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1、设计题目 : 减速器的设计与仿真 设计内容和要求 : 1 、拟定分析传动装置的传动方案。 2 、电动机的选择。 3 、传动装置的运动参数的动力参数的计算。 4 、传动件及轴的设计计算。 5 、轴承、键的选择及校核，减速器的润滑和密封的选择。 6 、减速器的结构及附件设计。 7 、绘制装配图和零件图。 8 、培养撰写论文的能力。 1. 减速器的概念及一些减速器介绍 11 减速器的概念 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮转动、蜗杆转动、齿轮蜗杆转动所组成 的独立部件， 常用作原动件与工作机之间的减速器转动装置。在少数场合也用作增速的 传动装置，这时就称为减速器。 常用的齿轮及蜗杆减速器按其传动及
2、结构特点，大致可分为三类： （1）齿轮减速器，主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱齿轮减速器三 种。 （2）蜗杆减速器，主要有圆柱蜗杆减速器、圆弧齿蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和 蜗杆齿轮减速器。 （3）行星减速器，主要有渐开线行星减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器等。 12 常用减速器的主要类型、特点和应用 齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按 轴在空间的互相装配方式可分为立式和卧式减速器；可分为展开式、同轴式和分流式减 速器等。 单级圆柱减速器的最大传动比一般为max=8 10，作此限制主要为外轮廓尺寸 过大。若要求 10 时，就要采用二级圆柱齿轮减速器。
3、 二级圆柱齿轮减速器应用于i =8 50 级高，低速级的中心距和250 400mm的情况下。 二级圆柱齿轮减速器，它结构简单， 可根据需要选择输入轴端 和输出端的位置。 分流式圆柱齿轮减速器的轴可向任意一边伸出，便于传动装置的总体 配置，分流级的齿轮均做成斜齿，一边左旋，另一边右旋以抵消轴向力。同轴式二级圆 柱减速器，它的径向尺寸紧凑，轴向尺寸较大，常用于要求输入轴端和输出轴端在同一 轴线上的情况。 三级圆柱减速器，用于要求传动比较大的场合。单级圆柱减速器和二级圆锥减 速器，用于需要输入轴成90 o 配置的传动中。因大尺寸的圆锥齿轮较难精确制造，所以 圆锥圆柱齿轮减速器的高速级总是采用圆锥齿轮
4、传动以减小其尺寸，提高制造精度。 齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便、因而应用极为广泛。 13 减速器的结构 单级直齿轮减速器的结构，它主要由齿轮（或蜗杆）、轴、轴承、箱体等组成。 箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度及散热，常在箱体外壁上制有加强肋。为方 便减速器的制造、装配及使用，还在减速器上设置一系列附件，如检察孔、透气孔、油 标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。 2. 虚拟技术的简介虚拟技术的简介 21 虚拟技术的简介 虚拟技术（ Virtual Reality，以下略 VR ），就是由计算机直接把视觉、听觉、 触觉等多种合成信息提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个虚拟环境
5、，从而把人、 现实世界以及虚拟环境结合起来，融为一体，实现信息的交流和反馈。人可以在虚拟环 境中以最自然的形态实时地进行操作和行动，犹如在自身所处现实环境中同样的感受。 随着科学的发展与信息技术的应用，虚拟设计技术已经开始使用于企业的生产与制 造之中，使虚拟设计技术得到有效地提升，加强了设计人员对虚拟设计技术的应用，特 别是在企业进行新产品开发的设计与制造阶段更受重视。本文在论述虚拟设计在新产品 开发中的特征同时，着重论述虚拟设计在新产品开发中的应用，分析设计人员在新产品 开发过程中，如何应用虚拟设计技术进行产品的设计、评价，探索虚拟设计技术在新产 品开发中的应用前景，使虚拟设计技术更好地为新
6、产品的开发服务。 VR技术是充分发挥创造力的科学，为人类的智能扩展提供了强有力的手段，对 生产方式和社会生活将产生巨大的影响。 虚拟制造是VR技术在制造领域的重要应用，是一种超越时空观念的新的制造哲理 和模式。 1、制造技术的发展与虚拟制造的出现 虚拟制造是随着信息技术的高速发展和对价值观多样化的适应而产生的，是现 代制造技术的延伸和发展。 (1) 制造技术的发展 机械化和机械自动化是原始操作向现代制造技术转变的重要标志；数控机床和 机器人以其柔性给制造技术带来了质的变革；FMS 、CIMS把制造技术推进到了系统控制 和集成化阶段，实现了传统制造技术向现代制造技术的飞跃；近年来，又相继出现了并
7、 行工程、精益生产及敏捷制造。可以期待，充实了这些新概念的新一代CIMS将把制造 技术推向一个更高的智能化阶段。 (2) 虚拟制造的产生及含义 纵观制造技术的变化和发展，不难理解人和自然环境相互关系的变迁。长期以 来，人类利用工具、机械制造产品，在这种人和自然界直接对应的关系中，制造技术的 发展受到了很大制约。近年来， 功能强大的计算机系统作为中间媒体存在于人和自然环 境之间， 开始实现人自然环境计算机三者在现实空间内的相互调和，虚拟制造正是 这种调和关系的产物。 虚拟制造是在虚拟空间内模拟把生产要素转变为虚拟产品的制造机能的全部行 为。或者说虚拟制造是为人们提供一个从产品概念的形成、设计到制
8、造全过程的三维可 视化及交互的临境环境，通过计算机模拟实验来模拟和评估 2、虚拟装配研究 自动装配是全面实现制造自动化的“瓶颈”。究其原因，一是自动装配作业具 有很强的智能性和高度的复杂性；二是以往的装配自动化研究被局限在“设计制造（装 配）评价”和“实物验证”的封闭时空模式中。VR技术将为解决装配自动化技术难题 开辟一条崭新的途径。 3 、虚拟装配中需要解决的关键问题 查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。 在实际环境下 , 对自动装配的研究主要集中在机器人力控制和装配规划两个方 面, 而虚拟装配 , 由于时空观念的超越, 会出现一些新的特点, 要解决的技术问题, 主要有 如下
9、几点。 （1） 虚拟装配环境的构筑 主要研究虚拟环境的描述与管理, 动作检测子系统和感觉信息合成子系统的因 果关系处理 , 虚拟世界的事件控制, 感觉信息的综合以及输入、输出驱动规则等。 （2） 装配过程的力作用机理分析 装配过程实质上是用力学方法不断地变化、调整由于多个物体的接触而 引起的约束关系的过程。由于这一过程呈现出很强的非线性和瞬态性, 因此分析 难度很大。在虚拟环境中, 可以仿照 GROPE 虚拟系统研究分子结构的方法, 把微 观接触状态展现到宏观世界, 把瞬态接触延续为虚拟空间中的“慢动作”, 在赋 予装配零件机械、物理特性的条件下进行装配 过程力作用机理分析。为了直观形象, 可
10、以对分析数据进行可视化处理。 （3） 自动装配规划的生成 装配规划就是以某种评价标准, 按照一定的算法 , 寻求一条最优的零件装配顺序 序列 , 实际上是最优化问题。在虚拟环境下, 应该重点解决 : 如何更形象地表现装配规划 过程中信息流的动态流动和可视化; 如何在搜索过程中加入启发性知识和进行人的智能 参与。根据作者对装配规划的研究, 认为 Petri网方法是在虚拟环境下进行自动装配规 划很有前途的一种方法。 （4） 虚拟环境中人的自身投射性 自动装配进展迟缓, 一是采用了昂贵、费时的“叠代装配”方法, 二是装配作业 的智能性高。 在虚拟环境中 , 人的智能扩展是解决这两个问题的有效途径。为
11、此, 需要研 究人的动作检测及其信号处理, 人手模型在虚拟环境中的映射, 人和虚拟环境在装配作 业时的交互等 4 、我国制造业的现状 （1） 局部水平落后，总体有势力。我国虽然是一个大国，但技术设备水平、设 备规模、技术人员数量等各方面与发达国家相比还有较大差距。但从全局来看，我们既 有充足的设备，也有相当可观的人才资源。各部门、各单位都拥有或引进过一些先进的 生产设备，也各自在某一领域具有一定的优势。 （2） 集团优势差，设备闲置严重。虽然全局具有设备和人才优势，但这些优势 重复分散，集中度低，形不成集团优势，形不成国内、国际有较强竞争力的一流集团化 工业企业。以机床工具行业为例，连续3 年
12、出现负增长。我国机床工具行业有较大的市 场需求，居全世界需求的第2、3 位。但由于自身的原因，质量不过硬，产品不畅销， 几年间国内市场自给率由90% 以上下降到40% 左右。据统计，在现有4 万亿元的国有固 定资产存量中，闲置和利用率不高的占1/4 左右，也就是说，有1 万亿元的国有固定资 产长期处于“休养”状态。 （3）计算机应用水平较低。一些企业也有先进的软件和高档的计算机设备，但利 用率很低。就CAD在我国机械行业的应用来说，前后已有20 年的历史，取得了一系列 的成果和经验。但是，如何真正普及应用，仍是一个亟待解决的问题。 22 虚拟设计在机械设计中的应用 1、虚拟产品设计 近几年来，
13、 CAD技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚 拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用 Rhino 和 Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型，其实质并没有把设 计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中 来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。 随着虚拟现实（Virtual Reality）技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与 多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用，以及科技人员在不断提高的计算机操 作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式
14、。目前，所采用 的将虚拟现实技术引入CAD环境，这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于 设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先 利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设 计人员也可以利用VR-CAD 系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的 设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能 的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模 型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，而且还可以实时地对整 个虚拟产品（ Virtual
15、 Product）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问 题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品 设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。 有的企业在新产品开发设计时，还建立了物理试验模型PMU （Physical Mock-up），如油泥模型（Clay Modeling ）等已逐步被计算机和仿真代替，在此基础上 进行产品设计建模和仿真设计，以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初 的数字试验模型DMU （Digital Mock-up），虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模 （Virtual Clay Modeling），可
16、以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员 可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的 产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。 2、虚拟装配设计（Virtual Assembly Design） 虚拟装配设计（Virtual Assembly Design ）是虚拟设计在新产品开发方面具有 较大影响力的一个领域。虚拟装配（Virtual Assembly）采用计算机仿真与虚拟现实技 术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和 调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟， 虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技 术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。 过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进 行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分 析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的 同时创
