【正文】 基于Pro/E的齒輪—蝸桿減速器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)0 文獻(xiàn)綜述 本論文的背景及意義齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)最重要的傳動(dòng)方式之一,其具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命較高等優(yōu)點(diǎn)。因此齒輪傳動(dòng)形式多樣，應(yīng)用廣泛[1]。但是齒輪傳動(dòng)的制造和安裝精度要求高，價(jià)格相對于較貴，且不宜于傳動(dòng)距離過大的場合。蝸桿傳動(dòng)是指空間交錯(cuò)的兩軸間（通常為90176。）傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、零件數(shù)目少、結(jié)構(gòu)緊湊、沖擊載荷小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、具有自鎖性等特點(diǎn)[1]。但是蝸桿傳動(dòng)效率低，制造相對于困難。齒輪—蝸桿減速器最大的特點(diǎn)是在獲得較高傳動(dòng)比的情況下盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，其傳動(dòng)比范圍一般為15～480，如此大的傳動(dòng)比是其它減速器不可比擬的。 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 CAD技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展概況計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)與圖形輸出設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。簡稱CAD（Computer Aided Design）。現(xiàn)代CAD技術(shù)被人們認(rèn)知為在復(fù)雜的大系統(tǒng)環(huán)境下，支持產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理論和方法、設(shè)計(jì)壞境、設(shè)計(jì)工具各相關(guān)技術(shù)的總稱。CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有著普通手工設(shè)計(jì)中不可替代特點(diǎn)，將CAD技術(shù)充分運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)研究中能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，更能有效的避免或降低了在手工設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的“三現(xiàn)象”——錯(cuò)、漏、缺。CAD系統(tǒng)還能在市場營銷中發(fā)揮其重要作用，主要體現(xiàn)在易于實(shí)現(xiàn)方案優(yōu)化、產(chǎn)品報(bào)價(jià)等一系列項(xiàng)目投標(biāo)服務(wù)，因此在各大企業(yè)中應(yīng)用十分頻繁[2]。上世紀(jì)50年代具有簡單的工程繪圖輸出能力第一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)在美國誕生，這就是早期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，處于研究和開發(fā)階段。60年代初期在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了曲面片技術(shù)，接著出現(xiàn)了在企業(yè)中有一定運(yùn)用的計(jì)算機(jī)繪圖、輸出設(shè)備。70年代，完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)得到發(fā)展，CAD技術(shù)取得了較大的突破，后期出現(xiàn)了光柵掃描顯示器，將圖形顯示效果提高到新的臺(tái)階，往后出現(xiàn)了方便易用的鼠標(biāo)、圖形輸入板等形式多樣的圖形輸入設(shè)備，技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了CAD技術(shù)一步步得到完善。80年代，隨著技術(shù)的不斷革新超大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，微處理器和存儲(chǔ)器件已經(jīng)開始運(yùn)用到CAD技術(shù)里，工程工作站問世更是將CAD技術(shù)帶入到中小型企業(yè)，使得CAD技術(shù)得到了推廣和普及。通過對CAD技術(shù)的發(fā)展認(rèn)識(shí)可總結(jié)為CAD技術(shù)經(jīng)歷了由二維平面繪圖技術(shù)到曲面造型技術(shù)，由曲面造型技術(shù)到實(shí)體造型技術(shù)，由實(shí)體造型技術(shù)到參數(shù)化造型技術(shù)，由參數(shù)化造型技術(shù)到變量化技術(shù)的四次技術(shù)革命。當(dāng)然技術(shù)的更新，不可能就此停步，因?yàn)槿祟悓Ω憬荨⒏唵?、更?shí)用、更人性化的追求，CAD技術(shù)也將始終往更強(qiáng)大、更完善的方向發(fā)展[4]。西方發(fā)達(dá)國家在上世紀(jì)50年代就開始把CAD技術(shù)引入各行各業(yè)，由于起步早、經(jīng)驗(yàn)豐富。如今，國外CAD軟件眾多，如比較優(yōu)秀的有Pro/Engineer、CATIA、UG、Solidworks、AutoCAD等[5]。在我國對CAD技術(shù)的研究起步較晚，發(fā)展還比較滯后，80年代左右對CAD技術(shù)的各項(xiàng)研究才開始，但是為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，我國一些高校和研發(fā)機(jī)構(gòu)吸收國外先進(jìn)技術(shù)，通過消化創(chuàng)新和二次開發(fā)[6]。目前我國開發(fā)出一些中端的CAD軟件，比如北航華正的CAXA、開目公司的KMCAD、中望CAD、浩辰CAD等，由于起步晚，技術(shù)落后，我國的CAD技術(shù)與國外還是有相當(dāng)大的差距。目前在國內(nèi)企業(yè)里常見的也是Pro/Engineer、CATIA、UG、Solidworks、AutoCAD等世界主流的CAD軟件[7]。目前，CAD技術(shù)已在電子和電氣、科學(xué)研究、機(jī)械設(shè)計(jì) 、軟件開發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動(dòng)化、建筑、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[8]。Pro/Engineer軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC公司）旗艦產(chǎn)品，它作為最為常見的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)之一。其內(nèi)容涵蓋了從產(chǎn)品基本概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全部內(nèi)容，包括了概念設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)仿真、加工過程仿真及工程圖輸出等功能[9]。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用Pro/Engineer軟件使設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化[10]。 參數(shù)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和發(fā)展概況參數(shù)化設(shè)計(jì)是CAD技術(shù)發(fā)展到中后期出現(xiàn)的一種革新技術(shù)，它主要指參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎，其工作過程是把繪制的圖元信息以參數(shù)的形式保存起來，通過參數(shù)化修改引擎來修改圖元的每一個(gè)參數(shù)生成新的圖元達(dá)到修改圖形的目的。CAD技術(shù)發(fā)展到變量化設(shè)計(jì)以后出現(xiàn)了參數(shù)化，因此可以總結(jié)為參數(shù)化設(shè)計(jì)是由變量化設(shè)計(jì)延伸而來的，CAD技術(shù)發(fā)展中期美國麻省理工學(xué)院Gossard教授提出了變量化設(shè)計(jì)的思想。起初在CAD技術(shù)中變量化設(shè)計(jì)思想并未得到重視。直到1987年美國的PTC公司推出了集參數(shù)化、變量化、特征設(shè)計(jì)以一體的Pro/Engineer軟件，人們才真正意識(shí)到變量化設(shè)計(jì)的重要性，接著變量化設(shè)計(jì)成了新的CAD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11]。80年代初，針對CAD/CAM集成的需求，特征和特征造型的研究起步，由于各種特征是從具體應(yīng)用中抽象、總結(jié)出來的，所以參數(shù)化設(shè)計(jì)是特征應(yīng)用的一個(gè)重要前提。80年代中后期，美國的PTC和SDRC等公司都開發(fā)出了以特征為對象的特征造型系統(tǒng)(PRO/ENGINEER和IDEAS)。這些系統(tǒng)都能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對特征的參數(shù)設(shè)計(jì)。從此參數(shù)化設(shè)計(jì)正式走上了“舞臺(tái)”。Pro/Engineer作為參數(shù)化設(shè)計(jì)的鼻祖，其在業(yè)界的市場份額也逐漸增大，后來UG和CATIA兩個(gè)傳統(tǒng)的軟件也緊隨Pro/Engineer之后加入了參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能，目前在傳統(tǒng)的制造業(yè)中兩個(gè)軟件占據(jù)的市場份額依舊較大[12]。我國在參數(shù)化方面的技術(shù)相對來說比較落后，也沒有較優(yōu)秀的軟件，現(xiàn)階段主要是對國外比較優(yōu)秀的軟件進(jìn)行漢化和二次開發(fā)。目前國內(nèi)外主流的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件有Pro/Engineer、UGNX和CATIA[13]。 1 引言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)的日新月異，傳統(tǒng)的制造業(yè)正向數(shù)字化、參數(shù)化、全球化發(fā)展。本論文是基于Pro/E的齒輪—蝸桿減速器設(shè)計(jì)，運(yùn)用AutoCAD和Pro/Engineer對減速器進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)，傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算選擇，電動(dòng)機(jī)的選擇，運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算，齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，齒輪、蝸桿、蝸輪的基本尺寸確定，高速軸、中間軸、低速軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核，各軸承的選擇和校核，減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減速器各附件的選擇，減速器的潤滑和密封方式的選擇，運(yùn)用Pro/Engineer對設(shè)計(jì)好的減速器各零件三維建模，對減速器進(jìn)行裝配仿真及運(yùn)動(dòng)仿真，并運(yùn)用AutoCAD繪制減速器裝配圖和主要零件圖等。2 傳動(dòng)方案的分析根據(jù)工作原理的不同，傳動(dòng)可以認(rèn)為機(jī)械傳動(dòng)和帶傳動(dòng)兩類，機(jī)械傳動(dòng)又分為摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣力傳動(dòng)。本文涉及到的主要是嚙合傳動(dòng)，常見的嚙合傳動(dòng)有齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等。以下對各傳動(dòng)方式進(jìn)行簡單分析。（1）斜齒輪傳動(dòng)斜齒輪傳動(dòng)效率高、平穩(wěn)性較直齒圓柱齒輪傳動(dòng)好，常用在高速級(jí)或要求傳動(dòng)平穩(wěn)的場合。所以本設(shè)計(jì)中將斜齒輪傳動(dòng)布置在高速級(jí)。（2）蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，尺寸緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，但效率較低，適用于速度中等和中、小功率的場合。所以本設(shè)計(jì)將蝸桿傳動(dòng)布置在低速級(jí)。（3）鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，不適于高速傳動(dòng)，應(yīng)布置在低速級(jí)。所以本設(shè)計(jì)將鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)布置在最后。本文研究的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)裝置為齒輪蝸桿減速器。該傳動(dòng)方案將斜齒輪布置在高速級(jí)，將蝸桿傳動(dòng)布置在低速級(jí)，將鏈傳動(dòng)布置在最后，這樣滿足在需要很大傳動(dòng)比的同時(shí)盡量使減速器結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)傳遞效率也較單純的蝸桿傳動(dòng)有了很大的提升，這樣的傳動(dòng)方案相對也比較合理。 齒輪蝸桿減速器傳動(dòng)方案 Gear worm transmission scheme3 電動(dòng)機(jī)的選擇 工作參數(shù)（1）輸送鏈牽引力F=4000N；（2）輸送鏈速度v=；（3）輸送鏈輪齒數(shù)z=14；（4）輸送鏈節(jié)距p=80mm；（5）工作情況 兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，室內(nèi)工作，無粉塵；（6）使用期限 20年；（7）生產(chǎn)批量 20臺(tái)；（8） 生產(chǎn)條件 中等規(guī)模機(jī)械廠，可加工6～8級(jí)精度齒輪和7～8級(jí)精度蝸輪；（9）動(dòng)力來源 電力，三相交流380/220V；（10）檢修間隔期 四年一次大修，二年一次中修，半年一次小修。 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)類型的選擇按工作要求選用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)(用Y系列電動(dòng)機(jī))。 確定電動(dòng)機(jī)功率（1）工作機(jī)所需功率（kW） （31） （2）查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊第3版》表17確定各個(gè)部分的傳動(dòng)效率聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 ；斜齒輪的傳動(dòng)效率 ；蝸桿的傳動(dòng)效率 ；軸承的傳動(dòng)效率 。總傳動(dòng)效率 （32）（3）工作所需電動(dòng)機(jī)功率 （33）因載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于即可。根據(jù)Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動(dòng)機(jī)的額定功率為。 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（1）輸送鏈節(jié)圓直徑 （34）（2）鏈輪的工作轉(zhuǎn)速 （35）（3）轉(zhuǎn)速的確定通常，斜齒輪的傳動(dòng)比為，蝸桿的傳動(dòng)比為，總傳動(dòng)比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍 （36）符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000，1500和750,綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量及價(jià)格等因素，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000的電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y90L6,額定功率為,轉(zhuǎn)速為910,m，電動(dòng)機(jī)參數(shù)見表11所示。表11 電動(dòng)機(jī)參數(shù) Motor parameters電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（kW）同步轉(zhuǎn)速/滿載轉(zhuǎn)速/()軸升尺寸（）轉(zhuǎn)矩()Y90L4910D=24,E=504 傳動(dòng)比的計(jì)算分配和運(yùn)動(dòng)動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 計(jì)算總傳動(dòng)比用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比輸出轉(zhuǎn)速來確定總傳動(dòng)比，計(jì)算公式為