【正文】 .................................... 51 運(yùn)動(dòng)仿真概述 ............................... 51 齒輪減速器的運(yùn)動(dòng)仿真 ....................... 51 5 有限元分析 ......................................... 57 Pro/Mechanic Structure 有限元分析 ................ 57 圓錐齒輪的有限元分析 ....................... 58 圓錐齒輪的有限元分析結(jié)果 ................... 65 總 結(jié) ............................................... 66 致 謝 ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) ............................................. 67 附 錄 ............................................... 68 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 74 1 引 言 原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)和工作機(jī)（執(zhí) 行機(jī)）是機(jī)械系統(tǒng)的三大基本構(gòu)成。原動(dòng)機(jī)提供基本的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。工作機(jī)是機(jī)械具體功能的執(zhí)行系統(tǒng)，隨機(jī)械功能的不同，工作機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)形式千差萬(wàn)別。由于原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的單一性、簡(jiǎn)單性與工作機(jī)運(yùn)動(dòng)的多樣性、復(fù)雜性之間的矛盾，需用傳動(dòng)機(jī)將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，如速度、力或力矩的大小和方向等進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳遞給工作機(jī)，以適應(yīng)工作機(jī)的需要。可見(jiàn)，只要原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出不能滿足工作機(jī)的要求，傳動(dòng)機(jī)的存在就是必然的。目前在工程實(shí)際中，廣泛使用的傳動(dòng)裝置有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鏈傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。在普通齒輪傳動(dòng)中，單級(jí)傳動(dòng) 比小，且由于重合度的限制，其承載能力受到一定的影響，因此研究一種新型，高性能的傳動(dòng)裝置顯得十分必要。 在傳動(dòng)裝置中，國(guó)內(nèi)外大多采用的是齒輪傳動(dòng)及其變形，同時(shí)擺線針輪減速器等相繼研制成功并推廣使用。與齒輪減速器相比，連桿凸輪減速器的單級(jí)傳動(dòng)比大；借助一齒差原理大幅度提高了重合度，因而承載能力提高；高副處為滾動(dòng)摩擦因而摩擦力小，機(jī)械效率高。采用的是一齒差原理，是一種傳動(dòng)比大，承載能力大，機(jī)械效率高的傳動(dòng)裝置。在擺線針輪減速器中轉(zhuǎn)臂軸承受力較大，其轉(zhuǎn)速又高于高速軸的轉(zhuǎn)速，而且轉(zhuǎn)臂軸承的尺寸又受到限制，故轉(zhuǎn)臂軸承成 為薄弱環(huán)節(jié)。 為克服上述減速傳動(dòng)的缺點(diǎn)并保留其優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)裝置的高性能、低成本和小型輕量化，從傳動(dòng)原理上創(chuàng)新了一種新型的連桿凸輪減速器，該減速器與近年來(lái)成功研制的雙曲柄環(huán)板針擺行星減速器類似，不僅保留了環(huán)板式傳動(dòng)可省去輸出機(jī)構(gòu)而輸出軸剛性好；轉(zhuǎn)臂軸承由行星輪內(nèi)移至行星輪外，尺寸不再受限制，從而傳遞的轉(zhuǎn)矩可以較現(xiàn)有的擺線針輪減速器更大等優(yōu)點(diǎn)，而且又保留了原擺線針輪行星減速器同時(shí)嚙合齒數(shù)多，總法向力與總圓周力間夾角小、擺線輪與針輪齒均為硬齒面等本質(zhì)上的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有以漸開(kāi)線為齒形的諸種環(huán)板式減速器難以避 免的缺點(diǎn)。因此，連桿凸輪減速器是一種體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、輸出軸剛性大、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩范圍更大、并具有很高實(shí)用價(jià)值的新型減速器。 在我國(guó) CAD、 CAE 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在大多數(shù)的大型制造企業(yè)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?。因?yàn)?CAD 是輔助設(shè)計(jì)，不是輔助繪圖 ， 設(shè)計(jì)不但 要 想到產(chǎn)品的機(jī)械模型，還應(yīng)想到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和生產(chǎn)加工處理等，只有這樣才能 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 74 真正發(fā)揮 CAD 的作用。 要 真正做到這一點(diǎn)，單憑二維設(shè)計(jì)是不夠的，雖傳統(tǒng)制圖方法是通過(guò)二維視圖描述三維實(shí)體，但 它 做不到進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析和數(shù)控 加工，不能真正做到生產(chǎn)的自動(dòng)化， 甚至 二維視圖描述 會(huì) 出現(xiàn)二意性和理解錯(cuò)誤， 于是 必須找到更先進(jìn)合理的三維設(shè)計(jì)手段，使 CAD、 CAM、 CAE 以及 PDM容為一體。 激烈市場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng)已使工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)廠家清楚意識(shí)到：能更快地推出優(yōu)秀的新產(chǎn)品，就能占領(lǐng)更多的市場(chǎng)。為此， CAD/CAE 方法作為能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的得力工具，被越來(lái)越頻繁地引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高競(jìng)爭(zhēng)力。從設(shè)計(jì)產(chǎn)品 和對(duì) 性能的簡(jiǎn)單校核，逐步發(fā)展到性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，再到工作過(guò)程的精確模擬，使人們對(duì) CAD/CAE 方法充滿信賴。 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)成為 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 研究 的主要手段和工具 ，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造的各個(gè)階段發(fā)揮重大作用。 此次設(shè)計(jì)是在以前有關(guān)連桿凸輪減速器的研究基礎(chǔ)上，基于現(xiàn)代化的 CAD、CAE 軟件對(duì)連桿凸輪減速器進(jìn)行 3D建模、虛擬裝配 ，構(gòu)造虛擬數(shù)字樣機(jī) 進(jìn)行各類進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 。該過(guò)程 將方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、零件建模、動(dòng)態(tài)模擬裝配、模態(tài)分析、高級(jí)渲染、 動(dòng)力學(xué)分析、 運(yùn)動(dòng)仿真以及工程圖繪制等設(shè)計(jì)全過(guò)程集于一個(gè)軟件當(dāng)中，這樣做 可以 更加有效地更加快捷地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，大大降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本 ， 全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造工程 ， 提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 。 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)介紹有關(guān)減速器的基本情況，了解連桿凸輪減速器的研發(fā)過(guò)程和工作原理，主要對(duì)該減速器的零件進(jìn)行數(shù)字化 3D 建模設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單裝配及運(yùn)動(dòng)仿真的研究。 概述 減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)的增大轉(zhuǎn)矩，它是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，并直接影響機(jī)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(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置此外；在某些場(chǎng)合， 也有作增速的裝置，并稱為增速器。減速器是工程實(shí)際應(yīng)用中常用的傳動(dòng)裝置。就目前現(xiàn)有的機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展情況來(lái)看，一般的機(jī)械系統(tǒng)通常包括三部分：原動(dòng)機(jī)部分，執(zhí)行部分，傳動(dòng)部分，其中傳動(dòng)部分位于原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行部分之間。由于機(jī)械的功能是各式各樣的，所以要求的運(yùn)動(dòng)形式 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 74 也是各式各樣的。同時(shí)，所要克服的阻力也會(huì)隨著工作情況而異。但是原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)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(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)部分及運(yùn)動(dòng)參數(shù)問(wèn)題，而這個(gè)任務(wù)就是傳動(dòng)部分來(lái)完成的，因此，傳 動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)中不可缺少的重要部分。 另外，我們使用機(jī)械時(shí)，所用的原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）其輸出轉(zhuǎn)速是一定的，如果要達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速時(shí)，只需選用足夠大的傳動(dòng)比即可，相反，如果采用低速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)濟(jì)上不劃算，且低速電機(jī)體積龐大。因此，在機(jī)械系統(tǒng)中，最主要的是傳動(dòng)部分，其傳動(dòng)裝置以減速器為代表。 減速器的類型及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 減速器的分類 減速器的種類很多，常見(jiàn)的減速器按其傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用時(shí)只需結(jié)合傳動(dòng)功率，轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，工作條件和機(jī)器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊(cè)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(dòng)理論。 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 減速器性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是減速器的一項(xiàng)重要的技術(shù)要求，一臺(tái)減速器性能的優(yōu)劣完全是由其綜合評(píng)價(jià)指 標(biāo)體系來(lái)體現(xiàn)的。往往產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須遵循一定的指標(biāo)，當(dāng)設(shè)計(jì)完成后，又必須建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系看產(chǎn)品的實(shí)際情 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 74 況可以達(dá)到多少。目前，減速器的評(píng)價(jià)體系包括以下幾方面： （ 1）傳動(dòng)比 傳動(dòng)比是減速器的重要指標(biāo)，從而以滿足減速要求，目前減速器的傳動(dòng)比種類很多，最小可是 1，如果用三級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比可達(dá)到500。 （ 2）效率 效率反映的是傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞動(dòng)力的能力大小的指標(biāo)。 （ 3）承載能力 與效率相似，承載能力亦是傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，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(duì)產(chǎn)品的要求就物美價(jià)廉，制造成本反映的是指價(jià)廉，一臺(tái)產(chǎn)品必須在滿足傳動(dòng)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(chǎn)品中具有競(jìng)爭(zhēng)力。 （ 5） 振動(dòng)、噪聲 振動(dòng)、噪聲也是機(jī)械系統(tǒng)的重要指標(biāo)，降低噪聲和振動(dòng)不但可以延長(zhǎng)機(jī)器壽命而且可以體現(xiàn)機(jī)器在結(jié)構(gòu)上的緊湊性。 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前所用原動(dòng)機(jī)大都是電動(dòng)機(jī)。在調(diào)速電機(jī)還沒(méi)完全普及時(shí)，減速器仍有較大潛力可挖，應(yīng)用前景廣闊。減速器主要應(yīng)用于機(jī)械制造、輕工、化工、冶金、礦山機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械等行業(yè)，減速器的應(yīng)用仍很廣。 從生產(chǎn)方面來(lái)看，減速器的生產(chǎn)大部分由專門(mén)減速器廠生產(chǎn)。所以在供需方面減速器并不是主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品市場(chǎng)的，但它的市場(chǎng)前景是樂(lè)觀的。 就目前的工作過(guò)程應(yīng)用中的減速器來(lái)分析，作為機(jī)械系統(tǒng)中起著重要作用的傳動(dòng)部件來(lái)，減速器的局限性也非常明顯。 首先，從傳動(dòng)比方面來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)重要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，傳動(dòng)比并不是任意設(shè)定的，它的變化給減速器的設(shè)計(jì)帶來(lái)了數(shù)字變化的設(shè)計(jì)重復(fù)性。 其次，從效率方面來(lái)說(shuō)，它是機(jī)械系統(tǒng)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接反映系統(tǒng)傳遞動(dòng)力的能力大小，而傳遞的動(dòng)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(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，例如，連桿凸輪減速器裝置在同類產(chǎn)品中應(yīng)當(dāng)算比較高的效率了，可以達(dá) 99%以上，這在目前是一個(gè)極限數(shù)字。 最后，目前采用的減速器均使用機(jī)械傳動(dòng)。其接觸副均為點(diǎn)、線接觸。這將導(dǎo)致摩擦、誤差產(chǎn)生，從而使傳動(dòng)效率降低。因此，常見(jiàn)的齒輪、蝸桿、滾子等減速器均是從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路來(lái)的，它們可以歸結(jié)為同一類型。所以減速器在其設(shè)計(jì)思路上有一定局限性。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 74 當(dāng)前齒輪減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題 。當(dāng)前各國(guó)齒輪和齒輪減速器向著高承載能力、高齒面硬度、高轉(zhuǎn)速、高精度、高可靠性、 高效率、低成本、低噪聲、標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化方向發(fā)展，即六高、二低、二化發(fā)展的總趨勢(shì)。減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。 總之，隨著科技的進(jìn)步，減速器領(lǐng)域?qū)?huì)有一次大的突破。然而，任何產(chǎn)品的發(fā)展都是以整個(gè)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(shuō)減速器的發(fā)展仍會(huì)有較大的潛力可挖。 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 在工程技術(shù)界，系統(tǒng)仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)，去研究一個(gè)存在或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)仿真已成為系統(tǒng) 仿真的一個(gè)重要分支，系統(tǒng)仿真很大程度上指的就是計(jì)算機(jī)仿真。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì)算機(jī)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(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用；另一方面，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又為仿真技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。 計(jì)算機(jī)仿真作為必不可少的工具，在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短周期、提高質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。 （ 1） 計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一般都占有最大的比重，自 70 年代以來(lái)，全球性的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu) 不斷向多元化、個(gè)性化方向發(fā)展，產(chǎn)品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動(dòng)化技術(shù)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(dāng)中去，并幫助它們實(shí)現(xiàn)集成，從而促進(jìn)了一些先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。到 80 年代，仿真領(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)向了制造系統(tǒng)，并且呈現(xiàn)出一種生機(jī)勃勃的局面。 本質(zhì)上講，仿真技術(shù)就是建立仿真模型和對(duì)模型實(shí)驗(yàn)的一種技術(shù) .計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)一般都可由計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言、仿真語(yǔ)言和仿真軟件來(lái)完成。 典型的仿真軟件有仿真環(huán)境、仿真語(yǔ)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(guò)程。到 80 年代中后期，開(kāi)始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境。現(xiàn)在，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐軟件，實(shí)現(xiàn)了