【正文】 陜西理工學院畢業(yè)設計一級圓錐齒輪減速器的CAE技術[摘要] 隨著科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，漸開線齒輪傳動減速器的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的減速器設計方法己不能滿足用戶的需求，CAD/CAE技術的迅速發(fā)展使得它無論在機械、電子、航空、建筑等領域都獲得了成功的應用。這對于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本和增強市場競爭力起了巨大的作用。對減速器進行CAD/CAE下的建模和仿真，是傳統(tǒng)技術和現(xiàn)代技術的緊密結合，它不但符合科技發(fā)展的規(guī)律，也會使各自的應用、研究及發(fā)展獲得意想不到的效果。Pro／MECHANICA Structure 是集靜態(tài)、動態(tài)結構分析于一體的有限元模塊，它不僅能夠模擬真實環(huán)境為模型施加約束及載荷，而且能夠測算模型的應力、應變、位移等參數(shù)，實現(xiàn)靜態(tài)、模態(tài)、翹曲、疲勞、動態(tài)響應、振動等分析。本課題主要以 Pro/E軟件為工具，進行了圓錐齒輪減速器的虛擬設計和運動仿真，齒輪齒闊的靜應力分析，完成了減速器的CAE過程。 [關鍵詞] 圓錐齒輪減速器 裝配 運動仿真 參數(shù)化設計 Pro/Mechanic Structure 有限元分析The CAE technology of Level taper gear reducerAbstract：Along with the science and technology and the national economy development, the demand of involute gears transmission reducer is biger and biger, the quality requirement is also higher and higher, and the design method of traditional gear reducer oneself can not satisfy the user’s the demand, the CAD/CAE technology rapid development causes it regardless of in domains and so on machinery, electron, aviation, building has all obtained the successful application. This regarding play the huge role to enhance product performance and quality, reduce product development cycle, reduce the cost and strengthen the market petitive power。The gear for modeling and simulation under CAD/CAE is the bination of traditional and modern technology, it not only conform to the rules, also can make their application, research and development to acquire the result that is not expected. Pro／MECHANICA Structure is a static and dynamic structural analysis in one of the finite element module，it not only simulate the real environment and impose restraint and load for a model, also can measure the model of stress, strain, displacement and other parameters, besides it can also realize the static, modal, warping, fatigue, dynamic response, vibration analysis, etc. This subject mainly make use of the Pro/E software to achieve taper gear reducer of virtual design and motion simulation, and the static stress anylsys of gear tooth, and plete CAE process of the reducer.Keywords： Taper gear reducer assembly Motion simulation Parametric design Pro/Mechanic Structure Finite element analysis 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日目 錄1 引 言 1 概述 2 減速器的類型及綜合評價指標 3 3 綜合評價指標 3 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 5 5 CAD/CAE技術應用、研究現(xiàn)狀 72 系統(tǒng)結構總體設計 12 傳動方案擬定 12 電動機類型選擇 12 確定傳動裝置的中傳動比和分配級傳動比 12 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的設計 13 齒輪傳動設計 1材料、熱處理方式、精度等級 14 14 16 17 19 19 軸及軸承的設計與選擇 1輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 19 19 20 21 22 24 24 263圓錐齒輪減速器的三維建模 2輸出軸的三維建模 27 27 2輸出軸上錐齒輪的參數(shù)化建模 29 29 36 37 37 40 414 圓錐齒輪減速器的裝配與運動仿真 43 43 43 43 44 50 50 505 有限元分析 55 Pro/Mechanic Structure有限元分析 55 55 56 56 63總 結 64致 謝 65參考文獻 66附 錄 67VI1 引 言原動機、傳動機和工作機（執(zhí)行機）是機械系統(tǒng)的三大基本構成。原動機提供基本的運動和動力。工作機是機械具體功能的執(zhí)行系統(tǒng)，隨機械功能的不同，工作機的運動方式和結構形式千差萬別。由于原動機運動的單一性、簡單性與工作機運動的多樣性、復雜性之間的矛盾，需用傳動機將原動機的運動和動力，如速度、力或力矩的大小和方向等進行轉(zhuǎn)換并傳遞給工作機，以適應工作機的需要?？梢?，只要原動機的運動和動力輸出不能滿足工作機的要求，傳動機的存在就是必然的。目前在工程實際中，廣泛使用的傳動裝置有齒輪傳動機構，鏈傳動、皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在普通齒輪傳動中，單級傳動比小，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，高性能的傳動裝置顯得十分必要。在傳動裝置中，國內(nèi)外大多采用的是齒輪傳動及其變形，同時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傳動比大；借助一齒差原理大幅度提高了重合度，因而承載能力提高；高副處為滾動摩擦因而摩擦力小，機械效率高。采用的是一齒差原理，是一種傳動比大，承載能力大，機械效率高的傳動裝置。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的缺點并保留其優(yōu)點，實現(xiàn)機械傳動裝置的高性能、低成本和小型輕量化，從傳動原理上創(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)板式傳動可省去輸出機構而輸出軸剛性好；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，而且又保留了原擺線針輪行星減速器同時嚙合齒數(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，克服了現(xiàn)有以漸開線為齒形的諸種環(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(zhuǎn)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(jīng)得到了廣泛的應用，在大多數(shù)的大型制造企業(yè)已經(jīng)相當?shù)某墒?。因為CAD是輔助設計，不是輔助繪圖，設計不但要想到產(chǎn)品的機械模型，還應想到產(chǎn)品的結構分析、運動機構分析和生產(chǎn)加工處理等，只有這樣才能真正發(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(chǎn)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(chǎn)品的設計與生產(chǎn)廠家清楚意識到：能更快地推出優(yōu)秀的新產(chǎn)品，就能占領更多的市場。為此，CAD/CAE方法作為能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。從設計產(chǎn)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(jīng)成為現(xiàn)代設計研究的主要手段和工具，在產(chǎn)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(chǎn)品進行設計，大大縮短產(chǎn)品設計研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品設計的準確性，大大降低產(chǎn)品開發(fā)設計成本，全面實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設計制造工程，提高產(chǎn)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(zhuǎn)速并相應的增大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速是一定的，如果要達到需要的轉(zhuǎn)速時，