【正文】 能與質量，而且要降低產品的成本，因此人們需要找到最合理和最經濟的設計方案。掌握 三維 CAD/CAE 技術 的使用，已經逐步同使用計算機進行文字處理一樣，成為產品開發(fā)、 設計 人員的一種基本技能。從 20 世紀 60 年代至今， 三維 建模 技術 的發(fā)展經歷了線框建模、曲面建模、實體建模、特征建模、參數(shù)化建模、變量化建模，以及正在研究的產品集成建模、行為建模等發(fā)展過程。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經完成了多項基于 虛擬仿真的 DIS 工程項目，相關的協(xié)議與標準已經完成或正在完成。 CE 能在產品開發(fā)一開始就考慮到投資、制造、裝配、銷售和維護及報廢等整個生命周期的所有因素，這對解決產品設計與開發(fā)的矛盾非常有益。 （ 2） 計算機仿真的研究熱點及對制造業(yè)的影響 80 年代以來，系統(tǒng)仿真不斷地朝著縱、橫方向發(fā)展，在制造業(yè)方面，一個比較明顯的進展就是 “ 虛擬制造 ” .根據虛擬制造的概念，整個產品的設計和制造首先在計算機上進行，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產品在制造之前可能出現(xiàn)的各種問題。 （ 1） 計算機仿真在制造業(yè)的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 制造業(yè)在國民經濟中一般都占有最大的比重，自 70 年代以來，全球性的市場競爭日益激烈，產品消費結構不斷向多元化、個性化方向發(fā)展，產品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動化技術如 CAD、 CAM、 CAPP、 NC、 FMS、 MRPⅡ 及 CIMS都得到快速發(fā)展。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。 其次，從效率方面來說，它是機械系統(tǒng)的重要評價指標，直接反映系統(tǒng)傳遞動力的能力大小，而傳遞的動力除受其輸出系統(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的機械傳動，例如，連桿凸輪減速器裝置在同類產品中應當算比較高的效率了，可以達 99%以上，這在目前是一個極限數(shù)字。 （ 5） 振動、噪聲 振動、噪聲也是機械系統(tǒng)的重要指標，降低噪聲和振動不但可以延長機器壽命而 且可以體現(xiàn)機器在結構上的緊湊性。 （ 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準系列產品，使用時只需結合傳動功率，轉速，傳動比，工作條件和機器的總體布置 等具體要求，從產品目錄或有關手冊中選擇便可。減速器是工程實際應用中常用的傳動裝置。為此， CAD/CAE 方法作為能縮短產品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入產品設計與生產的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。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。原動機提供基本的運動和動力。一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 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濟的發(fā)展，漸開線齒輪傳動減速器的需求量越來越大，質量要求也越來越高，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。 參考文獻 ............................................. 67 附 錄 ............................................... 68 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 74 1 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。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。 激烈市場 競 爭已使工業(yè)產品的設計與生產廠家清楚意識到：能更快地推出優(yōu)秀的新產品，就能占領更多的市場。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。 減速器的類型及綜合評價指標 減速器的分類 減速器的種類很多，常見的減速器按其傳動和結構特點可劃分為以下幾種： （ 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。 （ 4） 制造成本 按照通俗的看法對產品的要求就物美價廉，制造成本反映的是指價廉，一臺產品必須在滿足傳動比、效率、承載能力、抗振、噪聲以外，力求節(jié)約成本，這樣才能在同類產品中具有競爭力。 首先，從傳動比方面來說，作為一個 重要的性能評價指標，傳動比并不是任意設定的，它的變化給減速器的設計帶來了數(shù)字變化的設計重復性。當前各國齒輪和齒輪減速器向著高承載能力、高齒面硬度、高轉速、高精度、高可靠性、高效率、低成本、低噪聲、標準化和多樣化方向發(fā)展，即六高、二低、二化發(fā)展的總趨勢。 計算機仿真作為必不可少的工具，在減少損失、節(jié)約經費、縮短周期、提高質量等方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)在，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐軟件，實現(xiàn)了一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 74 仿真建模、仿真運行、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運用了并發(fā)執(zhí)行機制，在數(shù)據庫管理的基礎上實現(xiàn)了模型 數(shù)據、實驗數(shù)據、仿真結果的統(tǒng)一管理，人工智能技術也應用在仿真建模、仿真運行和仿真結果的分析中。這種思想將現(xiàn)代先進的組織形式跟現(xiàn)代的哲學、文化混合為一體，是對產品設計及其相關過程 (制造過、使用和支持過程 )進行并行的、一體化設計的一種系統(tǒng)化模式 的 工作。在這種復雜的分布綜合的系統(tǒng)進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。建模 技術 的研究、發(fā)展和 應用 ，代表了 CAD 技術 的研究、發(fā)展和 應用 。 三維 CAD/CAE技術 不僅解決了產品 設計 和工程圖繪制的問題，更重要的是利用 三維 CAD/CAE技術 實現(xiàn)產品的虛擬 設計 、運動仿真和優(yōu)化 設計 ，所生產的 三維 零件可以直接與CAE/CAM/CAPP 等 CIMS 技術 進行數(shù)據交換和銜接，是將來實現(xiàn)無圖樣生產的關鍵 技術 之一，是實現(xiàn)虛擬制造的重要手段。從設計產品 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。 事實上，在理想的現(xiàn)代設計過程中， CAE 應該融入產品設計的各個階段和環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設計分析一體化。基于數(shù)值分析技術的 CAE 方法，顯然不可能對我們的目標得到一個解析函數(shù)， CAE 計算所求得的結果只是一個數(shù)值。 即 真實模擬 ，它 涉及到許多高難問題：高度 非線性、多物理場耦合及產品系統(tǒng)級復雜裝配體模型等。 (b)在概念設計完成以后，緊接著就是詳細設計 。 總之，對連桿減速器進行 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。 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 74 確定傳動裝置的中傳動比和分配級傳動比 由選定的電動機滿載轉速 nm和工作機主動軸轉速 nw （ 1）可得傳動裝置總傳動比為： ia=nm/nw= 940/250= 總傳動比等于各傳動比的乘積 分配傳動裝置傳動比 ia=i0 i （式中 i0、 i分別為帶傳動 和減速器的傳動比） （ 2）分配各級傳動裝置傳動比： 根據設計要求，取 i= 所以： i0= 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的設計 將傳動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比 η 01，η 12， ......為相鄰兩軸的傳動效率 PⅠ， PⅡ， ......為各軸的輸入功率 （ KW） TⅠ， TⅡ， ......為各軸的輸入轉矩 （ Nη 12= = N由于齒輪模數(shù) m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關，可取彎曲強度算得的模數(shù) ，并圓整為標準值 m=。一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 21 頁 共 74 確定 輸入軸與帶輪相連接，令 mmd 18min1 ? 輸出軸與聯(lián)軸器相連接，其輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器出軸的直徑。 其中軸的支反力可根據靜力平衡方程 0??M 計算得出： 圖 輸出軸的彎扭圖 輸出軸A A AA A A水平面垂直面總彎矩扭矩FN V1FN H1FrFtFaFNV2FNH2FNV139。 （ 2）放油螺塞減速器底部設有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞賭注。對于需作軸向調整的套環(huán)，如裝上二個啟蓋螺釘，將便于調整。 箱體結構尺寸選擇如下表 ： 表 箱體結構尺寸 名稱 符號 減速器的尺寸關系 箱座壁厚 δ 8 箱蓋壁厚 δ 1 8 箱座凸緣厚度 b 12 箱 蓋凸緣厚度 b 1 12 箱座底凸緣厚度 b 2 20 地腳螺釘直徑 df 20 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)結螺栓直徑 d1 10 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 d2 6 連接螺栓 d2 的間距 l 150200 軸承端蓋螺釘直徑 d3 6 窺視孔蓋螺釘直徑 d4 6 定位銷直徑 d df， d1, d2 至外機壁距離 C1 18， 16， 12 df， d2 至凸緣邊緣距離 C2 16， 10 軸承旁凸臺半徑 R1 10 凸臺高度 h 根據低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準 外機壁至 軸承座端面距離 l1 33， 97 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 26 頁 共 74 大齒輪頂圓與內機壁距離 △ 1 10 齒輪端面與內機壁距離 △ 2 10 箱蓋、箱座肋厚 m1 ,m2 7， 7 軸承端蓋外徑 D2 93， 85 軸承端蓋凸緣厚度 t 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S 盡量靠近，以 Md1和 Md2互不干涉為準，一般 s=D2 潤滑方式及密封件選擇 （ 1）由于其為閉式齒輪傳動，其潤滑方式根據齒輪的圓周速度大小而定： 故應將大齒輪侵入油池中進行侵油潤滑。 圖 軸的一段模型 同樣操，作利用拉伸命令對軸的其它個段進行拉伸，拉伸后的三維模型如一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 28 頁 共 74 圖 所示 圖 軸的三維模型 （ 4）單擊基準平面工具 ，新建一個基準平面作為軸上鍵槽的草繪基準。如圖 所示。 （ 2）單擊菜單欄中的工具命令，出現(xiàn)如圖 的工具對話框。 HA=(HAX+X)*M HF=(HAX+CXX)*M H=(2*HAX+CX)*M DELTA=ATAN(Z/Z_ASM) D=M*Z DB=D*COS(ALPHA) DA=D+2*HA*COS(DELTA) DF=D2*HF*COS(DELTA) HB=(DDB)/(2*COS(DELTA)) RX=D/(2*SIN(DELTA)) THETA_A=ATAN(HA/RX) THETA_B=ATAN(HB/RX) THETA_F=ATAN(HF/RX) 一級圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設計 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 33 頁 共 74 DELTA_A=DELTA+THETA_A DELTA_B=DELTATHETA_B DELTA_F=DELTATHETA_F BA=B/COS(THETA_A) BB=B/COS(THETA_B) BF=B/COS(THETA_F) D0=D/(2*TAN(DELTA)) D1=D/2 D2=DA/2 D3=DB/2 D4=DF/2 D5=B D6=90 D9=D/COS(DELTA) D10=DA/COS(DELTA) D11=DB/COS(DELTA) D12=DF/COS(DELTA) D14=(D2*B*SIN(DELTA))/COS(DELTA) D15=(DA2*BA*SIN(DELTA_A))/COS(DELTA) D16=(DB2*BB*SIN(DELTA_B))/COS(DELTA) D17=(DF2*BF*SIN(DELTA_F))/COS(DELTA) D19=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PIALPHA D20=360*COS