【正文】 4. 基于 Solidworks 的減速器三維設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)仿真 仿真平臺(tái)及功能架構(gòu)目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的三維設(shè)計(jì)軟件很多，比如UG、ProE、Mastercam、SolidWorks 等。 附件為了減速器的正常工作，減速器的箱體上通常設(shè)置一些附加裝置，以便于減速器的注油排油通氣吊運(yùn)檢查油面高度檢查傳動(dòng)部件嚙合情況，保證加工精度和裝拆方便等。箱體按制造方式的不同可分為鑄造箱體和焊接箱體。 軸承組合包括軸承軸承蓋密封裝置以及調(diào)整墊片等。傳動(dòng)零件決定減速器的技術(shù)特性，通常根據(jù)傳動(dòng)零件的種類命名減速器。軸系部件的主要功能是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)零件要求的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保證各零件有確定的軸向位置。 減速器的構(gòu)造減速器的結(jié)構(gòu)因類型用途不同而異，但無論采用何種類型的減速器，其基本結(jié)構(gòu)都是由軸系部件箱體及附件三大部分組成。選擇聯(lián)軸器的尺寸時(shí)，應(yīng)注意軸孔直徑的范圍應(yīng)與被連接兩軸的直徑相適應(yīng)。連接減速器低速軸（輸出軸）與工作機(jī)軸的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，又因?yàn)闇p速器軸與工作機(jī)軸之間往往有較大的軸線偏移，因此常選用具有較大補(bǔ)償兩軸線偏移作用的聯(lián)軸器，如齒式聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)工作要求選定。 聯(lián)軸器的選擇減速器常通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸工作機(jī)軸相連接。齒寬應(yīng)取圓整值。齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸（如輪轂、輪輻及輪緣尺寸）如按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，應(yīng)進(jìn)行圓整。為了便于制造和測(cè)量，中心距應(yīng)盡量圓整成為偶數(shù)、0 或 5結(jié)尾的數(shù)值。如模數(shù)必須取標(biāo)準(zhǔn)值；中心距和齒寬應(yīng)圓整；分度圓齒、頂圓和齒根圓直徑、螺旋角、變位系數(shù)等嚙合幾何尺寸必須計(jì)算精確值。同一減速器內(nèi)各級(jí)大小齒輪的材料應(yīng)盡可能一致，以減少材料牌號(hào)和簡化工藝要求。由于本次設(shè)計(jì)主要的外傳動(dòng)零件是 V帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和開式齒輪傳動(dòng)將不再詳述 減速器內(nèi)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 內(nèi)傳動(dòng)零件主要有圓柱齒輪傳動(dòng)錐齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)。如小帶輪孔徑和長度是否與電動(dòng)機(jī)軸相適應(yīng)，小帶輪的外圓半徑是否小于電動(dòng)機(jī)的中心高，大帶輪的孔徑和長度是否與減速器輸入軸軸伸的直徑和長度相適應(yīng)，大帶輪外圓半徑是否與機(jī)器底座相干涉等。V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) V帶傳動(dòng)應(yīng)考慮帶的類型長度和根數(shù)；帶輪的材料和結(jié)構(gòu)；傳動(dòng)中心距及作用在軸上的力。傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法如《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材所述，現(xiàn)僅就應(yīng)注意的問題作簡要提示。減速器內(nèi)傳動(dòng)零件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，可在設(shè)計(jì)裝配圖過程中逐步完善。傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)包括確定傳動(dòng)零件材料熱處理方法參數(shù)尺寸和主要結(jié)構(gòu)。若接電動(dòng)機(jī)軸至工作軸的順序進(jìn)行推算，可求得各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下：（1）各軸輸入功率：p1=pdη 01=pdη b 式中 pd為電動(dòng)機(jī)輸出軸效率；η b為帶的傳動(dòng)效率；p2=p1η 12=pdη bη rη g η r為一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率，η g 為一對(duì)齒輪傳動(dòng)效率； pw=p2η 2w= pdη bη 2rη g2η c η c為二軸到工作軸之間聯(lián)軸器的效率。 裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 為進(jìn)行傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，即各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩。5%的誤差。一般允許總傳動(dòng)比的實(shí)際值與設(shè)計(jì)要求的規(guī)定值有177。（3） 應(yīng)使傳動(dòng)裝置的外廓尺寸盡可能緊湊。必要時(shí)可參考傳動(dòng)比常用值表。傳動(dòng)比分配的合理，可以減小傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)尺寸，減輕重量，改善潤滑狀況等。 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配根據(jù)滿載轉(zhuǎn)速 nm和工作機(jī)轉(zhuǎn)速 w，可得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為 由傳動(dòng)方案可知,傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比等于各級(jí)串聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的連乘積，即 n21iii?? 式中 n21ii?， 為各級(jí)串聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一般選用 1500r/min的電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)速也比較高，但它的適應(yīng)性較強(qiáng)，功率因數(shù)也比較高。 異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min 等。 三. 轉(zhuǎn)速的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量與工作機(jī)械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動(dòng)，這樣既可以避免傳動(dòng)損失，又可以節(jié)省占地面積。電動(dòng)機(jī)的功率也不能選擇太大，否則不但浪費(fèi)投資，而且電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，其功率和功率因數(shù)都不高，造成功率浪費(fèi)。一些自制簡易農(nóng)機(jī)具，我們可以憑經(jīng)驗(yàn)粗選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，用測(cè)得的電功率來選擇電動(dòng)機(jī)功率。如 JBS系列小型三相防爆異步電動(dòng)機(jī)，JQS 系列井用潛水泵三相異步電動(dòng)機(jī)以及 DM2系列深井泵用三相異步電動(dòng)機(jī)。 實(shí)際上，農(nóng)村用來帶動(dòng)水泵、機(jī)磨、脫粒機(jī)、扎花機(jī)和粉碎機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的小型電動(dòng)機(jī)大多選用 JO、JO2 系列電動(dòng)機(jī)。 3．密封式。這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子繞組等都裝在一個(gè)封閉的機(jī)殼內(nèi)，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但它的密封不很嚴(yán)密，所以還不能在水中工作， “JO”系列電動(dòng)機(jī)屬于這種防護(hù)形式?！癑”系列電動(dòng)機(jī)就屬于這種防護(hù)形式。這種電動(dòng)機(jī)的外殼有通風(fēng)孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向成 45186。繞線式的有 JR、JR O2系列小型繞線式異步電動(dòng)機(jī)和 JRQ系列中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)。從類型上可分為鼠籠式與繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩種。選擇電動(dòng)機(jī)的內(nèi)容包括很多，例如電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、防護(hù)形式、結(jié)構(gòu)形式等，但是結(jié)合農(nóng)村具體情況，需要選擇的通常只是功率、轉(zhuǎn)速、防護(hù)形式等幾項(xiàng)比較重要的內(nèi)容，因此在這里介紹一下電動(dòng)機(jī)的選擇方法及使用。 選擇電動(dòng)機(jī)合理的選擇電動(dòng)機(jī)是正確使用的先決條件。要同時(shí)滿足這些要求是比較困難的，因此在設(shè)計(jì)過程中，往往需要擬定多種傳動(dòng)方案，通過分析比較，擇優(yōu)選取。合理的傳動(dòng)方案應(yīng)首先滿足機(jī)器的功能要求，如所傳遞功率的大小，轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式。輸送帶工作拉力 F = 6500 N，輸送帶速度 v = m/，卷筒直徑 D = 400 mm。輸送帶速度允許誤差? 5 %。該機(jī)室內(nèi)工作，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，工作有輕微振動(dòng)，兩班制。 減速器原始數(shù)據(jù)及傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)是減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，而傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)的目的是確定傳動(dòng)方案、選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)、合理分配傳動(dòng)比、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)，以按照原始數(shù)據(jù)要求達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)果?？茖W(xué)的發(fā)明和創(chuàng)造溶入了藝術(shù)的想象和品格，藝術(shù)的創(chuàng)造和對(duì)產(chǎn)品形態(tài)美的探索又滲入科學(xué)的理論和品質(zhì)，虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用是科學(xué)與藝術(shù)的融合。使設(shè)計(jì)人員在精神世界的存在中獲得心靈自由，讓設(shè)計(jì)更趨人性化、藝術(shù)化。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)與新產(chǎn)品的開發(fā)都是建立在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)之上，都需要科學(xué)技術(shù)的支持。雖然目前僅是起步階段，在通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進(jìn)行自然的交互方面，及實(shí)現(xiàn)全方位的認(rèn)識(shí)方面還有待于進(jìn)一步提高，但在新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用方面具有很大的潛力，而且應(yīng)用前景廣闊。應(yīng)該深入開發(fā)研究，使虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)更好地幫助設(shè)計(jì)人員在新產(chǎn)品開發(fā)中提升設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維能力與產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平。 隨著多媒體技術(shù)軟硬件飛速發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合，加快了設(shè)計(jì)人員從鍵盤和鼠標(biāo)上解脫下來的速度，使虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面也得到提升。利用這個(gè)虛擬環(huán)境，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的公差、選擇零部件的裝配順序、確定裝拆工藝，可將結(jié)果進(jìn)行可視化處理?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在虛擬產(chǎn)品開發(fā)早期就應(yīng)考慮裝配問題，在進(jìn)行虛擬裝配的同時(shí)創(chuàng)建產(chǎn)品、分析裝配精度，及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。目前，就其技術(shù)而言，已經(jīng)成熟，雖尚沒有商用虛擬裝配系統(tǒng)，也尚未充分地應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)的分析和評(píng)價(jià)，但這項(xiàng)技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中已得到肯定，并具有很重要的意義。 虛擬裝配設(shè)計(jì)（Virtual Assembly Design）虛擬裝配設(shè)計(jì)（Virtual Assembly Design）是虛擬設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品開發(fā)方面具有較大影響力的一個(gè)領(lǐng)域。例如在對(duì)汽車的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員在具有全交互性的設(shè)計(jì)環(huán)境中，利用頭盔顯示器、具有觸覺反饋功能的數(shù)據(jù)手 套、操縱桿、三維位置跟蹤器等裝置，將視覺、聽覺、觸覺與虛擬概念產(chǎn)品模型相連，不僅可以進(jìn)行虛擬的合作，產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，而且還可以實(shí)時(shí)地對(duì)整個(gè)虛擬產(chǎn)品（Virtual Product）設(shè)計(jì)過程進(jìn)行檢查、評(píng)估，實(shí)地解決設(shè)計(jì)中的決策問題，使設(shè)計(jì)思想得到綜合。技術(shù)條件好的公司，在進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以先利用現(xiàn)有的 CAD系統(tǒng)建模，再轉(zhuǎn)換到VR環(huán)境中，讓設(shè)計(jì)人員或準(zhǔn)客戶來感知產(chǎn)品。 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)與多媒體技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合在新產(chǎn)品開發(fā)過程中的使用，以及科技人員在不斷提高的計(jì)算機(jī)操作的人機(jī)界面綜合技術(shù)，改善了虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人與計(jì)算機(jī)的交互方式。 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)（Virtual Product Design）CAD技術(shù)為企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中提供了有力的支持，但目前在虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中多使用軟件組合來完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。人可以在虛擬環(huán)境中以最自然的形態(tài)實(shí)時(shí)地進(jìn)行操作和行動(dòng)，猶如在自身所處現(xiàn)實(shí)環(huán)境中同樣的感受?！⊥ㄟ^比較，我們選定圓柱齒輪減速器。 4）齒輪蝸桿減速器它有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸桿傳動(dòng)在高速級(jí)兩種布置形式。蝸桿圓周速度小于4m/s 時(shí)最好采用蝸桿在下式，這時(shí)，在嚙合處能得到良好的潤滑和冷卻條件。由于效率較低，蝸桿減速器不宜用在大功率傳動(dòng)的場(chǎng)合。3）蝸桿減速器主要用于傳動(dòng)比較大(j10)的場(chǎng)合。二級(jí)和二級(jí)以上的圓錐齒輪減速器常由圓錐齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪傳動(dòng)組成，所以有時(shí)又稱圓錐—圓柱齒輪減速器。傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比相同時(shí)，圓弧齒輪減速器在長度方向的尺寸要比漸開線齒輪減速器約 30％。 圓柱齒輪減速器有漸開線齒形和圓弧齒形兩大類。這兩種布置方式可由兩對(duì)齒輪副分擔(dān)載荷，有利于改善受力狀況和降低傳動(dòng)尺寸。它傳遞功率的范圍可從很小至40 000kW，圓周速度也可從很低至 60m/s 一 70m／s ，甚至高達(dá) 150m／s。但這種減速器的軸向尺寸較大。為了使左右兩對(duì)斜齒輪能自動(dòng)調(diào)整以便傳遞相等的載荷，其中較輕的齠輪軸在軸向應(yīng)能作小量游動(dòng)。為此，在設(shè)計(jì)這種減速器時(shí)應(yīng)注意：1)軸的剛度宜取大些；2)轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻；3)采用斜齒輪布置，而且受載大的低速級(jí)又正好位于兩軸承中間，所以載荷沿齒寬的分布情況顯然比展開好。二級(jí)和二級(jí)以上圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)布置形式有展開式、分流式和同軸式等數(shù)種。大于 8 時(shí)，最好選用二級(jí)(i=8—40)和二級(jí)以上 (i40)的減速器。 減速器的主要型式及其特性減速器類型很多，按傳動(dòng)級(jí)數(shù)主要分為：單級(jí)、二級(jí)、多級(jí)；按傳動(dòng)件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪蝸桿、蝸桿齒輪等。s mechanical design development role. Drawing parts reducer introduced the principle and method of assembly an