【正文】 能與質(zhì)量，而且要降低產(chǎn)品的成本，因此人們需要找到最合理和最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。掌握 三維 CAD/CAE 技術(shù) 的使用，已經(jīng)逐步同使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行文字處理一樣，成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、 設(shè)計(jì) 人員的一種基本技能。從 20 世紀(jì) 60 年代至今， 三維 建模 技術(shù) 的發(fā)展經(jīng)歷了線框建模、曲面建模、實(shí)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(chǎn)品集成建模、行為建模等發(fā)展過(guò)程。美國(guó)是最早研究這種技術(shù)并投入使用的國(guó)家，已經(jīng)完成了多項(xiàng)基于 虛擬仿真的 DIS 工程項(xiàng)目，相關(guān)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成或正在完成。 CE 能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一開(kāi)始就考慮到投資、制造、裝配、銷售和維護(hù)及報(bào)廢等整個(gè)生命周期的所有因素，這對(duì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的矛盾非常有益。 （ 2） 計(jì)算機(jī)仿真的研究熱點(diǎn)及對(duì)制造業(yè)的影響 80 年代以來(lái)，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(gè)比較明顯的進(jìn)展就是 “ 虛擬制造 ” .根據(jù)虛擬制造的概念，整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造首先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產(chǎn)品在制造之前可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 （ 1） 計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一般都占有最大的比重，自 70 年代以來(lái)，全球性的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個(gè)性化方向發(fā)展，產(chǎn)品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動(dòng)化技術(shù)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(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。 其次，從效率方面來(lái)說(shuō)，它是機(jī)械系統(tǒng)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接反映系統(tǒng)傳遞動(dòng)力的能力大小，而傳遞的動(dòng)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(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，例如，連桿凸輪減速器裝置在同類產(chǎn)品中應(yīng)當(dāng)算比較高的效率了，可以達(dá) 99%以上，這在目前是一個(gè)極限數(shù)字。 （ 5） 振動(dòng)、噪聲 振動(dòng)、噪聲也是機(jī)械系統(tǒng)的重要指標(biāo)，降低噪聲和振動(dòng)不但可以延長(zhǎng)機(jī)器壽命而 且可以體現(xiàn)機(jī)器在結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用時(shí)只需結(jié)合傳動(dòng)功率，轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，工作條件和機(jī)器的總體布置 等具體要求，從產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊(cè)中選擇便可。減速器是工程實(shí)際應(yīng)用中常用的傳動(dòng)裝置。為此， CAD/CAE 方法作為能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的得力工具，被越來(lái)越頻繁地引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高競(jìng)爭(zhēng)力。采用的是一齒差原理，是一種傳動(dòng)比大，承載能力大，機(jī)械效率高的傳動(dòng)裝置。原動(dòng)機(jī)提供基本的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 一級(jí)圓錐齒輪減速器的 CAE 技術(shù) [摘要 ] 隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)減速器的需求量越來(lái)越大，質(zhì)量要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)方法己不能滿足用戶的需求，CAD/CAE 技術(shù)的迅速發(fā)展使得它無(wú)論在機(jī)械、電子、航空、建筑等領(lǐng)域都獲得了成功的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) ............................................. 67 附 錄 ............................................... 68 一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 74 1 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。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。 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)。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。 減速器的類型及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 減速器的分類 減速器的種類很多，常見(jiàn)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。 （ 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。 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。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)。 計(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。現(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)了一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 74 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。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。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。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 。 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。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。 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?；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。 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。 (b)在概念設(shè)計(jì)完成以后，緊接著就是詳細(xì)設(shè)計(jì) 。 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。 一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 74 確定傳動(dòng)裝置的中傳動(dòng)比和分配級(jí)傳動(dòng)比 由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 nm和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 nw （ 1）可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為： ia=nm/nw= 940/250= 總傳動(dòng)比等于各傳動(dòng)比的乘積 分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比 ia=i0 i （式中 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 η 01，η 12， ......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 （ Nη 12= = N由于齒輪模數(shù) m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) ，并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=。一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 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(jù)靜力平衡方程 0??M 計(jì)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(shè)有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞賭注。對(duì)于需作軸向調(diào)整的套環(huán)，如裝上二個(gè)啟蓋螺釘，將便于調(diào)整。 箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇如下表 ： 表 箱體結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 符號(hào) 減速器的尺寸關(guān)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(jié)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(jī)壁距離 C1 18， 16， 12 df， d2 至凸緣邊緣距離 C2 16， 10 軸承旁凸臺(tái)半徑 R1 10 凸臺(tái)高度 h 根據(jù)低速級(jí)軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn) 外機(jī)壁至 軸承座端面距離 l1 33， 97 一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 74 大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 △ 1 10 齒輪端面與內(nèi)機(jī)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(zhǔn)，一般 s=D2 潤(rùn)滑方式及密封件選擇 （ 1）由于其為閉式齒輪傳動(dòng)，其潤(rùn)滑方式根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定： 故應(yīng)將大齒輪侵入油池中進(jìn)行侵油潤(rùn)滑。 圖 軸的一段模型 同樣操，作利用拉伸命令對(duì)軸的其它個(gè)段進(jìn)行拉伸，拉伸后的三維模型如一級(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 74 圖 所示 圖 軸的三維模型 （ 4）單擊基準(zhǔn)平面工具 ，新建一個(gè)基準(zhǔn)平面作為軸上鍵槽的草繪基準(zhǔn)。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(duì)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(jí)圓錐齒輪減速器虛擬裝配及仿真設(shè)計(jì) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 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