视图”选择减速器盖实体出现一个操纵杆，单击Y 轴，设置距离为 100mm。单击“应用”按钮，得爆炸步骤 1 图 35；（2）接下来选择直齿轮、齿轮轴及从动轴单击 Z 轴设置距离为 200mm，生成爆炸步骤 2 图 36；（3）选择从动轴，Z 轴距离为 400mm，并单击反向按钮完成爆炸 3 图 37（4）此外还可以用鼠标右

25、键单击特征管理树中的“装配体” ，选择“动画解除爆炸”来演示爆炸过程。图图 3535 盖的爆炸盖的爆炸图图 3636 零件的爆炸零件的爆炸图图 3737 从动轴的反向爆炸从动轴的反向爆炸3.43.4 减速器装配体的模拟仿真过程：减速器装配体的模拟仿真过程：减速器内的零件模型装配工作全部完成后,就可以开始进行模拟仿真。通过 Assembly 进行的模拟仿真过程为选择需要旋转的零件转动 90 度，在拖动时间标杆拉动四分之一的距离，一下重复上述动作便可生成【1】。以上便是利用 SolidWorks 中的功能建立的直齿轮零件的系列文件，即减速器的各个零件的三维实体建模、装配、爆炸视图及其模拟仿真的过程

26、。图图 3838 减速器的模拟仿真图减速器的模拟仿真图4 4 结论结论在整个毕业设计阶段，通过对 SolidWorks 软件知识的学习，我从理论上了解到了 Solidworks 的基本原理和具体应用方法。并且能够运用 SolidWorks 软件对各种零件进行三维实体建模，掌握了利用零件之间的装配和模拟仿真。在本文中我利用 SolidWorks 软件对减速器进行了三维造型，并利用 Soildworks绘图轴，齿轮，齿轮轴以及装配和模拟仿真。由此向大家展示了减速器的三维造型和模拟仿真。但是对于 SolidWorks 软件的研究不太深入，需要更加努力地学习。致谢致谢本文是在我的指导老师的精心指导下完成的。衷心感谢我的指导老师，在整个毕业设计阶段，我得到了指导老师的精心指导，在思想上、生活上也受到的真挚的关心和热心的帮助。她严谨的治学态度、渊博的学识、精湛的学术造诣、诲人不倦的精神以及虚怀若谷的气度给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅，将永远激励我在将来的学习和工作中不懈努力，不断进步！