減速器行星齒輪系統(tǒng)三維建模

減速器行星齒輪系統(tǒng)三維建模設(shè)計(jì)姓名：萬子平專業(yè)：機(jī)械電子工程班級(jí)學(xué)號(hào)：092012229指導(dǎo)老師：郭永生一.成果演示·二.研究相關(guān)概述（1）研究背景：設(shè)計(jì)領(lǐng)域的兩次巨大的變化：第一次大的變化是八十年代CAD軟件的推廣，國內(nèi)普遍使用的是AutoCAD軟件。第二次大的變化是大量三維CAD軟件的出現(xiàn)，如pro/engineer、Solidworks、UG等。(現(xiàn)在的教學(xué)演示減速器多局限于圓柱直齒輪減速器，混合輪系減速器少之又少。)研究意義：本次設(shè)計(jì)是選型于ngw型的行星齒輪減速器，并將其按比例縮放設(shè)計(jì)，以便帶入實(shí)驗(yàn)室和課堂，對(duì)學(xué)生進(jìn)行直觀的演示教學(xué)，做到讓學(xué)生對(duì)行星齒輪減速器有詳細(xì)的了解。

本次建模與運(yùn)動(dòng)仿真分析實(shí)現(xiàn)了圓柱直齒輪副的電子樣機(jī)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)實(shí)齒輪制造過程有一定的指導(dǎo)意義。本次設(shè)計(jì)所得到的各種參數(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)相關(guān)教學(xué)實(shí)體制造也有參考價(jià)值。研究步驟：

本設(shè)計(jì)基于這些特點(diǎn)對(duì)行星齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行pro/e三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真。

首先通過比較各種類型的行星齒輪的特點(diǎn)及課堂要求確定其方案；

其次根據(jù)相應(yīng)傳動(dòng)比進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)與整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

最后完成其pro/e的三維建模，并對(duì)模型進(jìn)行整體裝配，并完成傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。研究的問題：

完成減速器行星齒輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與型式選擇；

計(jì)算減速器的基本參數(shù)，完成減速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算；

完成減速器軸與軸承的結(jié)構(gòu)形式選擇、強(qiáng)度校核計(jì)算；

繪制總裝配圖及零件圖。研究內(nèi)容：

設(shè)計(jì)計(jì)算部分：分析行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案；并通過計(jì)算分析，確定行星輪系齒輪的齒數(shù)、模數(shù)和軸、行星架的各項(xiàng)參數(shù)，校核齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度；完成內(nèi)外嚙合齒輪、軸、行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算；在整機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)背景下，結(jié)合運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成建模。

工程仿真分析部分：本論文利用三維軟件pro/e對(duì)行星輪減速器進(jìn)行三維建模，并完成與整機(jī)的裝配；利用Pro/MECHANICA減速器機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)內(nèi)外嚙合齒輪傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。研究目標(biāo)：通過對(duì)這臺(tái)行星齒輪減速器的大體設(shè)計(jì)培養(yǎng)自己生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。提高自身計(jì)算、繪圖、查閱文獻(xiàn)、使用規(guī)范手冊(cè)的基本技能，掌握自動(dòng)減速器行星齒輪系統(tǒng)三維建模的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法和步驟。在設(shè)計(jì)過程中讓學(xué)生熟練掌握Pro/e工程軟件，并懂得利用這些軟件解決工程中遇到的實(shí)際問題。樹立正確的設(shè)計(jì)思想以及嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的作風(fēng)。研究相關(guān)概述（2）行星輪減速器方案確定：1.混合輪系的確定行星輪系可分為：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系、混合輪系、封閉行星輪系。2.周轉(zhuǎn)輪系的確定按基本構(gòu)件代號(hào)可分為：2Z-X、3Z、Z-X-F3。按齒輪嚙合方式可分為：NGW型、NW型、NN型、WW型、ZUWGW型、NGWN型、N型。3.行星輪系的確定所需參數(shù)可分為：傳動(dòng)比、齒數(shù)、模數(shù)、電機(jī)功率。1.基本參數(shù)要求發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)電動(dòng)機(jī)功率：3KW總傳動(dòng)比：16工作時(shí)間：15年（每年按300天計(jì)算，每天工作為12小時(shí)）2.電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)工作功率與要求選擇電動(dòng)機(jī)為：WD615.57各項(xiàng)參數(shù)為：額定功率：P=3KW轉(zhuǎn)速：n=960r/min工作效率：83%行星減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒形、精度、傳動(dòng)比和材料選擇齒形：壓力角=的直齒輪。精度：第一級(jí)精度等級(jí)為6級(jí)，第二級(jí)精度為7級(jí)。傳動(dòng)比：第一級(jí)傳動(dòng)比i=5,第二級(jí)傳動(dòng)比i=3.2材料：高速級(jí)太陽輪和行星輪采用硬齒面，以提高承載能力，減小尺寸，內(nèi)齒輪用軟齒面（便于切齒，并使道具不致迅速磨損變鈍）。低速級(jí)部分如上述采用軟齒面。齒輪的計(jì)算與校核低速級(jí)部分設(shè)計(jì)計(jì)算1.選取齒數(shù)：選小齒輪齒數(shù)Z(d)=20，則大齒輪齒數(shù)Z(e)為：

Z(e)=U?Z(d)=3.2×20=642.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：

由齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式[1]進(jìn)行試算，即：3.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：

⑴試選K(t)=1.3

⑵計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T(d)=95.5×105P(d)／N(1)

=95.5×105×2.432／190.9

=122176N?mm3選取齒寬系數(shù)Φd=1。4查得材料的彈性影響系數(shù)Ze=

MPa。5按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=650MPa；按齒面硬度查得大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=585Mpa。6計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：

N(d)=60×n(1)×j×L(h)

=60×190.9×1×(15×300×2×12)

=6.16×

N(e)=N(d)／u

=6.16×／3.2=1.925×7根據(jù)Nd、Ne，選取接觸疲勞壽命系數(shù)K(hnd)=1.03；K(hne)=1.11。8選取失效概率為0.01；接觸強(qiáng)度安全系數(shù)S=1.03。9查得區(qū)域系數(shù)Zh=2.49457。4.設(shè)計(jì)計(jì)算⑴試算小齒輪分度圓直徑d：

⑵計(jì)算圓周速度v

v=π×d×n／(60×1000)=π×50.935×190.1／(60×1000)=0.507m/s⑶計(jì)算齒寬b

b=Φd×d

=1×50.935

=50.935mm⑷計(jì)算模數(shù)m

m=d／z

=50.935／20

=2.547mm

⑸計(jì)算載荷系數(shù)K

由書【1】圖10-8

查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.02；(v=0.507m/s，7級(jí)精度)

查得使用系數(shù)Ka=1.25；(屬于輕微沖擊和電動(dòng)機(jī)）

查得齒間載荷分配系數(shù)K(hα)=1；（直齒輪，硬化處理和7級(jí)精度）

查得齒向載荷分布系數(shù)K(hβ)=1.419；（由7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置）

故載荷系數(shù)K為

K=K(a)×K(v)×K(hα)×K(hβ)

=1.25×1.02×1×1.419=1.42376⑹按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的小齒輪分度圓直徑D1：D1=d

=56.865mm⑺計(jì)算模數(shù)mm=d/z

=56.865／20=2.84mm高速級(jí)部分設(shè)計(jì)計(jì)算高速及部分參考低速級(jí)部分設(shè)計(jì)1.配齒數(shù)2.按彎曲強(qiáng)度初算模數(shù)m軸與軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核輸出軸1.輸出軸上的功率

(為齒輪嚙合效率)2.求軸上的力3.初步確定軸的最小直徑

先按書【1】式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表【1】式（15-3），取，于是得

軸的輸出最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑dⅠ-Ⅱ,為了所選軸直徑孔徑相適，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)，聯(lián)軸器查【1】表14-1，取則

按計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩條件，查【1】表11-17，ZL3彈性柱銷齒式聯(lián)軸器dⅠ=38，半聯(lián)軸器長度L=82,半聯(lián)軸器與軸配合得轂孔長度L1=60。4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.求軸上的載荷

首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖。軸承的支點(diǎn)位置為滾動(dòng)軸承的中點(diǎn)位置，因此，作為簡支梁的軸的支撐跨距為L1+L2=72.5+127.5=200mm。令水平面為H面，垂直面為V面。軸的載荷分析圖6.按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度

進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)書【1】式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取軸的計(jì)算應(yīng)力前已選定軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理，由【1】表15-1查得，

，故<其他軸設(shè)計(jì)概述1.功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩:2.軸的最小直徑3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如輸出軸算法選滾動(dòng)軸承型號(hào)為如輸出軸選擇輸入軸行星軸中間軸行星架設(shè)計(jì)

因?yàn)閱蝹?cè)式行星架結(jié)構(gòu)簡單，可容納較多的行星輪，所以選擇單側(cè)式行星架。軸與孔之間采用過盈配合，用溫差裝配，配合長度為1.5d-2.5d范圍內(nèi)取，取配合長度為20mm。減速器箱體設(shè)計(jì)減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸研究相關(guān)概述（3）

PRO/E的四個(gè)特點(diǎn)：

（1）主要特性全相關(guān)性：pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。

（2）數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。（3）裝配管理：pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。（4）易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。PRO/E簡介

PRO/E的三個(gè)模塊：（1）Pro／Engineerpro/Engineer是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。（2）Pro／AssemblyPro/Assembly是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動(dòng)地更換零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)模塊，只能在pro/engineer環(huán)境下運(yùn)行。（3）pro/EMDpro/EngineerMechanismDynamics虛擬地仿真運(yùn)動(dòng)組件的加速力和重力的反作用力了解動(dòng)力效應(yīng)，工程師無需等待實(shí)物樣機(jī)就能測(cè)試產(chǎn)品的動(dòng)力耐久性，利用pro/ENGINEER機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真，可以虛擬地仿真運(yùn)動(dòng)組件的加速力和重力的反作用力。行星輪減速器的pro/e建模

行星輪減速器的建模主要對(duì)齒輪、軸、滾動(dòng)軸承、箱蓋、與箱座的建模，并完成部件的裝配圖。主要命令包括使用【草繪】工具、【拉伸】工具、【基準(zhǔn)曲線】工具、【鏡像】工具以及陣列工具等。

參數(shù)關(guān)系的確定df=m*z-m*2.5db=m*z*cos(angle)d=m*zda=m*z+m*2D0=dfD1=dbD2=dD3=da

漸開線方程的建立：/*為笛卡兒坐標(biāo)系輸入?yún)?shù)方程/*根據(jù)t(將從0變到1)對(duì)x,y和z/*例如:對(duì)在x-y平面的一個(gè)圓，中心在原點(diǎn)/*半徑=4，參數(shù)方程將是:/*x=4*cos(t*360)/*y=4*sin(t*360)/*z=0/*-----------------------------------------------------r=db/2theta=t*90x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*(pi/180)y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*(pi/180)z=0行星輪減速器的裝配

裝配過程中主要操作主要包括：使用【添加元件】工具

、【坐標(biāo)系】約束、【對(duì)齊】約束、【插入】約束、【匹配】約束完成模型的繪制。減速器的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)仿真與分析運(yùn)動(dòng)仿真（1）定義好7對(duì)齒輪副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系后，選擇定義【伺服電動(dòng)機(jī)】

工具，彈出【伺服電動(dòng)機(jī)定義】的對(duì)話框，選擇輸入軸為運(yùn)動(dòng)軸，完成后【伺服電動(dòng)機(jī)】對(duì)參數(shù)由【位置】改為【速度】，并定義速度值為常數(shù)為32。

（2）選擇【機(jī)構(gòu)分析】工具

，彈出【分析定義】對(duì)話框，將【分析定義】【類型】中【位置】改為【運(yùn)動(dòng)學(xué)】選項(xiàng)，并將【終止時(shí)間】改為120單擊【運(yùn)行】按鈕，齒