一級圓柱齒輪減速器

PAGEPAGE1一級圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)摘要自21世紀(jì)初以來，經(jīng)濟(jì)全球化和市場競爭變得越來越激烈。自主創(chuàng)新和創(chuàng)新的長度已成為企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地的關(guān)鍵因素。減速器是一種應(yīng)用廣泛的典型機(jī)械傳動裝置，但其相似而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)工作帶來了可重復(fù)性和繁瑣性。因此，傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需要。企業(yè)只有將已有的經(jīng)驗(yàn)和知識集成到CAD系統(tǒng)的智能設(shè)計(jì)中，才能實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。本文采用Pro/E軟件建立螺旋圓柱輪，直齒圓柱齒輪，齒輪軸，軸承，套筒，上箱體，下箱體等參數(shù)實(shí)體模型。減速機(jī)的自動裝配環(huán)境通過Pro/E軟件建立。Pro/E通過改變變速箱任何部件或部件的參數(shù)，自動改變所有相關(guān)部件、結(jié)構(gòu)和部件，使設(shè)計(jì)者能夠生動地表現(xiàn)變速箱的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：PRO/E；一級直齒圓柱齒輪；減速器

目錄摘要 11緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3研究現(xiàn)狀 22Pro/E及減速器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)概述 42.1Pro/E簡介 42.2Pro/E的主要特性 42.3減速器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)介紹 52.3.1參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 52.3.2Pro/E中參數(shù)化建模的方法 53設(shè)計(jì)方案 73.1設(shè)計(jì)條件 73.2選擇電動機(jī) 73.2.1選擇電動機(jī)的類型 73.2.2選擇電動機(jī)的額定功率 73.2.3確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 83.2.4確定電動機(jī)的型號 83.3傳動裝置的總傳動比的計(jì)算和分配 93.4計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 93.4.1計(jì)算各軸輸入功率 93.4.2計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 103.4.3計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩 104減速器零件的參數(shù)化建模技術(shù) 124.1圓柱齒輪參數(shù)化建模的具體過程 124.2建模過程 135一級直齒圓柱齒輪減速器參數(shù)化裝配 155.1滾動軸承的參數(shù)化裝配方法 155.2低速軸系的參數(shù)化裝配 195.3減速器的參數(shù)化裝配 21結(jié)束語 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25PAGE181緒論1.1研究背景當(dāng)今社會正處于快速發(fā)展的時(shí)代，國家之間的競爭日益激烈。要在激烈的國際競爭中取得主動，關(guān)鍵在于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。特別是近年來，春天經(jīng)過春天的春筍后的竹筍等計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，蒸汽嘴的發(fā)展，如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助制造，計(jì)算機(jī)輔助工程和其他應(yīng)用程序得到了更好的發(fā)展。但同時(shí)也給現(xiàn)代企業(yè)在產(chǎn)品的使用壽命、更新?lián)Q代的速度以及對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的要求等方面帶來更高的挑戰(zhàn)。因此企業(yè)要想在激烈的市場競爭當(dāng)中獲得一席之地，必須低成本高效率的研發(fā)新產(chǎn)品。減速器是一種將動作從原動機(jī)傳遞到工作機(jī)的機(jī)械設(shè)備。其主要功能是降低速度并增加扭矩以獲得適當(dāng)?shù)乃俣群凸β省Ｋ哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)和功能，廣泛應(yīng)用于國家生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。然而，大多數(shù)減法器的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，它由根據(jù)復(fù)雜的束關(guān)系組裝在一起的大量部件組成。如果根據(jù)過去的設(shè)計(jì)方法，零件，裝配和生產(chǎn)中的其他尺寸是固定值，如果要修改這些尺寸或添加或減去某些特征，則需要新的生產(chǎn)模型并重新組裝，以增加設(shè)計(jì)人員很多勞動力，容易出錯。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)不會出現(xiàn)上述問題。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)對象的形狀和結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)。一組參數(shù)用于確定大小關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計(jì)對象的控制尺寸有對應(yīng)關(guān)系。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在草圖設(shè)計(jì)，產(chǎn)品建模與修改，分析與比較等方面，以確定最優(yōu)方案和動態(tài)設(shè)計(jì)。在圖像修改方面，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)使產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠通過修改一些結(jié)構(gòu)尺寸和使用環(huán)境的變化來自動修改圖形，并可以存儲和繼承一些原始的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這減少了重復(fù)的工作，減少了設(shè)計(jì)的工作量，提高了設(shè)計(jì)效率，讓設(shè)計(jì)師把更多的時(shí)間和精力放在更具想象力的設(shè)計(jì)理念和整體創(chuàng)造力上。減速機(jī)結(jié)構(gòu)，尺寸設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，結(jié)構(gòu)和形狀尺寸一般不再有很大變化，但重復(fù)操作的設(shè)計(jì)非常多，因此參數(shù)使用方便易用。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)主題的需要，也是當(dāng)今世界計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的重要組成部分。1.2研究意義通過特征操作進(jìn)行實(shí)體建模、關(guān)系驅(qū)動是尺寸得以參數(shù)化的方法，對圓柱齒輪減速器零件、裝配的參數(shù)化進(jìn)行了深入研究?；赾ad軟件的Pro/E設(shè)計(jì)工具，將圓柱齒輪減速器的部件結(jié)構(gòu)和裝配比完全參數(shù)化，只要任意參數(shù)，Pro/E都能自動實(shí)現(xiàn)各個(gè)零件，所有相應(yīng)的變化，所有的裝配結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的變換過程簡化，復(fù)雜的變速箱清晰靈活，足以在設(shè)計(jì)師面前展示，真實(shí)模擬齒輪減速器的運(yùn)動和運(yùn)動干涉現(xiàn)象可能存在于測試中，使設(shè)計(jì)師能夠在初始設(shè)計(jì)階段得到產(chǎn)品并進(jìn)行測試，結(jié)果是為了找到并修改設(shè)計(jì)中的問題，降低實(shí)際使用后的昂貴修改成本。系統(tǒng)設(shè)置的成功，減少了圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，降低生產(chǎn)和使用，具有很高的實(shí)用價(jià)值，也表明：影響產(chǎn)品、有限元分析、運(yùn)動分析和生產(chǎn)加工提供了一個(gè)可靠的模型,可以適應(yīng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的要求。1.3研究現(xiàn)狀減速器在我國發(fā)展迅速，已有近40年的歷史。它是一種通常用于主機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳遞扭矩和速度的封閉裝置。迄今，運(yùn)用減速器在一些機(jī)構(gòu)中，權(quán)力和運(yùn)動的傳遞變得非常普遍和廣泛。從船舶、機(jī)車、汽車和其他車輛到建筑業(yè)，幾乎每一種機(jī)械傳動系統(tǒng)都有它們的蹤跡。重型機(jī)械、機(jī)械工業(yè)中使用的加工設(shè)備、自動化生產(chǎn)設(shè)備，甚至家用電器和手表在日常生活中也被廣泛使用。從大動力到小負(fù)荷的傳輸工作，它的應(yīng)用隨處可見，減速器在現(xiàn)代機(jī)械中起著至關(guān)重要的作用。一般情況下，齒輪箱由傳動部件(齒輪傳動/渦輪傳動)、軸部件及其附件、箱體及其附件組成。這些部件相互作用，使減速器的整個(gè)運(yùn)行過程受到壓縮。因此，設(shè)計(jì)人員在開發(fā)設(shè)計(jì)階段必須充分考慮系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)類型和失效模式，在綜合考慮的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析和研究，提高產(chǎn)品的可靠性或失效。對原因的準(zhǔn)確理解非常重要，不容忽視。異徑管在國內(nèi)外有不同的標(biāo)準(zhǔn)系列。國外主要產(chǎn)品有SEW減速機(jī)、弗蘭德、諾德電機(jī)、倫茨和住友。目前，高速、高可靠性、小型化、低噪聲已成為國外減速器產(chǎn)品的發(fā)展方向。CAD技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)在齒輪箱設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。我國主要使用的減速器系列有ZY系列標(biāo)準(zhǔn)減速器和ZDY、ZLY、ZSY（ZBJ9004-88）系列減速器。我國標(biāo)準(zhǔn)減速器系列是通過對ZBJ19004-88的改進(jìn)而形成的。另外，P、yn系列減速器由南京高速齒輪廠自主研發(fā)設(shè)計(jì)。其中，P系列減速器在我國減速器系列中更為先進(jìn)。在同一功率模式下，P系列減速器具有承載能力高、重量輕、體積小等特點(diǎn)。但與國外減速器相比，我國現(xiàn)有減速器的性能還存在一定差距。韓冰海(2018)指出，考慮到工作條件的隨機(jī)性、技術(shù)水平的差異以及材料強(qiáng)度等力學(xué)性能的差異，航空減速器對重量、強(qiáng)度和效率要求極高?？煽啃?。傳統(tǒng)的確定性參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)不能滿足工程的實(shí)際需求?；趥鹘y(tǒng)的確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和六西格瑪魯棒設(shè)計(jì)的基本理論，建立了齒輪傳動系統(tǒng)的多目標(biāo)魯棒設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，并建立了多目標(biāo)優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ來解決這一問題。他以螺旋齒輪系統(tǒng)為例分析研究對象，研究結(jié)果表明：基于魯棒設(shè)計(jì)理論的六西格瑪齒輪系統(tǒng)優(yōu)化模型考慮了不確定因素對優(yōu)化的影響。王雪峰,楊彥宏（2018）研究指出，減速器作為一種傳動裝置,在各類機(jī)械設(shè)備上具有極為廣泛的應(yīng)用。不斷地試湊、校核是傳統(tǒng)減速器的設(shè)計(jì)方法,即使設(shè)計(jì)方案達(dá)到了預(yù)期效果,但是通常其效果并不能達(dá)到最優(yōu)。通過選取設(shè)計(jì)變量,確定目標(biāo)函數(shù)及約束條件,圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型才方可建立。劉夏(2018)指出傳統(tǒng)的兩級螺旋齒輪減速器設(shè)計(jì)方法復(fù)雜，計(jì)算量大，浪費(fèi)大量的人力和時(shí)間，不能滿足生產(chǎn)需要。兩級螺旋齒輪減速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)、二次開發(fā)和VB設(shè)計(jì)，以及高效方便的工程軟件編寫，將節(jié)省大量的人力，從而提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。新產(chǎn)品的上市時(shí)間和加速時(shí)間為減速器的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

2Pro/E及減速器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)概述2.1Pro/E簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。作為機(jī)械CAD/CAE/CAM的新標(biāo)準(zhǔn)，Pro/Engineer被認(rèn)可和推廣為主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域。Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的軟件名稱，但在中國用戶所使用的名稱中，并存著多個(gè)說法，比如ProE、Pro/E、破衣等等都是指Pro/Engineer軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0\creo3.0等等都是指軟件的版本。2.2Pro/E的主要特性Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E軟件是典型的基于特征的設(shè)計(jì)類軟件，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。\o"PRO/E"Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)與產(chǎn)品相比，我們可以把它看作一個(gè)幾何模型。無論幾何模型有多復(fù)雜，可以分解成有限數(shù)量的組成特征，每個(gè)組成部分都可以被有限數(shù)量的參數(shù)完全限制，但是無法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征，這是參數(shù)化的基本概念。（2）基于特征建模Pro/E是一個(gè)基于特征的實(shí)體建模系統(tǒng)。工程師使用基于功能的智能來生成模型，如空洞、外殼、倒角和圓角，可以輕松地繪制和更改模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。（3）單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)）Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使產(chǎn)品完整結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。2.3減速器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)介紹2.3.1參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)及總體思路大多數(shù)早期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件都有很多缺點(diǎn)。通常，它僅記錄產(chǎn)品的幾何尺寸和坐標(biāo)信息，僅關(guān)注特定的幾何形狀。設(shè)計(jì)過程中的尺寸約束信息和功能需求信息幾乎完全丟失，不能滿足易于修改的設(shè)計(jì)要求。參數(shù)化設(shè)計(jì)與現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)非常一致，因此成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中最常用的技術(shù)之一。在設(shè)計(jì)過程的開始階段，設(shè)計(jì)師首先將結(jié)構(gòu)草圖定義為原型，然后通過對產(chǎn)品形狀，尺寸，位置，裝配等的約束來定義。參數(shù)設(shè)計(jì)由參數(shù)驅(qū)動，允許設(shè)計(jì)人員修改它們隨時(shí)隨地設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)了圖形變化大大復(fù)雜的情況，增加了設(shè)計(jì)的靈活性，使設(shè)計(jì)更人性化，智能化，在概念設(shè)計(jì)，實(shí)體建模，裝配，自動化設(shè)計(jì)，自動裝配，公差分析，仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)，等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。（2）參數(shù)化設(shè)計(jì)的具體方法參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是“約束造型”，設(shè)計(jì)者可以首先進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，大體確定設(shè)計(jì)輪廓，最后輸入尺寸值來完成設(shè)計(jì)。與沒有“約束建?！钡脑O(shè)計(jì)方法相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)更接近人類思維特征和設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)習(xí)慣，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的初始階段，設(shè)計(jì)師通常只關(guān)心零件的一般形狀，性能和功能，并付出很少注意尺寸精度。在系列化零件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)“只需輸入相關(guān)數(shù)據(jù)就能建立新的零件模型”的優(yōu)點(diǎn)就更加無可替代。2.3.2Pro/E中參數(shù)化建模的方法3D模型不是由程序創(chuàng)建的，而是由交互創(chuàng)建的。根據(jù)不同的產(chǎn)品，模型建立后產(chǎn)生了幾個(gè)結(jié)構(gòu)，不符合性能要求。建立相應(yīng)的參數(shù)，建立參數(shù)與需求之間的關(guān)系，可以完全控制,對模型的形狀和大小的限制允許驅(qū)動模型。程序僅根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行編程。只要參數(shù)被修改，程序不僅可以控制模型，還可以自動建立新模型，從而大大簡化了設(shè)計(jì)過程。三維參數(shù)化建模的過程如圖2.1所示。圖2.1參數(shù)化設(shè)計(jì)過程本論文中通過Pro/E實(shí)現(xiàn)減速器三維參數(shù)化建模的總體步驟是：（1）分析建模大體要經(jīng)過哪些特征操作步驟。（2）列出每個(gè)步驟中所用到的所有參數(shù)，在“參數(shù)”對話框中建立所這些參數(shù)，并給每個(gè)參數(shù)賦以初始值。（3）在“關(guān)系”對話框中建立各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。（4）按照特征操作步驟一步一步建立各個(gè)特征，并在建立特征的過程中通過“關(guān)系”對話框同步建立各尺寸與對應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系。（5）在零件或裝配的“程序”中加入相關(guān)操作，讓參數(shù)可以重新輸入新值。這樣就完成了零件或裝配的參數(shù)化建模，只要執(zhí)行“再生”命令并輸入一組新的參數(shù)，就可以生成一個(gè)新的零件或裝配。在減速器的參數(shù)化建模過程中需要注意下面幾方面的情況：（1）必須通過建立尺寸約束及拓?fù)浼s束對模型的全約束。（2）創(chuàng)建特征時(shí)，Pro/E將自動為特征約束創(chuàng)建參數(shù)并自動命名。設(shè)計(jì)者需要在“關(guān)系”對話框中輸入關(guān)系，以建立由Pro/E自動創(chuàng)建的參數(shù)名稱與設(shè)計(jì)者建立的參數(shù)之間的關(guān)系。（3）設(shè)計(jì)者自行建立的參數(shù)的名稱、關(guān)系盡量與參數(shù)的實(shí)際意義一致。

3設(shè)計(jì)方案3.1設(shè)計(jì)條件（1）工作情況：一班制，輸送機(jī)連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有輕微震動，室內(nèi)工作，少粉塵。（2）使用期限：10年，大修期三年，每年工作300天。（3）生產(chǎn)批量：100臺（屬小批生產(chǎn)）。（4）工廠能力：中等規(guī)模機(jī)械廠，可加工7～8級精度齒輪。（5）動力來源：三相交流（220V/380V）電源。（6）允許誤差：允許輸送帶速度誤差。表3-1設(shè)計(jì)條件輸送帶工作拉力F/N輸送帶工作速度v/m·s-1卷筒直徑D/mm16001.11803.2選擇電動機(jī)3.2.1選擇電動機(jī)的類型按工作要求及工作條件選用三相異步電動機(jī)，封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。3.2.2選擇電動機(jī)的額定功率（1）帶式輸送機(jī)的性能參數(shù)如表3-2所示：表3-2帶式輸送機(jī)的性能參數(shù)輸送帶工作拉力F/N輸送帶工作速度v/m·s-1卷筒直徑D/mm16001.1180工作機(jī)所需功率為：kw（2）從電動機(jī)到工作機(jī)的傳動總效率為：其中、、、、分別為V帶傳動、齒輪傳動、滾動軸承、彈性套柱銷聯(lián)軸器和滾筒的效率，查取《機(jī)械基礎(chǔ)》P459的附錄3選取=0.95、=0.97（8級精度）、=0.99（球軸承）、=0.995、=0.96故（3）電動機(jī)所需功率為又因?yàn)殡妱訖C(jī)的額定功率查《機(jī)械基礎(chǔ)》P499的附錄50，選取電動機(jī)的額定功率為2.2kW，滿足電動機(jī)的額定功率。3.2.3確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速傳動滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：查《機(jī)械基礎(chǔ)》P459附錄3，V帶常用傳動比為i1=2~4，圓柱齒輪傳動一級減速器常用傳動比范圍為i2=3~5（8級精度）。根據(jù)傳動裝置的總傳動比i與各級傳動比i1、i2、…in之間的關(guān)系是i=i1i2…in，可知總傳動比合理范圍為i=6~20。又因?yàn)?，故電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可選擇范圍相應(yīng)為符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min和1500r/min三種。3.2.4確定電動機(jī)的型號選擇上述不同轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行比較，查閱《機(jī)械原理》P499附錄50中的電機(jī)數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算總傳動比，如下表所示:表3-3電動機(jī)參數(shù)方案電機(jī)型號額定功率kW電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)質(zhì)量kg參考價(jià)格（元）總傳動比同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y100L1-42.2150014203876012.1662Y90S-62.210009106310227.7973Y132S-82.2750710798006.083為降低電動機(jī)重量和價(jià)格，由表二選取同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的Y系列電動機(jī)，型號為Y100L1-4。查《機(jī)械基礎(chǔ)》P500附錄51，得到電動機(jī)的主要參數(shù)以及安裝的有關(guān)尺寸（mm），見以下兩表：表3-4電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)電動機(jī)型號額定功率（kw）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y100L1-42.2150014202.22.2表3-5電動機(jī)的安裝及有關(guān)尺寸（mm）中心高H（mm）外形尺寸底腳安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸伸尺寸D×E鍵公稱尺寸F×H100160×140128×1003.3傳動裝置的總傳動比的計(jì)算和分配（1）總傳動比12.166（2）分配各級傳動比各級傳動比與總傳動比的關(guān)系為i=i1i2。根據(jù)V帶的傳動比范圍i1=2~4，初選i1＝3.042，則單級圓柱齒輪減速器的傳動比為4，符合圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍i2=3~5（8級精度），且符合了在設(shè)計(jì)帶傳動和一級圓柱齒輪減速器組成的傳動裝置中，應(yīng)使帶傳動比小于齒輪傳動比，即i帶<i齒。3.4計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)3.4.1計(jì)算各軸輸入功率（1）0軸（電動機(jī)軸）的輸出功率為：（2）1軸（減速器高速軸）的輸入功率：從0軸到1軸，經(jīng)過V帶傳動和一個(gè)聯(lián)軸器，所以：（3）2軸（減速器低速軸）的輸入功率：從1軸到2軸，經(jīng)過一對軸承，一對齒輪傳動，一對齒輪嚙合傳動，所以：（4）3軸（滾筒軸）的輸入功率：從2軸到3軸，經(jīng)過一對軸承，一個(gè)聯(lián)軸器，所以：3.4.2計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速（1）0軸（電動機(jī)軸）的轉(zhuǎn)速：（2）1軸（減速器高速軸）的轉(zhuǎn)速：（3）2軸（減速器低速軸）的轉(zhuǎn)速：（4）3軸（滾筒軸）的轉(zhuǎn)速：3.4.3計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩（1）0軸（電動機(jī)軸）的轉(zhuǎn)矩：（2）1軸（減速器高速軸）的轉(zhuǎn)矩：（3）2軸（減速器低速軸）的轉(zhuǎn)矩：（4）3軸（滾筒軸）的轉(zhuǎn)矩：把上述計(jì)算結(jié)果列于下表：表3-6計(jì)算結(jié)果參數(shù)軸名輸入功率（kW）轉(zhuǎn)速（r/min）輸入轉(zhuǎn)矩（N.m）傳動比傳動效率軸0（電動機(jī)軸）2.2142014.7963.0420.95軸1（高速軸）2.09466.79842.75840.9603軸2（低速軸）2.007116.700164.24010.98505軸3（滾筒軸）1.977161.785

4減速器零件的參數(shù)化建模技術(shù)4.1圓柱齒輪參數(shù)化建模的具體過程斜齒輪的建模方法為：首先分析建模大體要經(jīng)過哪些特征操作步驟；然后列出每個(gè)步驟中所用到的所有參數(shù)，在“參數(shù)”對話框中建立所這些參數(shù)，并給每個(gè)參數(shù)賦以初始值；在“參數(shù)”對話框中建立各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系；再按照特征操作步驟一步一步建立各個(gè)特征，在建立特征的過程中通過“關(guān)系”對話框同步建立各尺寸與對應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)系；最后在斜齒輪零件的“程序”中加入相關(guān)操作，讓參數(shù)可以重新輸入新值。這樣就完成了斜齒輪的參數(shù)化建模，只要執(zhí)行“再生”命令并輸入一組新的參數(shù)，就可以生成一個(gè)新的斜齒輪。具體步驟如下：（1）分析建模的大體步驟斜齒輪建模的大體步驟如下：①繪制齒頂圓、分度圓、基圓、齒根圓草圖。②在齒廓的一側(cè)畫漸開線，建立鏡像的參考面，鏡像另一條漸開線，繞牙根纏繞，修整多余的線，完成齒的橫截面。③繪制齒根圓草圖，拉伸齒根圓實(shí)體。④把輪齒截面圖復(fù)制到齒輪實(shí)體另一端面，并旋轉(zhuǎn)一定角度。繪制輪齒走向螺旋線，通過混合掃面建立一個(gè)輪齒的模型。⑤將螺旋線和輪齒模型組合為一個(gè)組，通過圓形陣列陣列出其他輪齒。⑥繪制軸孔、鍵槽截面草繪，通過去除材料的拉伸建立軸孔和鍵槽的模型（2）建立所有參數(shù)①包含在斜齒輪參數(shù),應(yīng)用程序模塊mn,齒數(shù)z,表面壓力角α的方法,螺旋角β,牙齒寬度b,齒頂高系數(shù)hax殘雪,位移系數(shù),頂部空間系數(shù)x,齒輪內(nèi)孔chikongjing,鍵槽深度jiancaoshen,鍵槽寬度jiancaokuan,齒頂哈,齒根的高頻,分度圓直徑d,齒頂圓直徑噠,df的底座直徑d和齒根圓直徑,等等。②在各個(gè)特征建立的過程中用到的參數(shù)，有單側(cè)齒廓與鏡像面的夾角θ、齒根圓角半徑rf、兩對面齒廓間旋轉(zhuǎn)的角度γ等。打開Pro/E軟件，新建一個(gè)零件，新建時(shí)取消“使用缺省模版”復(fù)選框，選用“mmns_part_solid”模版（即毫米牛秒模版），在“參數(shù)”對話框中建立以上所有參數(shù)，并賦初值，斜齒輪的已知參數(shù)輸入一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值；需計(jì)算出的參數(shù)賦給一個(gè)大體合理的值，準(zhǔn)確數(shù)值建立關(guān)系后會自動生成。4.2建模過程草繪頂圓、指數(shù)圓、基圓、根圓、齒頂圓、指數(shù)圓、基圓、根圓、直徑為任意值，然后建立各直徑及相應(yīng)參數(shù)：d0=da，d1=d，d2=db，d3=df，如圖4.1所示。然后執(zhí)行“再生”命令，各直徑尺寸即與齒輪設(shè)計(jì)尺寸一致，如圖4.2所示。圖4.1建立尺寸與參數(shù)的關(guān)系圖4.2再生后的齒頂圓、分度圓、基圓、齒根圓在FRONT參考平面創(chuàng)建一個(gè)草圖，使用“通過邊創(chuàng)建圖元”工具復(fù)制上圓、根圓和雙曲線，如圖4.2所示。然后建立兩側(cè)齒廓雙曲線與齒根圓之間的兩個(gè)倒圓角，并約束它們相等，如圖4.3所示。通過“分割”工具，在兩漸開線、齒頂圓、齒根圓、倒圓角之間各交點(diǎn)處將它們分割，將完成草繪。雙擊編輯草繪尺寸，將倒圓角半徑與齒根圓角半徑rf建立參數(shù)關(guān)系，即d5=rf。圖4.3復(fù)制出齒頂圓、齒根圓、兩側(cè)齒廓雙曲線圖4.4建立兩個(gè)倒圓角

5一級直齒圓柱齒輪減速器參數(shù)化裝配對于需要參數(shù)化設(shè)計(jì)的零件，相應(yīng)的設(shè)計(jì)必須首先分析零件的所有特征部件，然后根據(jù)層中通用減速機(jī)和基于所有約束和特征的參數(shù)裝配設(shè)計(jì)關(guān)系，包括各參數(shù)。5.1滾動軸承的參數(shù)化裝配方法滾動軸承是一種能將軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)楸菊撐木褪前催@種思路展開對減速器的參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)的。滾動摩擦，從而減少摩擦損失的精密機(jī)械元件。由于其摩擦阻力小、機(jī)械效率高、啟動容易、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、速度快、磨損小、使用壽命長，能夠承受徑向和軸向組合載荷、在很大的載荷和速度范圍內(nèi)優(yōu)良的性能、使用維護(hù)方便、工作可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，而成為應(yīng)用極為廣泛的重要機(jī)械基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科技和國防等各個(gè)領(lǐng)域。滾動軸承的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化以非常成熟，因此在軸承的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中，首先按照國家標(biāo)準(zhǔn)正確選擇軸承類型、尺寸，進(jìn)行內(nèi)圈、外圈、滾動體的三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)，根據(jù)零件造型特征，確定內(nèi)圈、外圈、滾動體各零件的主參數(shù)和次參數(shù)，按照軸承參數(shù)層次關(guān)系，如圖5-1所示（單箭頭表示參數(shù)繼承，雙箭頭表示參數(shù)關(guān)聯(lián)），確定軸承部件的主參數(shù)，然后進(jìn)入Pro/E裝配模塊，完成滾動軸承的參數(shù)化裝配。本論文對深溝球軸承進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，過程如下。圖5-1車由承參數(shù)層次關(guān)系第一步創(chuàng)建軸承內(nèi)圈零件打開“程序”，在“INPUT”和“ENDINPUT”之間輸入以下內(nèi)容，來定義所需參數(shù)。NDIANUMBER;軸承內(nèi)徑WDIANUMBER;軸承外徑WIDEBNUMBER;軸承寬度用旋轉(zhuǎn)方法創(chuàng)建內(nèi)圈，并建立基準(zhǔn)面DTM1，如圖5-2所示。圖5-2車由承內(nèi)圈的實(shí)體模型打開“程序”，在“RELATIONS”和“ENDRELATIONS”之間輸入以下內(nèi)容來建立所需關(guān)系：A=（IA-N-IA）/2D1=A/2；滾動體的直徑D2=60D3=NDIAD4=NDIA/2+A/2；滾動體的分布圓的直徑DS=WIDEBD6=WIDEB/2；基準(zhǔn)面位置尺寸D7=WIDEB/2第二步創(chuàng)建軸承外圈零件，與創(chuàng)建軸承內(nèi)圈零件相同，如圖5-3所示。圖5-3車由承外圈的實(shí)體模型第三步創(chuàng)建滾動體打開“程序”，在“INPUT”和“ENDINPUT”之間輸入以下內(nèi)容用以建立所需參數(shù)。NDIANUMBER;軸承內(nèi)徑WDIANUMBER;軸承外徑WIDEBNUMBER;軸承寬度用旋轉(zhuǎn)方法創(chuàng)建滾動體，并陣列滾動體，如圖5-4所示。圖5-4創(chuàng)建滾動體打開記事本，在RELATIONS和ENDRELATIONS之間添加關(guān)系式：A=（WesDIA-NesDIA）/2D1=NDIA/2+A/2；滾動體的分布圓的直徑D2=A/4；滾動體的半徑D3=45；陣列的角度增量P6=8；陣列總數(shù)第四步創(chuàng)建軸承組件調(diào)入第一個(gè)零件軸承內(nèi)圈，以默認(rèn)位置放置；調(diào)入第二個(gè)零件滾動體，選擇軸承內(nèi)圈的基準(zhǔn)面DTM1和滾動體的基準(zhǔn)面FRONT進(jìn)行對齊約束，再選擇軸承內(nèi)圈的中心線和滾動體的中心線進(jìn)行對齊約束；調(diào)入第三個(gè)零件軸承外圈，選擇軸承內(nèi)圈的基準(zhǔn)面DTM1和軸承外圈的基準(zhǔn)面DTM1進(jìn)行對齊約束，再選擇軸承內(nèi)圈的中心線和軸承外圈的中心線進(jìn)行對齊約束，如圖5-5所示。圖5-5創(chuàng)建軸承組件第五步編輯裝配程序利用EXECUTE語句，把裝配件的輸入?yún)?shù)與零件的輸入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)起來，形成裝配程序，軸承部件的主要參數(shù)如表4-1所示。打開記事本，在INPUT和ENDINPUT之間添加輸入?yún)?shù)。表4-1軸承主要參數(shù)INPUTINNDIANUMBEROUTDIANUMBERWIDEBNUMBERENDINPUT然后在打開記事本中，ADDPART和ENDADD之后添加語句：EXECUTEPARTT2763NNDIA=INNDIAWDIA=OUTDIAWIDEB=WIDEBENDEXECUTE執(zhí)行再生，在出現(xiàn)的菜單中選擇“輸入”，便可以在出現(xiàn)的菜單管理器中選擇NDIA,WDIA,WIDEB參數(shù)并重新輸入新值，進(jìn)而生成新的軸承。5.2低速軸系的參數(shù)化裝配低速軸系的參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)根據(jù)前面低速軸、大齒輪、軸承、軸套、鍵等零部件三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)，按照低速軸系參數(shù)層次關(guān)系，如圖5-6所示（單箭頭表示參數(shù)繼承，雙箭頭表示參數(shù)關(guān)聯(lián)），確定低速軸系的主參數(shù)，進(jìn)入Pro/E裝配模塊，以軸為基礎(chǔ)件，將軸上其他零件按照約束關(guān)系安裝上去，實(shí)現(xiàn)低速軸系參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)。圖5-6低速軸系參數(shù)層次關(guān)系將第一部分軸調(diào)整到默認(rèn)位置；調(diào)整第二部分鍵，選擇軸上的鍵槽底面和鍵的平面以匹配約束，選擇鍵槽的一側(cè)和鍵的工作側(cè)以匹配約束，然后選擇半圓柱鍵槽內(nèi)部和鍵的外半圓柱插入約束；放入第三部分大齒輪，選擇鍵側(cè)和大齒輪鍵槽側(cè)面進(jìn)行匹配約束，選擇軸肩端面和大齒輪端面進(jìn)行匹配約束，然后選擇軸和大齒輪軸用于對準(zhǔn)約束；插入第四部分的軸套，選擇齒輪的端面和軸套的端面以匹配約束，選擇軸的外圓柱和軸套的內(nèi)圓柱用于插入約束；在將第五部分插入軸承后，選擇軸肩的端面和軸承的端面以匹配約束，并選擇軸的外圓柱和軸承的內(nèi)圓柱用于插入約束；插入第六部分的前軸承，選擇軸套的端面和軸承的端面以匹配約束，選擇軸的外圓柱和軸承的內(nèi)圓柱用于插入約束，然后低可以創(chuàng)建高速軸系。如圖5-7所示。圖5-7創(chuàng)建低速軸系確定低速軸系的主要參數(shù)如表4-2所示，利用EXECUTE語句將軸組件的各輸入?yún)?shù)傳遞給零件的參數(shù)，打開“程序”，在“INPUT”和“ENDINPUT”之間輸入下列內(nèi)容以建立這種傳遞關(guān)系。INPUTSHAFTDIA1NUMBERSHAFTDIA2NUMBERSHAFTDIA3NUMBERENDINPUT然后在打開記事本中，ADDPART和ENDADD之后添加語句，分別將低速軸系的輸入?yún)?shù)與軸、鍵、大齒輪、軸套、軸承的輸入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)，執(zhí)行再生，在出現(xiàn)的菜單中選擇“input”，在出現(xiàn)的菜單管理器中選擇需要輸入值的參數(shù)，然后進(jìn)入?yún)?shù)化的低速軸系，如圖5-8所示。圖5-8創(chuàng)建齒輪軸系5.3減速器的參數(shù)化裝配單級圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)思路已經(jīng)比較成熟，設(shè)計(jì)方法脈絡(luò)清晰，采用自下而上的裝配設(shè)計(jì)方法，根據(jù)前面設(shè)計(jì)好各個(gè)零部件的參數(shù)化實(shí)體模型，按照減速器參數(shù)層次關(guān)系，如圖5-9所示（單箭頭表示參數(shù)繼承，雙箭頭表示參數(shù)關(guān)聯(lián)），確定減速器的主參數(shù)，進(jìn)入Pro/E裝配模塊，以下箱體為基礎(chǔ)件，按照約束關(guān)系安裝其他零部件，完成減速器的參數(shù)化裝配。圖5-9減速器參數(shù)層次關(guān)系調(diào)入下箱體，以默認(rèn)位置放置；調(diào)入低速軸系，選擇軸組件的軸承端面和下箱體零件的內(nèi)表面進(jìn)行匹配約束，選擇下箱體軸承座孔的內(nèi)圓柱面和軸組件軸承的外圓柱面進(jìn)行插入約束；調(diào)入齒輪軸系，選擇軸組件的軸承端面和下箱體零件的內(nèi)表面進(jìn)行匹配約束，選擇下箱體軸承座孔的內(nèi)圓柱面和軸組件軸承的外圓柱面進(jìn)行插入約束，同時(shí)取消允許假設(shè)復(fù)選框，增加約束條件相切，使兩齒輪處于正確嚙合位置；調(diào)入上箱體，選擇箱體的上表面和上箱的下表面進(jìn)行匹配和限制，并選擇箱體的前表面和軸瓦孔的前表面，選擇框架的左側(cè)與上殼體的左側(cè)對齊；最后調(diào)入軸承端蓋、觀察孔蓋、定位銷、螺栓、螺釘?shù)冗M(jìn)行裝配，完成減速器整機(jī)的裝配，如圖5-10所示。圖5-10減速器整機(jī)確定減速器輸入?yún)?shù)，利用EXECUTE語句將減速器的各輸入?yún)?shù)傳遞給零件的參數(shù)，打開“程序”，在“INPUT”和“ENDINPUT”之間輸入下列內(nèi)容以建立這種傳遞關(guān)系。打開“程序”，在“INPUT”和“ENDINPUT”之間輸入以下內(nèi)容用來建立減速器整機(jī)的輸入?yún)?shù)。MNUMBERZ1NUMBERZ2NUMBERB1NUMBERSHAFT1DIA1NUMBERSHAFT1DIA2NUMBERSHAFT1DIA3NUMBER然后在打開記事本中，ADDPART和ENDADD之后添加語句，分別將減速器的輸入?yún)?shù)與下箱體、低速軸系、齒輪軸系、上箱體、軸承端蓋等的輸入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)，單擊“再生”按鈕，再單擊“輸入”。減速器的參數(shù)化裝配是非常有使用價(jià)值也是非常必要的，因?yàn)樵跍p速器的設(shè)計(jì)、使用過程中經(jīng)常有需要重新設(shè)計(jì)或者更改尺寸的情況，只要對減速器中任何一個(gè)零件、裝配的尺寸進(jìn)行修改，所有關(guān)聯(lián)的零件和裝配都會按照對應(yīng)的關(guān)系立刻自動修改，從而使減速器設(shè)計(jì)的修改難度大大降低，修改速度大大提高，更重要的是這樣能夠很好地避免很多人為修改的失誤。減速器的參數(shù)化裝配還能有效避免減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的干涉、碰撞等問題，進(jìn)而有效加快減速器開發(fā)的速度，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

結(jié)束語本文對參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、特征建模的方法、三維裝配技術(shù)以及Pro/E的自動編程功能進(jìn)行了深入地研究和總結(jié)。根據(jù)減速器設(shè)計(jì)的一般要求，詳細(xì)分析了減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能要求，得出了減速器的主要參數(shù)、一般參數(shù)以及減速器與各部件之間的相互關(guān)系。通過對該課題的研究，生成了正齒輪減速機(jī)通用零件庫和標(biāo)準(zhǔn)件庫，為設(shè)計(jì)人員節(jié)省了閱讀大量機(jī)械手冊的時(shí)間。齒輪、軸類零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速開發(fā)和設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)效率，體現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)的智能化，為后續(xù)Pro/E模型庫的建立提供了參考和借鑒，具有一定的價(jià)值。

致謝歷時(shí)幾個(gè)多月的緊張學(xué)習(xí)和努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于如期、順利的完成了。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們?nèi)粘Ｋ鶎W(xué)理論的一次綜合性評測，也是將理論應(yīng)用到實(shí)踐的一項(xiàng)考察。首先，我要感謝我的導(dǎo)師在百忙之中抽出時(shí)間幫