【正文】 仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 74 當(dāng)前齒輪減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題 。然而，任何產(chǎn)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。一方面，控制工程、系統(tǒng)工程的發(fā)展，促進了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用；另一方面，計算機的出現(xiàn)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，又為仿真技術(shù)的發(fā)展提供了強大 的支撐。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)出一種生機勃勃的局面。到 80 年代中后期，開始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境。它有 “ 靈境 (Immersive)” 和 “ 交互感 (Interactive)”2 個基本特征。虛擬產(chǎn)品開發(fā) (VPD—— Virtual Product Development)首先源于并行工程 （ CE） 思想。 VPD 仿真技術(shù)是仿真技術(shù)發(fā)展的又一重要領(lǐng)域，它能深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造中，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。 DIS 實現(xiàn)用計算機網(wǎng)絡(luò)將不同地點的仿真設(shè)備連接起來，通過實體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種先進仿真技術(shù)。此外，為了適應(yīng)快速變化的世界市場，克服單個企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時限內(nèi)，為了某一市場機遇，通過網(wǎng)絡(luò)臨時聯(lián)結(jié)的一種動態(tài)聯(lián)盟 —— 虛擬企業(yè)。 三維 CAD 造型技術(shù) 也稱建模 技術(shù) ，它是 CAD 技術(shù) 的核心。 三維 CAD/CAE 技術(shù) 在產(chǎn)品的 三維 造型、虛擬狀配、工程圖生成、動態(tài)干涉檢驗、機構(gòu)運動分析和動態(tài)仿一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 74 真、有限元分析等方面帶來了革命性得突破，提高了 設(shè)計 效率和 設(shè)計 質(zhì)量。 三維 CAD/CAE 符合 設(shè)計 者的思維習(xí)慣，可以充分發(fā)揮 設(shè)計 者創(chuàng)造力和想象力。 但 很多企業(yè)，也只是做到用手工出圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C出圖的現(xiàn)狀，當(dāng)然計算機出圖是有很多優(yōu)點的，漂亮、規(guī)范、修改容易、存檔方便等。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(shè)計與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。 于是，對 CAD/CAE 技術(shù)及其一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 74 應(yīng)用的研究也 達到一個新高度。但是，目前眾多的設(shè)計單位將 “CAD” 與 “CAE 分析 ”截然分開，由不同的人或部門來完 成設(shè)計與分析工作，存在工作和數(shù)據(jù)交接、結(jié)果等待和評判等過程，造成了整個設(shè)計流程的不暢通 。 （ 3） CAE 優(yōu)化方法 設(shè)計過程實際上就是尋找最佳設(shè)計方案的過程 。 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 74 優(yōu)化作為一種數(shù)學(xué)方法，通常是利用對解析函數(shù)求極值的方法來達到尋求最優(yōu)值的目的。那么，該曲面的最小值，便可以認(rèn)為是目標(biāo)最優(yōu)值。 （ 4） CAD/CAE 技術(shù)發(fā)展趨勢 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計力求高效率、高質(zhì)量、低成本，這對 CAE 分析工具也提出了更高的要求 ： 有足夠技術(shù)手段來真實地模擬產(chǎn)品工作行為。 因而在這樣的背景下， CAD 技術(shù)主要 具有 以下幾方面的發(fā)展趨勢 ∶ 標(biāo)準(zhǔn)化 、 開放性 、 集成化 、 智能化 和 虛擬現(xiàn)實 (VR)與 CAD 的 集成 。 主要有三個方面的 應(yīng)用： 市場調(diào)研；技術(shù)設(shè)計，包括各種方案的計算機效果模擬和分析仿真論證 ； 評估、準(zhǔn)備相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施 。 (c)樣機制造階段 是 根據(jù)詳細(xì)設(shè)計提供的模型或數(shù)據(jù)完成試驗樣機的加工制造。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。 方案擬定：由設(shè)計要求知采用 V 帶傳動與一級圓錐齒輪傳動，即可滿足傳動比要求。 取η １ =， η ２＝ ， η ３＝ ， 則： η 總 = =. 所以：電機所需的工作功率： Ｐ d＝Ｐ Ｗ ／η 總 ＝ (KW) （ 3）確定電動機轉(zhuǎn)速 nd＝ ixnw＝ ＝ 575r/min 根據(jù)所得電動機轉(zhuǎn)速查取手冊選擇電動機型號為： Y112M— 6，其同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 940 r/min，額定功率 。 m Ⅰ軸： TⅠ = Td i1 （ 2）通用減速器的傳動精度范圍為 6— 8 級，故選用 7 級精度。 mm （ 3） 齒寬系數(shù) R? 取 R? = （ 4）材料彈性影響系數(shù) 查表得 ZE= MPa （ 5）查表得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 MPaH 6001lim ?］［ σ 大齒輪的接觸疲勞強度極限 MPaH 5502lim ?］［ σ （ 6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60n1 j Lh=60 575 1 (2 8 300 15) =2. 484 109 N2= 109 （ 7）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1. 計算 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑 d1， 代入 [ Hσ ]中較小的值 d1 ≥ = （ 2）計算小齒輪的圓周速度 （ 3）計算齒寬 b 22)(3 ??????????? ］［ σ HEZuRR kTM P aSK H NHH 55022lim1 ?? σ］［ σM P aSK H NHH 55 211lim1 ?? σ］［ σ一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 74 Rt=d1 12?u /2= R? =b/R 得 b= R? Rt = mm （ 4） 計算 mt mt= d1/z1=（ 5）計算載荷系數(shù) 根據(jù)小齒輪的圓 周速度 V=， 7 級精度，查圖得 動載荷系數(shù) Kv= 齒間載荷分配系數(shù) KHa=KFa=1 使用系數(shù) KN= 齒向載荷分布系數(shù) KH? = KF? = KH? be 查表得 KH ? be=， 則 KH? = KF? = = 齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) YFa YSa 由于當(dāng)量齒數(shù) Zv1=Z1/cos 1σ =24 Zv2= Z2/cos(90 1σ )=129 查表得 YFa1= YSa1= YFa2= YSa2= 故載荷系數(shù) K=KAKv KHa KH? = （ 6）按實際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 d1= d1 3 1/ZK = （ 7）計算模數(shù) m= d1/Z1= 按齒跟彎曲強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式 m≥ 確定公式內(nèi)各參數(shù)值 （ 1）由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 1FE? = MPa600 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2FE? = MPa380 （ 2）由圖差得彎曲疲勞壽命系數(shù) ???????????? ］［ σ FSaFa YYuZRR kT 1)( 43 22121一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 74 ］［ σFSaFaYYKFN1= KFN2= （ 3）取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 得 [ Fσ ]1 =KFN1 1FE? /S= [ Fσ ]2 =KFN2 2FE? /S= （ 4）計算載荷系數(shù) K=KAKv KFaKF? = （ 5）齒形系數(shù) YFa1= YFa2= YSa1= YS a2= （ 6）計算大、小輪的 并加以比較 設(shè)計計算 m≥ 對比計算 結(jié)果，得齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m大于齒根彎曲疲勞強度的模數(shù)。 錐齒輪的結(jié)構(gòu) 由于小齒輪及大齒輪的齒頂圓直徑小于 160mm , 故可將大、小齒輪做成實心結(jié)構(gòu)的齒輪。查表得 A0=110： Nd TF mt 3222 ?????NdTF mt 11862 111 ??A AFrFtFaFNV2 FNH2FNV139。 則： 2TKT Aca? = 按照計算轉(zhuǎn)矩 caT 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查表選用 LX1 型號的彈性柱銷聯(lián)軸器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求查表選擇： 18 的軸鍵： b h L=6 6 28 22 的軸鍵： b h L=6 6 22 24 的軸鍵： b h L=8 7 28 32 的軸鍵： b h L=10 8 22 （ 3） 確定軸上的圓角和倒角尺寸 查表選擇，取軸端倒角為 1 45，軸肩處的圓角半徑 裝配圖 求軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖 ， 做出軸的計算簡圖，并且根據(jù)軸 的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖 和 所示。軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 ?a ，則： 輸出軸： 前面已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，查表得： MPa60][ 1 ??? ， 因此 ][ 1?? ??ca ， 故滿足強度校核。窺視孔上有蓋板，以防止污物進入機體內(nèi)和潤滑油飛濺出來。 （ 4）通氣器減速器運轉(zhuǎn)時，由于摩擦發(fā)熱，使機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導(dǎo)致潤滑油從縫隙向外滲漏。在軸承端蓋上也可以安裝啟蓋螺釘，便于拆卸端蓋。 （ 7）調(diào)整墊片調(diào)整墊片由多片很薄的 軟金屬制成，用一調(diào)整軸承間隙。密封件多為標(biāo)準(zhǔn)件，其密封效果相差很大，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。 smsmndV m /12/ ???? ?一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 共 74 1 引 言 輸入、輸出軸的三維建模 輸入軸的三維建模 利用 PRE/E 的拉伸命令或旋轉(zhuǎn)命令可進行輸入、輸出軸的基礎(chǔ)建模，在此選用 PRO/E 的拉伸命令進行基礎(chǔ)建模。拉伸后生成的三維模型，如圖 所 示。 圖 草繪 同樣，草繪完成之后選擇拉伸深度為 。 最終輸入軸的三維模型就已建成。 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 共 74 參數(shù)化設(shè)計模型是以約束來表達產(chǎn)品模型的形狀特征，以一組參數(shù)來控制設(shè)計結(jié)果，從而能通過變換一組參數(shù)值方便地創(chuàng)建一系列形狀相似的零件。 此錐齒輪三維建模的一般步驟如下： （ 1）從齒輪零件庫中調(diào)取錐齒輪模型，將其打開。（ 所示的參數(shù)對話框中的參數(shù)都是按照自己所設(shè)計的尺寸參數(shù)）改過之后單擊確定命令。如下所示，為錐齒輪的關(guān)系式。 關(guān)系對話框 其中關(guān)系對話 框中的關(guān)系式是已經(jīng)輸入好的錐齒輪的關(guān)系式，不需要改變，可直接利用。單擊參數(shù)，出現(xiàn)如圖 所示的參數(shù)對話框： 圖 工具對話框 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 共 74 參數(shù)對話框 （ 3）根據(jù)所設(shè)計的齒輪尺寸參數(shù)，將上述參數(shù)對話框中的用戶定義的項目改成自己所設(shè)計的尺寸參數(shù)。程序驅(qū)動法是通過分析圖形幾何模型的特點，確定模型的主參數(shù)以及各 尺寸間的數(shù)學(xué)關(guān)系，將這種關(guān)系輸入程序中，進而在零件設(shè)計時只要輸入幾個參始值就可生成所要求的模型。 圖 軸的三維模型 輸出軸的三維建模 同輸入軸的建模方式一樣，輸出軸的最終三維模型，如圖 所示。 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 共 74 圖 鍵槽的拉伸 同樣另建一個基準(zhǔn)平面，選擇拉伸命令拉伸軸上的另一個鍵槽。選擇 RIGHT 平面作為參照，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選擇參照平面的偏移距離為 ，如圖 所示。 （ 2）單擊拉伸命令 ，選擇草繪平面，并進入草繪界面，根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)要求，選擇工具菜單欄上的草繪命令，繪制如圖所示的草繪圖形，完成單擊 確認(rèn)如圖 所示。 （ 2）滾動軸承的潤滑 輸出軸處滾動軸承： m in/750025030 rmmdn ???? 輸入軸處滾動軸承： m in/1 4 4 0 05 7 525 rmmdn ???? 對照脂潤滑和油潤滑的 dn值界限表選擇其潤滑方式為：脂潤滑。 （ 8）環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤，用以搬運或拆卸機蓋。 （ 6）定位銷 為了保證軸承座孔的安裝精度，在機蓋和機座用螺栓聯(lián)結(jié)后，M P aW aTMca )(4