基于PROE進行減速器的設(shè)計及仿真

天津大學(xué)畢業(yè)設(shè)計中文題目:基于PRO/E進行二級減速器的設(shè)計及仿真英文題目:BasedonPRO/Etodesignandsimulationofthesecondaryreducer學(xué)生姓名系別專業(yè)班級指導(dǎo)教師成績評定2023年3月目錄TOC\o"1-3"\u1前言11.1減速器的研究開展現(xiàn)狀11.2參數(shù)化設(shè)計必要性與可能性分析11.3參數(shù)化技術(shù)的研究進展21.4本論文的研究內(nèi)容22減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案和技術(shù)路線22.1減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案22.1.1減速器的結(jié)構(gòu)22.1.2基于PRO/E的參數(shù)原理32.1.3基于PRO/E的模擬仿真32.1.4減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案42.2減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的技術(shù)路線53減速器齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計53.1高速級齒輪設(shè)計53.1.1齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)確實定53.1.2齒面接觸強度設(shè)計計算53.1.3齒根彎曲強度校核計算83.1.4齒輪模數(shù)、齒數(shù)設(shè)計計算93.1.5齒輪幾何尺寸計算93.2低速級齒輪設(shè)計10類型、精度等級、材料及齒數(shù)確實定10齒面接觸強度設(shè)計計算10齒根彎曲強度校核計算12齒輪模數(shù)、齒數(shù)設(shè)計計算133.2.5齒輪幾何尺寸計算144減速器PRO/E參數(shù)化設(shè)計144.1減速器零部件模型庫的建立144.2齒輪的參數(shù)化造型155減速器的裝配及其運動仿真175.1減速器裝配關(guān)系模型庫的建立175.2裝配的關(guān)鍵技術(shù)185.3裝配過程的實現(xiàn)185.4減速器運動仿真195.4.1減速器的運動分析……………195.4.2運動仿真的實現(xiàn)………………206結(jié)論23參考文獻24致謝25附錄26附錄1：外文原文26附錄2：外文中文翻譯32摘要減速器的傳統(tǒng)設(shè)計效率低而且容易出錯，減速器參數(shù)化設(shè)計是提高設(shè)計精度及效率的有效途徑。在討論減速器的開展現(xiàn)狀及參數(shù)化設(shè)計的研究進展根底上，制定了減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案和技術(shù)路線，運用機械設(shè)計等知識完成減速器齒輪、軸等結(jié)構(gòu)的設(shè)計同時，利用PRO/E的參數(shù)化建模功能，建立圓柱直齒輪的三維參數(shù)化模型。最后應(yīng)用PRO/E的運動仿真功能，對減速器進行虛擬的裝配和運動仿真。應(yīng)用PRO/E的參數(shù)化設(shè)計和運動仿真功能，使得減速器設(shè)計直觀、快捷、高效。該技術(shù)在機械工程、化工設(shè)備、汽車制造等很多領(lǐng)域有很強的實用性和推廣價值。關(guān)鍵詞：減速器；參數(shù)化；運動仿真

ABSTRACTthetraditionaldesignofreducerisnotonlyinefficient,butalsoerror-prone.inordertoenhancetheefficiencyofreducer,thetypicalpartstemplatelibraryandothermethodstodesignparametersreducerareestablished.ReducerinthediscussionofthispaperStatusandProgressofparametricdesignbasedresearch,havingdevelopedaparameterizationdesignandsimulationoftheoverallprogramandtechnicalLuxian,YunyongjixiegearreducerdesignDengZhiShicompletedthedesignofsuchstructuresTongShi,useofPRO/Eofparametricmodeling,andestablishingthethreedimensionalspurgearmodelparameters.Final,byusingPRO/E’smotionsimulationcapabilities,reducer’svirtualassemblyandmotionsimulationarecarriedout.thankstotheapplicationofPRO/E’sparametersdesignandmotionsimulationcapabilities，thedesignofreducerisveryintuitive,fastandefficient.Thistechnologyhasastrongpracticalandpromotionalvalueinmechanicalengineering,chemicalequipment,automobilemanufacturingandsoon．Keywords：Reducer；Parameter；MotionSimulation基于PRO/E進行二級減速器的設(shè)計及仿真1前言1.1減速器的研究開展現(xiàn)狀減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪—蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置；在少數(shù)場合下也用作增速的傳動裝置，這時就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機械中應(yīng)用很廣。二級齒輪減速器是機械傳動中應(yīng)用較廣泛的一種傳動機構(gòu)，可以用于傳遞任意兩軸之間的運動和動力，是一個很重要的傳動零件。運用PRO/E軟件，設(shè)計人員可以在真實齒輪傳動裝置建造前建立整個機械系統(tǒng)的虛擬樣機，并通過各種仿真分析對其進行工作性能預(yù)估和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。PRO/E是現(xiàn)今使用率最高的三維設(shè)計軟件，涉及到了CAD、CAE以及CAM等領(lǐng)域。CAE軟件的應(yīng)用是工業(yè)設(shè)計中用來提升設(shè)計水平，降低本錢的關(guān)鍵技術(shù),躋身于CAE軟件前列的Pro/mechanica允許工程師在創(chuàng)立實物物理模型之前，測試和優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)、動力、熱以及耐久性,沖擊等方面的性能。1.2參數(shù)化設(shè)計必要性與可能性分析由于減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的零部件很多，并且在減速器的傳統(tǒng)設(shè)計中，原有的幾何模型是設(shè)計者利用固定的尺寸值得到的，零件的結(jié)構(gòu)形狀不能靈活的改變，一旦零件尺寸發(fā)生變化，必須重新繪制其對應(yīng)的幾何模型，以至于工程師們不得不花費大量的時間進行幾乎相同的公式計算，這樣在減速器的相似性設(shè)計上消耗了大量的人力物力。參數(shù)化設(shè)計的理念可以很方便地解決這一難題。利用參數(shù)化設(shè)計技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計可以十分容易地修改圖形，并能將以往某些產(chǎn)品設(shè)計的經(jīng)驗和知識繼承下來。設(shè)計者可以把時間、經(jīng)歷集中于更具有創(chuàng)造性的概念和整體設(shè)計中去，這樣就可以防止手工制造的繁瑣，提高了造型設(shè)計的精度和設(shè)計的效率。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是實現(xiàn)快速產(chǎn)品設(shè)計的常用有效手段，主要用于標準化、系列化和通用化程度比擬高的定型產(chǎn)品。減速器的設(shè)計，重復(fù)性勞動很多，但其外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式那么其本一致，不會有太大的變化，便于進行參數(shù)化設(shè)計。在這種背景下，本論文以二級圓柱齒輪減速器為例，開展了基于PRO/E的圓柱齒輪減速器參數(shù)化的設(shè)計。設(shè)計以PRO/E為開發(fā)平臺，主要針對其參數(shù)化設(shè)計及動態(tài)模擬仿真進行研究，并建立了減速器常用件及標準件數(shù)據(jù)庫，在產(chǎn)品設(shè)計時能直接調(diào)用，使產(chǎn)品開發(fā)者集中精力在非標準件局部，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，而且對產(chǎn)品的有限元分析及后續(xù)加工具有一定的使用價值和參考意義，同時也符合現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的開展要求。1.3參數(shù)化技術(shù)的研究進展利用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，可以使設(shè)計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設(shè)計的速度，并減少信息的存儲量。由于上述應(yīng)用背景，國內(nèi)外對參數(shù)化設(shè)計做了大量的研究。參數(shù)化設(shè)計方法的研究工作最早可追溯到20世紀60年代早期，Sutherland在它開發(fā)的Sketchepad系統(tǒng)中，首次將幾何約束表示為非線性方程來確定二維幾何形體的位置。后來Hillyard、Gossard進一步開展了這一思想，并使之實用化。自從PTC公司于1985年推出參數(shù)化CAD系統(tǒng)PRO/E以來，參數(shù)化設(shè)計技術(shù)才真正受到工程技術(shù)界和學(xué)術(shù)界的重視，各大計算機軟件公司相繼推出自己的參數(shù)化CAD系統(tǒng)或在原有系統(tǒng)上增加參數(shù)化功能，展開劇烈的競爭。近幾年來，以MIT較早期的研究成果為根底，以PRO/E的參數(shù)化造型系統(tǒng)為先驅(qū)，參數(shù)化設(shè)計技術(shù)得到了迅猛的開展。SDRC公司的VariationalDesign，MATRA公司推出的AdaptiveDedign都是參數(shù)化技術(shù)迅猛開展的產(chǎn)物。參數(shù)化技術(shù)正日益完善并逐步走向商品化階段。1.4本論文的研究內(nèi)容本課題主要完成基于PRO/E三維造型技術(shù)進行二級減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真。通過引入基于PRO/E特征的參數(shù)化造型思想，建立減速器典型的零部件模板庫，模型設(shè)計計算完成后，通過參數(shù)化驅(qū)動從而得到所需的減速器模型，并進行動態(tài)模擬仿真的應(yīng)用研究。2減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案和技術(shù)路線2.1減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案減速器的結(jié)構(gòu)減速器是一種用于原動機和工作機之間的封閉式傳動裝置，其主要功能是減低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，以便帶動大扭矩的機械，故在現(xiàn)在機械中應(yīng)用很廣。但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的零部件很多，其主要結(jié)構(gòu)有傳動零件〔齒輪〕、軸承、箱體及附件組成。其結(jié)構(gòu)見圖1。圖1二級減速器結(jié)構(gòu)圖`圖1二級減速器結(jié)構(gòu)圖圖1減速器結(jié)構(gòu)圖圖1減速器結(jié)構(gòu)圖2.1.2基于PRO/E的參數(shù)原理參數(shù)化設(shè)計也叫尺寸驅(qū)動，是CAD技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。所謂參數(shù)化設(shè)計即是在設(shè)計中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式是確定的，它需要根據(jù)某些具體的條件和具體的參數(shù)來決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計出不同規(guī)格的產(chǎn)品。其本質(zhì)是對統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品通過修改尺寸來生成新規(guī)格的產(chǎn)品，利用計算機來進行參數(shù)化CAD設(shè)計，只需在計算機上輸入機械零件的幾個關(guān)鍵參數(shù)，就會準確地、自動地生成工程樣圖。在參數(shù)化設(shè)計中，一般用一組參數(shù)來定義幾何圖形的尺寸數(shù)值并約定尺寸關(guān)系，提供應(yīng)設(shè)計者進行幾何造型使用。參數(shù)化設(shè)計一般用于設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比擬固定，可以有一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動。2.1.3基于PRO/E的模擬仿真在機械產(chǎn)品的開發(fā)過程中，有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、操作性，生產(chǎn)工藝、裝配性能甚至維護性能等許多問題都需要在開發(fā)過程的前期給予考慮。但有關(guān)裝配的問題往往只會在產(chǎn)品開發(fā)的后期或者在最終產(chǎn)品試運行過程中，甚至在投入使用一段時間后才能暴露出來。為了解決這些問題，有時產(chǎn)品就不得不返回到設(shè)計構(gòu)造階段以便進行必要的設(shè)計變更，這樣的產(chǎn)品開發(fā)程序既效率低，耗時長，費用又高。仿真技術(shù)的出現(xiàn)給以上問題提供了有效的解決方法，即便是在設(shè)計的初期階段，計算機產(chǎn)生的最初模型也可以放入虛擬環(huán)境進行實驗，甚至可以直接在虛擬環(huán)境中創(chuàng)立產(chǎn)品模型。這樣不僅可以是產(chǎn)品的外表、形狀和功能得到模擬，而且有關(guān)產(chǎn)品的機構(gòu)運動也得到測試和檢驗，使產(chǎn)品的缺陷和問題在設(shè)計階段就及時發(fā)現(xiàn)并加以解決。2.1.4減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的總體方案在設(shè)計減速器時，一般應(yīng)根據(jù)減速器的使用要求、工作狀況和所需齒輪的機械特性等來綜合考慮。通常根據(jù)其輸入功率P(kW)、輸入轉(zhuǎn)速n(r/min)、傳動比i等根本參數(shù)選擇減速器的傳動級數(shù)和齒輪傳動結(jié)構(gòu)，合理分配傳動比，選擇齒輪傳動的材料，并在滿足承載能力的條件下，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，最后進行各級傳動零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖2方案設(shè)計總體框架圖圖2方案設(shè)計總體框架圖這一過程在專業(yè)課程設(shè)計中已經(jīng)做過，由于篇幅有限，就不在此贅述。本設(shè)計是在減速器各零部件按照強度、剛度、壽命要求完成優(yōu)化設(shè)計的根底上，得到相關(guān)的優(yōu)化參數(shù)和各零部件之間的相互關(guān)系后進行的研究與開發(fā)。在這個根底上對減速器的局部零件進行參數(shù)化設(shè)計。采用的方案見圖2，方案設(shè)計總體框架圖。2.2減速器參數(shù)化設(shè)計及仿真的技術(shù)路線圖3減速器參數(shù)化設(shè)計技術(shù)