【正文】 形的諸種環(huán)板式減速器難以避免的缺點。因此，連桿凸輪減速器是一種體積小、重量輕、傳動比范圍大、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、輸出軸剛性大、傳動轉矩范圍更大、并具有很高實用價值的新型減速器。 在我國 CAD、 CAE 已經得到了廣泛的應用，在大多數(shù)的大型制造企業(yè)已經相當?shù)某墒?。因?CAD 是輔助設計，不是輔助 繪圖 ， 設計不但 要 想到產品的機械模型，還應想到產品的結構分析、運動機構分析和生產加工處理等，只有這樣才能一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 74 真正發(fā)揮 CAD 的作用。 要 真正做到這一點，單憑二維設計是不夠的，雖傳統(tǒng)制圖方法是通過二維視圖描述三維實體，但 它 做不到進一步的結構、運動機構分析和數(shù)控加工，不能真正做到生產的自動化， 甚至 二維視圖描述 會 出現(xiàn)二意性和理解錯誤， 于是 必須找到更先進合理的三維設計手段，使 CAD、 CAM、 CAE 以及 PDM容為一體。 激烈市場 競 爭已使工業(yè)產品的設計與生產廠家清楚意識到：能更快地推出優(yōu)秀的新產品，就能占領更多的市場。為此， CAD/CAE 方法作為能縮短產品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入產品設計與生產的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。從設計產品 和對 性能的簡單校核，逐步發(fā)展到性能的準確預測，再到工作過程的精確模擬，使人們對 CAD/CAE 方法充滿信賴。 計算機輔助技術已經成為現(xiàn)代設計 研究 的主要手段和工具 ，在產品開發(fā)制造的各個階段發(fā)揮重大作用。 此次設計是在以前有關連桿凸輪減速器的研究基礎上，基于現(xiàn)代化的 CAD、CAE 軟件對連桿凸輪減速器進行 3D建模、虛擬裝配 ，構造虛擬數(shù)字樣機 進行各類進行動力學仿真與運動學仿真 。該過程 將方案設計、優(yōu)化設 計、零件建模、動態(tài)模擬裝配、模態(tài)分析、高級渲染、 動力學分析、 運動仿真以及工程圖繪制等設計全過程集于一個軟件當中，這樣做 可以 更加有效地更加快捷地對產品進行設計 ， 大大縮短產品設計研發(fā)周期，提高了產品設計的準確性，大大降低產品開發(fā)設計成本 ， 全面實現(xiàn)產品的數(shù)字化設計制造工程 ， 提高產品的市場競爭力 。 本設計說明書介紹有關減速器的基本情況，了解連桿凸輪減速器的研發(fā)過程和工作原理，主要對該減速器的零件進行數(shù)字化 3D 建模設計和簡單裝配及運動仿真的研究。 概述 減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉 速并相應的增大轉矩，它是機械系統(tǒng)的重要組成部分，并直接影響機械系統(tǒng)的性能。由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間，起匹配轉速和傳遞扭矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛，是一種不可缺少的機械傳動裝置此外；在某些場合，也有作增速的裝置，并稱為增速器。減速器是工程實際應用中常用的傳動裝置。就目前現(xiàn)有的機械系統(tǒng)發(fā)展情況來看，一般的機械系統(tǒng)通常包括三部分：原動機部分，執(zhí)行部分，傳動部分，其中傳動部分位于原動機與執(zhí)行部分之間。由于機械的功能是各式各樣的，所以要求的運動形式一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 74 也是各式各樣的 。同時，所要克服的阻力也會隨著工作情況而異。但是原動機的運動形式、運動及動力參數(shù)卻是有限的，而且是確定的，這就提出了必須把原動機的運動形式、運動及動力參數(shù)轉變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運動形式、運動部分及運動參數(shù)問題，而這個任務就是傳動部分來完成的，因此，傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中不可缺少的重要部分。 另外，我們使用機械時，所用的原動機（電動機）其輸出轉速是一定的，如果要達到需要的轉速時，只需選用足夠大的傳動比即可，相反，如果采用低速電動機，經濟上不劃算，且低速電機體積龐大。因此，在機械系統(tǒng)中，最主要的是傳動部分，其傳動裝 置以減速器為代表。 減速器的類型及綜合評價指標 減速器的分類 減速器的種類很多，常見的減速器按其傳動和結構特點可劃分為以下幾種： （ 1）齒輪減速器 主要有圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪減速器和圓錐 — 圓柱齒輪減速器。 （ 2）蝸桿齒輪減速器 主要有圓柱蝸桿減速器，環(huán)面蝸桿減速器和錐蝸桿減速器 （ 3）蝸桿 — 齒輪減速器及齒輪 — 蝸桿減速器 （ 4）行星齒輪減速器 （ 5）擺線針輪減速器 （ 6）諧波齒輪減速器 上述六種減速器已有標準系列產品，使用時只需結合傳動功率，轉速，傳動比，工作條件和機器的總體布置 等具體要求，從產品目錄或有關手冊中選擇便可。新型減速器的研發(fā)將為用戶提供更大的選擇范圍，并為現(xiàn)有減速器增添一種新傳動理論。 綜合評價指標 減速器性能的綜合評價指標體系是減速器的一項重要的技術要求，一臺減速器性能的優(yōu)劣完全是由其綜合評價指標體系來體現(xiàn)的。往往產品在設計過程中必須遵循一定的指標，當設計完成后，又必須建立相應的評價體系看產品的實際情一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 74 況可以達到多少。目前，減速器的評價體系包括以下幾方面： （ 1）傳動比 傳動比是減速器的重要指標，從而以滿足減速要求，目前減速器的傳動比種類很多，最小可是 1，如果用三級圓柱齒輪減速器傳動比可達到500。 （ 2）效率 效率反映的是傳動系統(tǒng)傳遞動力的能力大小的指標。 （ 3）承載能力 與效率相似，承載能力亦是傳動系統(tǒng)的一個重要指標，它反映裝置在額定條件下，裝置單位重量所傳遞扭矩的多少。 （ 4） 制造成本 按照通俗的看法對產品的要求就物美價廉，制造成本反映的是指價廉，一臺產品必須在滿足傳動比、效率、承載能力、抗振、噪聲以外，力求節(jié)約成本，這樣才能在同類產品中具有競爭力。 （ 5） 振動、噪聲 振動、噪聲也是機械系統(tǒng)的重要指標，降低噪聲和振動不但可以延長機器壽命而 且可以體現(xiàn)機器在結構上的緊湊性。 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 當前所用原動機大都是電動機。在調速電機還沒完全普及時，減速器仍有較大潛力可挖，應用前景廣闊。減速器主要應用于機械制造、輕工、化工、冶金、礦山機械、運輸機械等行業(yè)，減速器的應用仍很廣。從生產方面來看，減速器的生產大部分由專門減速器廠生產。所以在供需方面減速器并不是主導經濟產品市場的，但它的市場前景是樂觀的。 就目前的工作過程應用中的減速器來分析，作為機械系統(tǒng)中起著重要作用的傳動部件來，減速器的局限性也非常明顯。 首先，從傳動比方面來說，作為一個 重要的性能評價指標，傳動比并不是任意設定的，它的變化給減速器的設計帶來了數(shù)字變化的設計重復性。 其次，從效率方面來說，它是機械系統(tǒng)的重要評價指標，直接反映系統(tǒng)傳遞動力的能力大小，而傳遞的動力除受其輸出系統(tǒng)的影響外，就受減速器本身的影響，而目前采用的減速器均為傳動的機械傳動，例如，連桿凸輪減速器裝置在同類產品中應當算比較高的效率了，可以達 99%以上，這在目前是一個極限數(shù)字。 最后，目前采用的減速器均使用機械傳動。其接觸副均為點、線接觸。這將導致摩擦、誤差產生，從而使傳動效率降低。因此，常見的齒輪、蝸桿、滾子等減速器均是從傳統(tǒng)的設計思路來的，它們可以歸結為同一類型。所以減速器在其設計思路上有一定局限性。 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 74 當前齒輪減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題 。當前各國齒輪和齒輪減速器向著高承載能力、高齒面硬度、高轉速、高精度、高可靠性、高效率、低成本、低噪聲、標準化和多樣化方向發(fā)展，即六高、二低、二化發(fā)展的總趨勢。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。 總之，隨著科技的進步，減速器領域將會有一次大的突破。然而，任何產品的發(fā)展都是以整個行業(yè)為背景的，受各行業(yè)現(xiàn)有 水平的限制，這也就是說減速器的發(fā)展仍會有較大的潛力可挖。 計算機輔助技術在制造業(yè)中的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 計算機仿真在制造業(yè)中的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 在工程技術界，系統(tǒng)仿真是通過對系統(tǒng)模型實驗，去研究一個存在或設計中的系統(tǒng)。計算機仿真已成為系統(tǒng)仿真的一個重要分支，系統(tǒng)仿真很大程度上指的就是計算機仿真。計算機仿真技術的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程及計算機工程的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。一方面，控制工程、系統(tǒng)工程的發(fā)展，促進了仿真技術的廣泛應用；另一方面，計算機的出現(xiàn)以及計算機技術的發(fā)展，又為仿真技術的發(fā)展提供了強大 的支撐。 計算機仿真作為必不可少的工具，在減少損失、節(jié)約經費、縮短周期、提高質量等方面發(fā)揮著重要作用。 （ 1） 計算機仿真在制造業(yè)的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 制造業(yè)在國民經濟中一般都占有最大的比重，自 70 年代以來，全球性的市場競爭日益激烈，產品消費結構不斷向多元化、個性化方向發(fā)展，產品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動化技術如 CAD、 CAM、 CAPP、 NC、 FMS、 MRPⅡ 及 CIMS都得到快速發(fā)展。系統(tǒng)仿真作為一種重要手段，通?？梢詽B透到它們當中去，并幫助它們實現(xiàn)集成，從而促進了一些先進制造技術的發(fā)展。到 80 年 代，仿真領域逐步轉向了制造系統(tǒng)，并且呈現(xiàn)出一種生機勃勃的局面。 本質上講，仿真技術就是建立仿真模型和對模型實驗的一種技術 .計算機仿真過程的實現(xiàn)一般都可由計算機高級語言、仿真語言和仿真軟件來完成。 典型的仿真軟件有仿真環(huán)境、仿真語言和程序包 3種形式，其功能覆蓋是不完全相同的。從下到上，大體反映了仿真軟件的發(fā)展過程。到 80 年代中后期，開始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境?，F(xiàn)在，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐軟件，實現(xiàn)了一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 74 仿真建模、仿真運行、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運用了并發(fā)執(zhí)行機制，在數(shù)據(jù)庫管理的基礎上實現(xiàn)了模型 數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、仿真結果的統(tǒng)一管理，人工智能技術也應用在仿真建模、仿真運行和仿真結果的分析中。 （ 2） 計算機仿真的研究熱點及對制造業(yè)的影響 80 年代以來，系統(tǒng)仿真不斷地朝著縱、橫方向發(fā)展，在制造業(yè)方面，一個比較明顯的進展就是 “ 虛擬制造 ” .根據(jù)虛擬制造的概念，整個產品的設計和制造首先在計算機上進行，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產品在制造之前可能出現(xiàn)的各種問題。 虛擬現(xiàn)實技術 (VR—— Virtual Reality)亦稱虛擬環(huán)境技術、靈境技術，是一種最有效地模仿人在自然環(huán)境中的視、聽、動等行為的高級人機交互技術 .它是在綜合計算機圖形學、計算機仿真技術、傳感技術等多門科學技術的基礎上發(fā)展起來的。它有 “ 靈境 (Immersive)” 和 “ 交互感 (Interactive)”2 個基本特征。通過基本特征，虛擬現(xiàn)實技術能描述事物內部及相互間真實的作用和交互，使用戶仿佛置身于一個虛擬的世界中，從而拉近了用戶與環(huán)境之間的距離，改變了人機交流的方式。利用 VR 技術的這些特性，可以對產品的各個階段提供支持，例如在虛擬環(huán)境下設計產品及其生產流水線，測試和裝配產品的零部件，客戶可以驗證產品是否符合要求等。 近年來，計算機仿真技術在制造業(yè) 應用的另一個研究熱點 —— 虛擬產品開發(fā)也是引人注目的。虛擬產品開發(fā) (VPD—— Virtual Product Development)首先源于并行工程 （ CE） 思想。這種思想將現(xiàn)代先進的組織形式跟現(xiàn)代的哲學、文化混合為一體，是對產品設計及其相關過程 (制造過、使用和支持過程 )進行并行的、一體化設計的一種系統(tǒng)化模式 的 工作。 CE 能在產品開發(fā)一開始就考慮到投資、制造、裝配、銷售和維護及報廢等整個生命周期的所有因素，這對解決產品設計與開發(fā)的矛盾非常有益。 VPD 就是在 CE 方法論的指導下，把 CAD、 CS 和大規(guī)模產品數(shù)據(jù)管理系 統(tǒng)綜合起來，形成一個虛擬產品開發(fā)環(huán)境，使產品開發(fā)人員能夠在這種環(huán)境下策劃產品、設計產品、預測產品在真實環(huán)境下的性能、特征以及真實工況下所具有的響應，從而減少反復和變更的次數(shù)，減少甚至取消制作物理原型樣機，如此就能很好地檢驗設計、指導和優(yōu)化設計，有效地縮短產品的開發(fā)周期和大量地節(jié)省開發(fā)費用。 VPD 仿真技術是仿真技術發(fā)展的又一重要領域，它能深入到各種復雜產品的制造中，能夠產生巨大的經濟效益。 現(xiàn)在，仿真技術的應用已經從單一的系統(tǒng)走向開放復雜的大系統(tǒng)。當仿真對一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 74 象分布于廣闊的時空領域，仿真任務要求將不同地理位置 、不同類型 (包括人在內 )的仿真對象構成一個統(tǒng)一整體進行仿真時，產生了分布交互化仿真 (DIS)。這種仿真系統(tǒng)包含有不同類型的實體 — 虛體、真實實體和構造實體，這些實體可以基于不同目的系統(tǒng)、不同年代的技術、不同廠商的產品和不同產品組成，并允許它們交互操作。 DIS 實現(xiàn)用計算機網(wǎng)絡將不同地點的仿真設備連接起來，通過實體間的數(shù)據(jù)交換構成時空到合成仿真環(huán)境的一種先進仿真技術。在這種復雜的分布綜合的系統(tǒng)進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經完成了多項基于 虛擬仿真的 DIS 工程項目，相關的協(xié)議與標準已經完成或正在完成。 在制造行業(yè)，已經產生了類似于 DIS 的虛擬研究開發(fā)中心或虛擬企業(yè)。此外，為了適應快速變化的世界市場，克服單個企業(yè)難以在短期內具備所需資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時限內，為了某一市場機遇，通過網(wǎng)絡臨時聯(lián)結的一種動態(tài)聯(lián)盟 ——