直齿减速器的三维设计与虚拟仿真.docx
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1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文直齿减速器的三维设计与虚拟仿真【摘 要】本文针对减速器的设计来探讨机械结构设计中所涉及的细致问题,并通过Solidworks绘制减速器的过程中所遇到的问题,探讨了软件三维设计与虚拟仿真对当今机械设计发展中的作用。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。以直齿轮为例的基于SolidWorks的减速器模拟仿真设计,详细介绍了运用SolidWorks软件进行减速器的三维实体建模过程,实现减速器设计的虚拟仿真。关键词:减速器,Soildworks,三维实体建模,装配和模拟仿真Abstract: In this paper, the design of ge
2、ar to explore the mechanical design of the detailed issues involved, and by Solidworks reducer in the process of drawing problems, discusses the three-dimensional design and virtual simulation software, todays mechanical design development role. Drawing parts reducer introduced the principle and met
3、hod of assembly and the exploded view. Case Study of a straight gear reducer based SolidWorks Simulation design, detailing the use of SolidWorks software for three-dimensional solid modeling process reducer, Reducer design to achieve a virtual simulation.Key words: reducer, Solidworks, three-dimensi
4、onal solid modeling, assembly and simulation目 录1.减速器的概述41.1减速器的概念41.2减速器的主要型式及其特性42.虚拟仿真技术62.1虚拟仿真技术简介62.2虚拟仿真技术在机械设计中的应用62.2.1虚拟产品设计(Virtual Product Design)62.2.2虚拟装配设计(Virtual Assembly Design)72.2.3、虚拟仿真设计在新产品开发中应用前景73.减速器的结构设计93.1减速器原始数据及传动装置总体设计93.1.1设计要求及原始数据93.1.2确定传动方案93.1.3选择电动机103.1.4传动装置总传
5、动比的确定及各级传动比的分配113.1.5装置运动和动力参数的计算123.2传动零件的设计计算及联轴器的选择133.2.1减速器外传动零件的设计133.2.2减速器内传动零件的设计要点143.2.3联轴器的选择143.3减速器的构造153.3.1轴系部件153.3.2箱体153.3.3附件154. 基于SOLIDWORKS的减速器三维设计与动态仿真164.1仿真平台及功能架构164.2 减速器零件的三维实体建模174.2.1 齿轮的三维实体建模的过程184.2.2从动轴的三维实体建模过程224.2.3齿轮轴的三维实体建模过程264.3减速器的装配过程294.4减速器工作原理动态仿真33结束语3
6、6谢 辞37文 献381.减速器的概述1.1减速器的概念减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件,常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置;在少数场合下也用作增速的传动装置,这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单,并可成批生产,故在现代机械中应用很广。1.2减速器的主要型式及其特性减速器类型很多,按传动级数主要分为:单级、二级、多级;按传动件类型又可分为:齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。电动机联轴器高速轴中间轴低速轴减速器系统框图以下对几种减速器进行对比:1)圆柱齿轮减速器当传动比在8以下时,可采用单级圆柱
7、齿轮减速器。大于8时,最好选用二级(i=840)和二级以上(i40)的减速器。单级减速器的传动比如果过大,则其外廓尺寸将很大。二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。展开式最简单,但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置,因而将使载荷沿齿宽分布不均匀,且使两边的轴承受力不等。为此,在设计这种减速器时应注意:1)轴的刚度宜取大些;2)转矩应从离齿轮远的轴端输入,以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀;3)采用斜齿轮布置,而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间,所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿,一侧为左旋,另一侧为右旋,轴向力能互相抵消。为了使
8、左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷,其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游动。同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上,故箱体长度较短。但这种减速器的轴向尺寸较大。圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。它传递功率的范围可从很小至40 000kW,圆周速度也可从很低至60m/s一70ms,甚至高达150ms。传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷,有利于改善受力状况和降低传动尺寸。设计双驱动式或中心驱动式齿轮传动时,应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配,例如采用滑动轴承和弹性支承。 圆柱齿轮减速器有渐开线齿形和圆弧齿形两大类。
9、除齿形不同外,减速器结构基本相同。传动功率和传动比相同时,圆弧齿轮减速器在长度方向的尺寸要比渐开线齿轮减速器约30。2)圆锥齿轮减速器它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。二级和二级以上的圆锥齿轮减速器常由圆锥齿轮传动和圆柱齿轮传动组成,所以有时又称圆锥圆柱齿轮减速器。因为圆锥齿轮常常是悬臂装在轴端的,为了使它受力小些,常将圆锥面崧,作为,高速极:山手面锥齿轮的精加工比较困难,允许圆周速度又较低,因此圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器广。3)蜗杆减速器主要用于传动比较大(j10)的场合。通常说蜗杆传动结构紧凑、轮廓尺寸小,这只是对传减速器的传动比较大的蜗杆减速器才是正确的,当传动比并不
10、很大时,此优点并不显著。由于效率较低,蜗杆减速器不宜用在大功率传动的场合。蜗杆减速器主要有蜗杆在上和蜗杆在下两种不同形式。蜗杆圆周速度小于4m/s时最好采用蜗杆在下式,这时,在啮合处能得到良好的润滑和冷却条件。但蜗杆圆周速度大于4m/s时,为避免搅油太甚、发热过多,最好采用蜗杆在上式。 4)齿轮-蜗杆减速器它有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形式。前者结构较紧凑,后者效率较高。通过比较,我们选定圆柱齿轮减速器。2.虚拟仿真技术2.1虚拟仿真技术简介虚拟技术(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
11、一个虚拟环境,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。2.2虚拟仿真技术在机械设计中的应用随着科学的发展与信息技术的应用,虚拟仿真设计技术已经开始使用于企业的生产与制造之中,使虚拟仿真设计得到有效地提升,加强了设计人员对虚拟仿真设计技术的应用,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。2.2.1虚拟产品设计(Virtual Product Design)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。如复
12、杂曲面的产品造型,多采用Rhino、UG、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。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
13、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 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
14、型的直接设计,提高了设计人员积极性与创造性的发挥。2.2.2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
15、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建产品、分析装配精度,及时优化设计方案。 虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型,然后进入并利用虚拟装配设计环境(Virtual Assembly Design Environment)系统,产品开发人员在VADE系统中开展工作,借助虚拟装配设计环境系统,设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验,帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷,全面掌握在虚拟制造中的
16、装配过程,尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境,评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺,可将结果进行可视化处理。 实验表明,虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期,减轻设计返工的负担,加快了引入高级设计方法和技术的速度,提高新产品开发的质量与可靠性,同时也降低新产品开发的成本。 随着多媒体技术软硬件飞速发展,特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合,加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度,使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段,在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有
17、待于进一步提高,但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力,而且应用前景广阔。应该深入开发研究,使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。2.2.3、虚拟仿真设计在新产品开发中应用前景随着多媒体技术软硬件飞速发展,特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合,加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度,使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段,在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高,但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力,而且应用前景广阔。应该深入开发研究,使虚拟设计技术更好地帮助
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