實驗16機械傳動系統(tǒng)數(shù)字化設計與分析綜合實驗指導書

1、實驗15 機械傳動系統(tǒng)數(shù)字化設計與綜合分析15.1 實驗目的1、掌握運用RomaxDesigner進行機械傳動系統(tǒng)數(shù)字化設計與性能仿真分析的基本方法和步驟。2、掌握機械傳動系統(tǒng)零部件強度、剛度和疲勞壽命分析的基本方法。了解齒輪和軸的結構以及軸承選型對機械傳動系統(tǒng)性能的影響。3、了解機械傳動系統(tǒng)傳統(tǒng)設計方法與現(xiàn)代設計方法的特點以及箱體的剛度對機械傳動性能的影響。15.2 實驗內容和任務15.2.1實驗內容 設計熱處理車間零件清洗用設備。該傳送設備的動力由電動機經減速裝置后傳至輸送帶。每日兩班制工作，工作期限為8年。已知條件：輸送帶帶輪直徑d=300mm，輸送帶運行速度v=0.63m/s，輸送帶軸

2、所需轉矩T=700Nm1。 針對該實際工程問題，確定減速裝裝置為展開式二級圓柱齒輪減速器。運用傳統(tǒng)齒輪減速器設計計算方法確定的齒輪減速器中齒輪的參數(shù)、階梯軸的結構尺寸參數(shù)及軸承型號，在RomaxDesigner軟件中建立二級圓柱齒輪減速器的數(shù)字化模型，如圖15-1所示，并進行性能仿真分析。圖15-1 齒輪箱詳細設計模型15.2.2實驗任務1、二級圓柱齒輪減速器中間軸受力等分析。2、分析減速器潤滑油溫升與軸承油膜厚度的關系曲線。3、各軸承的損傷度分析。4、分析各齒輪的最大應力。5、分析軸的變形對齒輪嚙合錯位的影響。15.3 實驗軟件和建模步驟15.3.1 RomaxDesigner軟件介紹Rom

3、axDesigner是英國Romax技術公司開發(fā)的專業(yè)機械傳動系統(tǒng)設計分析軟件，覆蓋了從概念設計，部件強度、可靠性等詳細設計到系統(tǒng)振動噪聲（NVH）預估等全部傳動系統(tǒng)設計內容，構成了齒輪傳動系統(tǒng)的封閉求解環(huán)境。提供包括平行軸、相交軸、行星齒輪傳動系在內的多種齒輪傳動模型的建立、分析和設計功能。RomaxDesigner能對機械傳動系統(tǒng)進行綜合分析，可進行載荷工況下的系統(tǒng)靜態(tài)分析，得到各軸及軸上的軸承、齒輪的受力和變形。通過進行系統(tǒng)分析得到考慮各部件相互影響的系統(tǒng)分析結果，由變形引起的軸承錯位和齒輪嚙合錯位；分析軸承安裝游隙對軸承壽命的影響并對軸承壽命進行預測，對圓錐滾子軸承和角接觸球軸承進行預

4、緊優(yōu)化等。RomaxDesigner可考慮結構柔性的影響，箱體等的柔性對箱體內各零部件的受力和使用壽命有重要影響，獲得更加準確的分析結果。15.3.2.實驗步驟以RomaxDesigner軟件為實驗工具，建立齒輪傳動系統(tǒng)的數(shù)字化模型，實驗可分為三個步驟：概念設計分析，詳細設計和系統(tǒng)分析。1、概念設計定義概念齒輪對，建立參數(shù)化軸模型，在軸上添加概念齒輪對和剛度軸承，并對各軸在齒輪箱中的位置進行定位，添加功率載荷和工況，進行初步系統(tǒng)分析。2、詳細設計對剛度軸承和概念齒輪對進行細化設計，選擇合適的軸承型號，通過定義齒輪的精度等級、材料和輪齒的表面粗糙度等把概念齒輪對轉化成細節(jié)齒輪對。3、定義功率載荷

5、，添加各種不同的工況，進行系統(tǒng)仿真分析。建模步驟概念設計1) 新建一個模型，在組件菜單中選擇添加新裝配或組件，選擇齒輪箱裝配；在齒輪箱類型中選擇空齒輪箱，如圖15-2所示：圖15-2 空齒輪箱裝配圖2) 在組件菜單中首先添加高速級概念齒輪對，高速級概念齒輪對齒輪參數(shù)和界面如圖15-3所示： 圖15-3 高速級概念齒輪對定義界面及齒輪參數(shù)然后添加低速級概念齒輪對，其界面和參數(shù)如圖15-4所示：圖15-4 低速級概念齒輪對定義界面及齒輪參數(shù)3）在組件菜單中定義軸裝配，用如圖15-5所示的軸結構尺寸參數(shù)生成高速級階梯軸。圖15-5 高速軸結構參數(shù)表在高速軸上添加高速級概念齒輪對的小齒輪。分別選擇組件

6、菜單中的剛度軸承和功率載荷，在高速軸上添加剛度軸承和功率載荷，高速軸概念設計裝配如圖15-6所示：圖15-6 高速軸概念設計裝配圖運用如圖15-7所示的中間軸結構參數(shù)生成中間軸。圖15-7 中間軸結構參數(shù)表 在中間軸上添加高速級齒輪對的大齒輪和低速級齒輪對的小齒輪，并添加剛度軸承，生成中間軸概念設計裝配圖，如圖15-8所示：圖15-8 中間軸概念設計裝配圖運用如圖15-9所示的低速軸結構參數(shù)生成低速軸。圖15-9 輸出軸結構參數(shù)表在低速軸上添加低速級大齒輪和剛度軸承，并在低速軸最小直徑處添加功率載荷，生成低速軸概念設計裝配圖,如圖15-9所示:圖15-9 輸出軸概念設計裝配4）把高速軸在空齒輪

7、箱原點進行定位，中間軸和低速軸在空齒輪箱中的定位參數(shù)分別如圖15-10和圖15-11所示： 圖15-10 中間軸定位界面及參數(shù)表 圖15-11 低速軸定位界面及參數(shù)表完全定位后生成的二級圓柱齒輪減速器模型如圖15-12所示。圖15-12 二級圓柱齒輪減速器模型圖 5）選擇圖15-13橢圓圈中的“編輯載荷譜”，彈出工況定義對話框。圖15-13 工況定義按鈕位置圖 工況定義對話框如圖15-14所示,可通過選擇“添加新載荷譜”和“添加工況”。圖15-14 工況定義對話框完成工況定義后，選擇對話框中運行工況下的 “功率流”按鈕，進行功率流分析，若運行工況下的“功率流就緒”下面出現(xiàn)“”，則分析正常，可以

8、繼續(xù)進行初步系統(tǒng)仿真分析。詳細設計1）單擊軟件界面左邊目錄樹中的減速器，并選中下拉菜單“編輯”中的“復制”，復制一個新減速器。雙擊新減速器目錄樹中的概念斜齒輪對，選中對話框左下方的“轉換”，如圖15-15所示。把兩對概念斜齒輪對轉化為細節(jié)齒輪對，概念斜齒輪對的顏色從灰色變成了綠色，最后生成的齒輪嚙合圖如圖15-16所示。圖15-15 齒輪參數(shù)定義及細節(jié)轉化界面圖圖15-16齒輪細節(jié)轉化結果圖2）軸承型號選擇。雙擊目錄樹中的輸入軸裝配，選擇軸承按鈕,軸承型號選擇界面如圖15-17所示。選擇兩個角接觸軸承7208B，輸入軸裝配機構如圖15-18。圖15-17 軸承添加界面圖圖15-18 輸入軸裝配

9、結構圖刪除中間軸上的剛度軸承，并在中間軸上添加一對角接觸球軸承7210B,中間軸裝配結構如圖15-19。圖15-19 中間軸裝配結構圖刪除低速軸上的剛度軸承，并在低速軸上添加一對角接觸球軸承7212B,低速軸裝配結構如圖15-20。圖15-20 低速軸裝配結構圖完成以上步驟，生成二級圓柱齒輪減速器細化模型如圖15-21所示。 圖15-21 二級圓柱齒輪減速器細化模型系統(tǒng)仿真分析1） 二級圓柱齒輪減速器中間軸應力等分析。在目錄樹中雙擊中間軸裝配界面，選擇界面右上角的Run Static Analysis的分析按鈕 。中間軸所受彎曲應力如圖15-22，中間軸在XZ平面內的受力如圖15-23。圖15

10、-22 中間軸彎曲應力圖圖15-23 中間軸XZ平面內的受力圖2） 軸承的損傷度分析。雙擊目錄樹中的減速器模型，選擇下拉菜單“報告”下的“軸承報告”,減速器中各個軸承的損傷度如圖15-24，軸承D的潤滑油厚度與溫升的關系曲線如圖15-25。圖15-24 各軸承的損傷度圖15-25 軸承潤滑油厚度3） 齒輪分析。雙擊目錄樹中的減速器模型，選擇下拉菜單Report下的Gear Report,各個齒輪的最大接觸應力如圖15-26，最大彎曲應力如圖15-27，齒輪的嚙合錯位如圖15-28。圖15-26 各齒輪最大接觸應力圖圖15-27 各齒輪最大彎曲應力圖圖15-28 齒輪1和齒輪2的嚙合錯位圖15.4 思考題1) 簡述運用RomaxDesigner進行齒輪傳動系統(tǒng)設計的基本步驟？2) 軸的變形對軸承錯位和齒輪的嚙合錯位有什么影響？3) 簡述機械傳動系統(tǒng)數(shù)字化設計與分析的意義？4) 箱體的柔性如何影響齒輪和軸承壽命？5) 為什么要進行輪齒修形？常見的修形方法有哪些？