毕业设计(论文)减速器3D模型、装配动画及运动仿真开发.doc
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1、毕业设计说明书(论文)中文摘要减速器拆装实验是机械基础课程的一个传统的综合性实验项目,在一些高等院校都开有这一门学科。我就是在这种情形下学习的有关减速器的内容。在学习的过程中发现在减速器拆装与测量实验的教学中存在一些问题。而解决这些问题则正是本次设计所要研究的目的。我的设计是对两套减速器进行拆装测量,同时应用Pro/E软件的高级三维建模技术,装配动画和运动仿真等功能在计算机上对两级的直齿与锥齿减速器的零件进行建模,装配与仿真,并应用Pro/E的三维模型导出二维的工程图图纸的功能以及AutoCAD 2007二维的绘图功能对两套减速器模型进行二维装配图纸的绘制的相关过程。关键词 Pro/E 减速器
2、 装配动画 仿真毕业设计说明书(论文)外文摘要Title : Development of Reducers 3D Model Assembly Animation and Motion Simulation Abstract The experiment of reducers disassemble and assemble is a traditional comprehensive pilot project in the basic course of mechanical, it is a course retained in many institutions of higher
3、 learning. However, The experiment of reducers disassemble and assemble , there are many issues in teaching. The solution of these problems are designed to be precisely this purpose of the study.My design for disassembly is a measurement of the two sets of gear, while application of Pro/E software f
4、or advanced three-dimensional modeling, animation and motion simulation of assembly and other functions on the computer two straight bevel gear teeth and the part Modeling, assembly and simulation, and application of Pro/E three-dimensional model derived two-dimensional drawing capabilities, and Aut
5、oCAD 2007 drawing two-dimensional graphics model of the two sets of gear assembly drawing two-dimensional drawing of the relevant processes.Keywords Pro/E reducer assembly animation simulation 目 录1 绪论11.1 研究的背景11.2 减速器拆装实验的现状分析11.3 实验需要改革、创新21.4 实验的创新方法分析22 减速器的相关数据53 减速器的3D模型的开发73.1 减速器的概述73.2 系统环境
6、的介绍73.3 计算机软件的介绍73.4 典型零件的创建93.5 虚拟装配293.6 绘制二维图纸313.7 模型爆炸图323.8 仿真制作33结 束 语34致 谢35参 考 文 献361 绪论1.1 研究的背景机械设计基础课程是有关机械专业的一门技术基础课,是学习其他有关机械知识的奠基石。而减速器拆装实验是实践课程的一个重要环节,它对实现课程教学的目标有着至关重要的作用。这个实验能够让初学机械的学生更好的掌握机械结构、了解结构设计的原则,同时也对有关机械设计基础的课程设计与毕业设计有很大的帮助,对增强学生的实践能力,培养学生理论联系实际的能力,提高学生分析问题和解决问题的能力都起到了一定的促
7、进作用。1目前,一些高等院校有关减速器的教学内容主要包含在机械设计课程设计和减速器拆装实验中,尽管机械设计课程正在减少一些课时数,但有关减速器的知识依然是不可或缺的教学内容;经调查研究,各大专院校基本上都保留了减速器拆装实验这一传统的实验项目,然而,在实际教学之中,由于减速器拆装实验是一个传统实验项目因而缺乏创新内容,在促使学生全面掌握减速器相关知识方面,存在明显不足,达不到应有的教学效果。本文针对这种教学现状,运用Pro/E的3D 几何造型和运动仿真及动画功能,在计算机中实现减速器仿真拆装的创新实验项目,以便提高教学质量。41.2 减速器拆装实验的现状分析1.2.1 减速器拆装实验的教学目的
8、及教学内容有许多的通用元件包含于减速器中,如轴、轴承、齿轮轴、齿轮、挡油环、密封元件、端盖等。使学生能够熟悉掌握减速器的基本结构是减速器拆装实验的基本要求和目的,了解常用减速器的用途及特点;了解减速器各零件的名称、结构、功用;了解减速器的装配关系及安装调整过程;学会减速器基本参数的测定方法;能够促进学生提高动手能力,培养理论联系实际的能力,提高学生分析问题和解决问题的能力,是发掘学生创新思维的重要手段。2培养并提高学生的综合能力是减速器拆装实验的重要目的所在,通过实验能有效帮助学生复习和理解所学知识,并将知识系统化。由于学生缺乏实践知识,所以处理结构问题能力较差,考虑问题往往不全面,在以后的设
9、计中往往出现定位不可靠,难装难拆、难以加工等问题。通过减速器拆装实验对轴系结构的分析,使学生熟悉和掌握结构设计的方法,学会综合运用所学知识来分析和解决在设计过程中遇到的技术问题。6基本目的要求如下:(1)通过拆装实验,了解两级齿轮减速器轴和齿轮的结构;(2)了解减速器轴上零件的定位、齿轮和轴承的润滑、密封以及各附属零件的作用;(3)熟悉减速器的拆装和调整的方法;(4)培养对减速器主要零件尺寸目测和测量能力。1.2.2 减速器拆装实验教学中存在的问题在以往的教学方法中老师为学生讲解一些有关减速器的知识,学生只能通过图纸了解减速器的大体结构(齿轮与轴装配的键和键槽无法窥其全貌)。而在进行拆装实验时
10、学生仅能凭记忆对减速器进行拆装,这其中必然也存在着一些不尽人意之处,如轴承等零件实际上是拆不下来或是不允许拆解的。测量的中心距等参数也知识粗值。这样学生会觉得整个实验过程很是枯燥,在这样的氛围中学生是不可能掌握所学的知识。还有其他的一些情况就是很多学生并不能真正的理解减速器的结构组成,从而造成他们中的一些存在只会“拆”而不会“装”的情况,导致减速器模型无法装回,甚至出现了一些学生将一些装不回去的零件乱装甚至是丢弃等情况,这样不仅达不到的实验目的,也会导致在下一组的学生无法很好地完成实验,而且也会给实验设备造成很大的损失。还有一部分同学只是“按图索骥”,对减速器中的各个零件的具体结构和作用并不知
11、晓,通过传统的实验教学方法,很多同学都无法真正的掌握减速器的结构和零件的用途,这样自然也就达不到教学效果。综上所述,这样的拆装实验根本就不能达到让学生学习并将知识系统化的教学目的。51.3 实验需要改革、创新由上述的问题可以得出一个结论,实验必须得改革。必须得创新。只有这样学生才能对轴、齿轮、轴承之间的装配和定位有很深的理解。1.4 实验的创新方法分析开发减速器的3D模型并与多媒体教学方式想结合。关于多媒体教学方式的分析:随着计算机的普及,多媒体教学已经在各地高校得以应用,计算机辅助教学已经成为现代教育的重要组成部分。然而很多高校并没有在实验中利用多媒体对减速器进行虚拟装配。本次设计采用的创新
12、方法就是利用Pro/E软件对减速器的零件建立三维模型,在整个实验过程中可直接调用虚拟模型,教师可直接使用Pro/E软件或结合一些相关视频进行教学。利用计算机辅助教学能培养学生的思维能力和发掘学生的空间想象能力,有利于调动学生学习的积极性和主动性。利用软件在课堂上进行动态教学能够按需造型以及适时的修改模型。而Pro/E软件则为这种教学方式提供了便利。9Pro/E软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真,利用Pro/E的局部放大、平移和翻转等功能,能够在屏幕上观察零件复杂形体的外型与内腔、各个侧面和局部细节特征。可以直观地显现整个零件的结构,装配体中零件之间的连接关系,使学生学习知识的过程更加清
13、晰、生动。虚拟装拆、动画部分则使得减速器的形象生动真实,这样便能调动学生学习的积极性。动手操作和虚拟拆装有机结合。实验中通过让学生动手来回推动输入轴和输出轴,亲身感受轴向窜动及传动过程;通过测量各齿轮齿数、中心距,计算传动比和齿轮模数;分析滚动轴承型号等,通过观察,动手感知更有利于提高学生的分析问题的能力。实验前在Pro/E软件上构件齿轮减速器的真实结构的三维实体模型,教学中教师可以利用软件中“分解”一功能为学生讲解减速器拆卸的顺序。这样可以从各个角度展现齿轮减速器的外部结构,然后选取多个合适的角度分别展示相应零部件的拆卸过程。在学生进行减速器拆装实验时,老师交给学生拆装技巧,学生必须按照老师
14、所说的规范进行实验,并将拆卸下的零部件规范的摆放在工具箱内,这样便于安装减速器。对减速器轴上各个零件进行装配时,利用Pro/E软件介绍装配基准,演示如何进行传动件的固定;轴的支承、固定;轴承类型,轴承如何装配,间隙如何调整等。这样一来学生对减速器的整个装配过程、轴系零部件之间的固定、机械装置的类型和密封装置及其他减速器附件结构等都会有一个比较直观的了解。为了便于学生进行减速器的安装,了解各零件位置关系,老师可以用Pro/E软件提供的装配建模里面的爆炸视图爆炸分离出装配构件,并且将爆炸视图与装配体进行相应的转换。这样有助于学生了解减速器组成零件的相应的位置。利用虚拟模型和实物结合集中辅导学生实验
15、中出现的问题,能大大提高教学质量。11本次设计,组要的任务就是要利用Pro/E软件对减速器的组成零件进行三维建模并对减速器进行虚拟装配及动画仿真。2 减速器的相关数据锥减速器的有关数据如表2.1 所示。表2.1 锥减速器模 数齿 数压力角旋转角输入齿轮3266534齿轮23266540齿轮轴2.5222012.5输出齿轮2.5872012.5由于轮系的传动比是所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值,所以锥减速器的传动比为:i = 3.955齿轮的分度圆直径为:d = mz设计时选定的电机功率kw,每级齿轮传动的效率(包括轴承效率在内),所以输出的轴上的功率P为:KWr/minNm
16、m作用在齿轮上的力:N(圆周力)N(径向力)N(轴向力)所以各齿轮的分度圆按表格顺序依次为: 78 ,78 , 55 , 217.5 (单位:mm);锥斜减速器运动仿真的参数:选取的转速为30 deg/sec,转动时间为 8 s 。直减速器的有关数据如表 2.2 所示。表2.2 直斜减速器模数齿数压力角旋转角输入齿轮2.5202012.5齿轮22.5692012.5齿轮轴2.5202012.5输出齿轮3672012.5由上述数据可以计算出直减速器的传动比为:i = 11.5575有上述数据得出个齿轮的分度圆直径按表格顺序依次为:50 , 172.5 , 50 ,201 (单位mm)。设计时选定
17、的电机的功率与锥减速器选定功率相同P=10kw, 每级齿轮传动的效率(包括轴承效率在内),所以输出的轴上的功率P为:KWr/minNmm作用在齿轮上的力:N(圆周力)N(径向力)N(轴向力)运动仿真的有关参数:选取的转速为 5 deg/sec,转动的时间为 12 s。 3 减速器的3D模型的开发3.1 减速器的概述减速器顾名思义就是一种减速的器件,是一种动力传达机构,利用齿轮的齿数不同,将马达的回转数降低到所要的回转数,在减速的过程中会产生较大转矩的机构。减速机的作用:(1)降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比(不能超出减速器额定扭矩)。(2) 减速同时降低了负载的惯量,惯量的
18、减少为减速比的平方。3.2 系统环境的介绍(1) 实验设备:两台实验用的两级齿轮减速器;(2) 计算机及相关硬件:CPU P4 1.7G以上;内存256MB以上;硬盘80GB等;(3) 计算机软件:Pro/E,AutoCAD 2007。【9】3.3 计算机软件的介绍3.3.1 Pro/E应用软件的相关介绍图 3.1 Pro/E软件的启动界面Pro/E三维机械设计软件是一款高品质的、易学易用的三维CAD系统软件。启动界面如图3.1所示。Pro/E软件具有三大特点:强大的曲面功能、技术创新、参数功能强大。这三大优点使得Pro/E成为领先的、主流的三维CAD解决方案。Pro/E能够提供不同的设计方案
19、、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。如果Pro/E的工程图弄好模板与保存好相关设置,那以后画工程图就直接导入模版与设置文件,这样就是的设计师在设计的过程中能够更加的快捷。【15】以下为大家介绍Pro/E的诸多功能:(1)绘制二维图纸绘制二维图纸是Pro/E软件的最基本的技术,是在软件中使用直线、圆弧等草绘命令绘制形状和尺寸精度的几何图形。二维图纸绘制贯穿了整个零件建模的过程,无论是3D建模、工程图的创建,还是2D组装示意图的创建,都是以草绘为基础。(2)实体零件的建模实体类零件的建模是Pro/E软件重要的组成部分之一。而实体零件的建模需要基准点、基准面、基准轴、基准曲面等基准特征。在这些基
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