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1、本设计的主要内容,本论文总结了减速器传统设计中主要考虑的问题、存在的问题以及发展趋势，通过初步计算得出减速器各零件的尺寸参数，然后根据现代的计算机辅助设计技术、有限元分析技术以及仿真技术等先进设计技术。利用SolidWorks软件对一个二级减速器的齿轮、轴、箱体等所有零件进行三维建模，装配生成减速器的三维模型,并对其进行运动仿真; 然后用CosmosWorks有限元模块对减速机构进行性能分析；最后生成二维装配图。,2、 减速器尺寸参数的初步计算,2.1 传动装置的总体设计 传动装置的总体设计包括确定传动方案、选择电动机型号、合理分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数等，为下以步计算各级
2、传动件提供条件。 在分析传动方案时根据常用机械传动方式的特点及其在布局上的要求得出的传动方案：开式齿轮传动的润滑条件差，磨损严重，应布置在低速级；斜齿轮宜放在高速级；选择展开式二级圆柱齿轮减速器。 电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案，选择电动机的类型、容量和转速。 由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的转速nw之比，可得出传动装置的总传动比。 为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩。一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。 2.2 主要零件的设计计算 在次不加细述，见附录减速器的参数设计 2.3 装配工作图的设计和
3、绘制 （见附图）,4、减速器零件的三维建模,4.1齿轮三维模型的形成 绘制渐开线齿形草图：齿廓的生成主要有两种方法，一种是用直线段逼近的方法，另一种是先确定齿廓上的部分点，用曲线拟合的方法。直线段逼近法计算量比较大，曲线拟合算法简单同时在精度上也并不比直线段逼近法差，所以这里选择曲线拟合的方法生成渐开线齿廓。 绘制“草图1”。 在图形区域选择前视基准面为绘图基准面，并单击草图工具栏“草图绘制”图标，进入草图绘制界面。 使用“圆” 工具绘制两个圆，并用“拉伸切除” 工具生成如图4-1图形。 绘制“草图2”。在图形区域选择如图4-1所示的面作为绘图基准面，单击标准视图工具栏的“正视于”图标，并单击
4、草图工具栏“草图绘制”图标，进入草图绘制界面。 展开特征管理器的特征“拉伸1”，右键单击“草图1”，选择“显示”。 使用“三点圆弧” 工具绘制两个任意长的圆弧，使用“添加几何关系” 工具为两个圆弧分别与草图1中的齿顶圆和分度圆添加“全等”几何关系，如图4-2所示。 使用“中心线” 工具绘制一条竖直中心线，起点与原点重合。使用“添加几何关系” 工具分别为圆弧的两端点之间添加“对称”几何关系，如图4-3所示。,4.1齿轮三维模型的形成,图4-4 绘制基圆、齿根圆,4.1齿轮三维模型的形成,使用“圆心/起/终点画弧” 工具绘制两个圆弧，圆心选择原点。使用“添加几何关系” 工具分别为圆弧的两端点之间添
5、加“对称”几何关系，使用“智能尺寸” 工具标注两圆弧的直径尺寸，如图4-4所示。 选中与分度圆重合圆和基圆，使用“构造几何线” 工具，将圆转化为中心线，如图4-5所示。 使用“智能尺寸” 工具标注上端三个圆弧的弧长尺寸，如图4-6所示。 使用“三点圆弧” 工具绘制两个圆弧，如图4-7所示，其中圆弧的起终点分别与另两个弧长的端点重合。 使用“添加几何关系” 工具为两个圆弧分别与中间圆弧的两个端点添加“重合”几何关系，如图4-8所示。,4.1齿轮三维模型的形成,4.1齿轮三维模型的形成,使用“直线” 工具绘制如图4-9所示两直线，直线与刚完成的两个圆弧相切，上端点与圆弧的端点重合，下端点与齿根圆弧
6、线重合。使用“裁剪实体” 工具，将齿根圆弧在直外侧的部分删除。结果如图4-9所示。 单击图形区域右上角确认角落的图标退出草图 、生成“切除拉伸1”。单击标准视图工具栏的“等轴测”图标，以轴测方式显示模型。 从特征管理器中选择“草图2”，然后单击特征工具栏“拉伸切除”图标，在图形区域左侧弹出的“切除拉伸”属性管理器窗口中，在“方向1”的“终止条件”选择框中选定“完全贯穿”，如图4-10所示。其它项目接受默认设置，单击“确定”图标完成。,4.1齿轮三维模型的形成,4.1齿轮三维模型的形成, 阵列轮齿。 在下拉菜单选择“视图”“ 临时轴”命令，显示已生成圆柱体的轴线，方便选择。 单击特征工具栏上的“
7、圆周阵列”图标，系统弹出“圆周阵列”属性管理器。激活“参数”的“阵列轴”列表框，从图形区域中选择拉伸1的轴线作为阵列轴，设置“实例数”为15，并选中“等间距”。激活“要阵列的特征”列表框，从图形区域的特征树中选择“切除-拉伸1”，如图4-11所示。其它项目接受默认设置，单击“确定”图标完成。 在下拉菜单选择“视图”“ 临时轴”命令，将临时轴显示关闭。生成的齿轮如图4-12所示。,4.1齿轮三维模型的形成,4.1齿轮三维模型的形成,图413 齿轮,经过拉伸切除、倒角等操作生成如图4-13所示。,4-2 轴的三维模型形成,图414 轴,在SolidWorks 中,阶梯轴的形成比较容易实现。可以逐节
8、拉伸形成,也可以完成轴的纵截面草图,然后一次旋转完成。轴的三维模型如图414所示。,4-3 箱体的模型形成,由于箱体的造型比较复杂,故首先运用了拉伸、切除、筋板、镜像、阵列等特征形成下箱体的三维模型,如图415 所示。,图415下箱体模型,4-3 箱体的模型形成,由于上箱体与下箱体有着相似的结构特征, 故上箱体的成型在装配体中完成,装配体中建立新零件模型主要用于两个或多个有着相似的结构特征且互相配合的零部件建模。首先新建一个装配体模型,然后依次点击“零部件”、“新零件”,在菜单提示中键入“上箱体”。 作为新零件的名称。最后就可在装配体中完成上箱体的建模。上箱体三维模型如图416 所示。 其它零
9、件的三维模型形成过程不再累述。,图416上箱体模型,5 基于特征的产品虚拟装配设计,对直齿轮传动减速器产品的虚拟装配设计(Virtual Assembly Design) 过程,即在计算机上对已经建立的产品零件按照产品的装配关系完成部件和整机的三维装配模型,在此基础上应用软件提供的功能,进行装配零件之间的动、静态干涉检查. 一旦发现设计不合理之处及时调整与修改设计图纸,从而可缩短产品制造与装配生产过程的时间,降低产品的装配成本,提高设计质量。,5. 1 确定装配层次,装配层次是指减速器总装配体的子装配体组成,即减速器装配体由几大部件来组成. 直齿轮传动减速器主要由减速器下箱、减速器上箱、输入轴
10、、输出轴、轴承、键、两对啮合齿轮与轴承盖等部分组成,几大部件由SolidWorks 分别建模而成. 总体装配体包含子装配体和零件组成,子装配体又包含零件和下一级的子装配体,如此继续. 对于该减速器,因其结构较为简单,所以只有轴承子装配体. 同级的零件有减速器上箱、输入轴、输出轴、两对啮合齿轮和轴承盖,轴承子装配体又有内环、外环、滚珠和保持架四个零件组成.,5. 2 确定装配顺序图,根据减速器的结构尺寸形式和各个部件间的约束关系,确定整个减速器的装配顺序. 选定减速器下箱为基准进行装配. 接下来将大齿轮、键、输出轴装配起来,固定在配套的轴承上面. 用同样的方法完成小齿轮轴的装配. 再接下来将减速
11、器上箱装配起来,最后完成轴承盖(包括闷盖和透盖) 和螺钉、垫圈的装配。,5. 3 确定装配约束,装配约束是确定基准件和其他组成件的定位及相互约束关系,主要由装配特征、约束关系和装配设计管理树组成. 标准配合有重合、平行、垂直、距离、角度、相切和同轴心配合,高级配合有对称、凸轮、宽度和齿轮配合. 还有一些高级配合,如线性马达、旋转马达、线性弹簧和引力. 如完成轴承盖的配合,根据轴承盖的轴心和下箱上的轴承孔的重合,完成轴心定位;根据轴承盖的内壁面和下箱的外壁面重合以及轴承盖和箱体上的螺栓孔完成轴承盖的装配.,5. 5 完成零件设计后做出总成模型,在装配过程中要注意一定要在齿轮对之间添加配合。具体过
12、程如下： 1、首先选择装配工具栏里的旋转零部件，把齿轮对旋转到啮合状态。 2、选择配合工具栏里的机械配合。 3、选择机械配合里的齿轮图标，再选择两齿轮内空表面为所选面，然后选择确定,5. 4 完成零件设计后做出总成模型,4-19 减速器装配体模型,在SolidWorks 软件平台上设计完成的直齿轮传动减速器3D 虚拟装配图如图4-19所示. 通过总成模型,清楚的表达出各个零件的位置。,6.1 计算机模拟仿真技术,1、 减速器的运动模拟仿真在装配体完全成型后,各零件都按照一定的约束条件完全配合即可进行。其过程如下: 在装配体中打开“模拟”工具条; 在“模拟”工具条中点击“旋转马达”,然后在“Pr
13、o p e r t yMa na ge r”中选择输入轴, 在选择了马达转速后点击确定; 在“模拟”工具条中点击“录制模拟”,系统就能自动检查模型中是否有碰撞存在,并以高亮的形式表示出来。如在模型中没有检测到碰撞, 则将自动录制模拟过程,并保存下来; 如想再次观看模拟过程,则点击“模拟”工具条中的“重复模拟”,即可观看到模拟过程。 2、为了看清楚模型的装配关系 经装配仿真检验并修改好的装配设计方案，可利用Solidworks 的“爆炸”功能，通过设计适当的爆炸视角、爆炸方向和爆炸距离，生成等轴测分解图，重新设定各零部件的相对位置，显示其结构和相互间的装配关系.。以下即以爆炸视图来说明各零部件的
14、装配关系。,6.1 计算机模拟仿真技术,减速器所有零件的爆炸视图如图4-20 所示。,4-20减速器的爆炸视图,6.1 计算机模拟仿真技术,在Solidworks中还可以采取透视视图的方法。以下即以透视视图来说明各零部件的装配关系。 减速器所有零件的透视视图如图4-21 所示。,4-21 减速器的透视视图,7 减速器模型的有限元分析,在现代设计方法中,虚拟样机技术是一种先进的制造技术,虚拟样机技术的基础是三维造型。一个机器的三维模型如果不进行有限元分析,那么它算不上一个虚拟样机模型。所以对减速器的三维模型进行有限元分析是必须的。 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理现象（几何及载
15、荷工况）进行模拟的一种分析方法。是对真实情况的一种数值近似，它利用简单而又相互联络的元素，即单元，经求解就可以用有限个数值来逼近真实系统的无限个未知量。有限元分析的一般步骤为：创建有限元模型（输入/建立几何模型、定义材料属性、划分网格、建立单元特征）、施加载荷并进行求解和结果后处理等。,7.1 减速器的静态分析,在线性静态分析中，载荷被缓慢、逐渐应用，直到它们达到其完全量值。在达到完全量值后，载荷保持不变（不随时间变化）。激发的系统的加速度和速度微乎其微。 静力分析，用于静态载荷，考虑结构的线性或非线性行为如大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等，是几何实体在某工况条件下的结构响应
16、。通过静力分析可以得到整体结构的静力学特性，由此可以分析整体结构在这种工况下的最薄弱环节以及各节点间的强弱差异。为几何实体的设计与优化提供方向和理论依据。,7.1 减速器的静态分析,以齿轮啮合为例来说明分析过程，齿轮啮合如图71,图71,7.11 定义材料属性,机械结构对所承受载荷的响应外部表现形式为应力和变形，而这种响应取决于其构成材料。利用COSMOSWorks 进行分析，必须指明结构所用材料的属性，可以从材质库中选择材料，也可手动输入属性值。该齿轮对的材料均为普通碳钢，其属性值如下：,7.12应用约束,右键单击“载荷/约束”图标，选择“约束”单击左键。在“约束”属性栏中，单击类型下拉菜单，选择“固定”选项，单击右侧绘图区中下侧齿轮的轴孔，则相应的面号将进入到“约束的面、边线、顶点”栏中，单击完成按钮，完成位移约束条件的设置。 右键单击“载荷/约束”图标，选择“约束”单击左键。在“约束”属性栏中，单击类型下拉菜单，选择“在圆柱面上”选项，单击右侧绘图区中上侧齿轮的轴孔，则相应的面号将进入到“约束的面、边线、顶
