【正文】 i0、i分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比） （2）分配各級(jí)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取i=所以： i0= 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)將傳動(dòng)裝置各軸由高速至低速依次定為Ⅰ軸，Ⅱ軸：i0,i1，......為相鄰兩軸間的傳動(dòng)比η01，η12，......為相鄰兩軸的傳動(dòng)效率PⅠ，PⅡ，......為各軸的輸入功率 （KW）TⅠ，TⅡ，......為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （N 電動(dòng)機(jī)類型選擇（1）電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇：選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，此系列電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，適用于不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的機(jī)械。　總之，對(duì)連桿減速器進(jìn)行CAD/CAE下的建模和仿真，是傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)的緊密結(jié)合，它不但符合科技發(fā)展的規(guī)律，也會(huì)使各自的應(yīng)用、研究及發(fā)展獲得意想不到的效果。該階段是生產(chǎn)階段，所以較少使用CAE軟件，但可以用一些專業(yè)軟件，如鑄造分析軟件、板料成形軟件來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。　　(b)在概念設(shè)計(jì)完成以后，緊接著就是詳細(xì)設(shè)計(jì)?！　∵@種趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾方面∶真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí)、面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、多相多態(tài)介質(zhì)耦合、多物理場(chǎng)耦合以及多尺度耦合分析、適應(yīng)于超級(jí)并行計(jì)算機(jī)和機(jī)群的高性能CAE求解技術(shù)、GUI＋多媒體的用戶介面。即真實(shí)模擬，它涉及到許多高難問(wèn)題：高度非線性、多物理場(chǎng)耦合及產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜裝配體模型等。這就是CAE方法中的優(yōu)化處理過(guò)程，其通常需要經(jīng)過(guò)參數(shù)化建模、求解、優(yōu)化參數(shù)評(píng)價(jià)等步驟完成?；跀?shù)值分析技術(shù)的CAE方法，顯然不可能對(duì)我們的目標(biāo)得到一個(gè)解析函數(shù)，CAE計(jì)算所求得的結(jié)果只是一個(gè)數(shù)值。在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定約束條件的前提下，通過(guò)改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。事實(shí)上，在理想的現(xiàn)代設(shè)計(jì)過(guò)程中，CAE應(yīng)該融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)分析一體化。　?。?）CAD/CAE協(xié)同設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要手段和工具，而其中的CAE技術(shù)又成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)流程的核心，CAE具有以下功能: (a) 應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，借助計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性；(b) 與優(yōu)化技術(shù)配合，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案 ； (c) CAE所起到的虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性，甚至產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與環(huán)境等之間的相容性；(d) 知識(shí)的獲取是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，CAE才能真正提高設(shè)計(jì)者的知識(shí)技能，而其他手段通常都只能起到使設(shè)計(jì)者工作更順手、能更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖等作用，較少增加關(guān)鍵知識(shí)。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。但是如果只是停留在這個(gè)階段，就失去了CAD的作用，因?yàn)镃AD是輔助設(shè)計(jì)，不是輔助繪圖。三維 CAD/CAE技術(shù)不僅解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程圖繪制的問(wèn)題，更重要的是利用三維CAD/CAE技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，所生產(chǎn)的三維零件可以直接與CAE/CAM/CAPP等CIMS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和銜接，是將來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)圖樣生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的重要手段。三維設(shè)計(jì)的真正意義不僅僅在于設(shè)計(jì)模型本身，而是設(shè)計(jì)出模型的后處理工作。建模技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用，代表了CAD技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用?！　@產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到終止使用的整個(gè)生命周期，再?gòu)臎Q策者、設(shè)計(jì)師、制造商、銷售商和用戶等全方位地去觀察和研究產(chǎn)品，仿真技術(shù)已顯示出它強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿?。在這種復(fù)雜的分布綜合的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí)，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應(yīng)的處理?！　‖F(xiàn)在，仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開放復(fù)雜的大系統(tǒng)。這種思想將現(xiàn)代先進(jìn)的組織形式跟現(xiàn)代的哲學(xué)、文化混合為一體，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程(制造過(guò)、使用和支持過(guò)程)進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化模式的工作。通過(guò)基本特征，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能描述事物內(nèi)部及相互間真實(shí)的作用和交互，使用戶仿佛置身于一個(gè)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(jī)交流的方式?，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(shí)現(xiàn)了仿真建模、仿真運(yùn)行、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運(yùn)用了并發(fā)執(zhí)行機(jī)制，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果的統(tǒng)一管理，人工智能技術(shù)也應(yīng)用在仿真建模、仿真運(yùn)行和仿真結(jié)果的分析中?！　”举|(zhì)上講，、仿真語(yǔ)言和仿真軟件來(lái)完成?！∮?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。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)。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)。這將導(dǎo)致摩擦、誤差產(chǎn)生，從而使傳動(dòng)效率降低。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。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。（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。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)際情況可以達(dá)到多少。 減速器的類型及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)減速器的種類很多，常見的減速器按其傳動(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。同時(shí)，所要克服的阻力也會(huì)隨著工作情況而異。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。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。　　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)。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。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?？梢姡灰瓌?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。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 目 錄1 引 言 1 概述 2 減速器的類型及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 3 3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 3 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4 5 5 CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用、研究現(xiàn)狀 72 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 12 傳動(dòng)方案擬定 12 電動(dòng)機(jī)類型選擇 12 確定傳動(dòng)裝置的中傳動(dòng)比和分配級(jí)傳動(dòng)比 12 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì) 13 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1材料、熱處理方式、精度等級(jí) 14 14 16 17 19 19 軸及軸承的設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(jié) 64致 謝 65參考文獻(xiàn) 66附 錄 67III1 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。對(duì)減速器進(jìn)行CAD/CAE下的建模和仿真，是傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)的緊密結(jié)合，它不但符合科技發(fā)展的規(guī)律，也會(huì)使各自的應(yīng)用、研究及發(fā)展獲得意想不到的效果。這對(duì)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(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力起了巨大的作用。 [關(guān)鍵詞] 圓錐齒輪減速器 裝配 運(yùn)動(dòng)仿真 參數(shù)化設(shè)計(jì) 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。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。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。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)有以漸開線為齒形的諸種環(huán)板式減速器難以避免的缺點(diǎn)。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