基于Solidworks的减速器的虚拟设计

1、第三章基于SolidWorks 的三维建模3.1 SolidWorks 软件介绍SolidWorks 软件是由SolidWorks 公司开发的，SolidWorks 公司是一家专 门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，从1993年，PTC公司与CV公司成立SolidWorks公司，并于1995年推出该软件，引起设计相关领域的一片惊叹。 现在SolidWorks最新版为2009 SP0多国语言版，本次毕业设计用的是SolidWorks2008 SP0 版本。SolidWorks软件集三维建模、装配、工程图于一身，功能强大、易学易用 和技术创新，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CA

2、D解决方案。 SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质 量。具有零件建模、曲面建模、钣金设计、有限元分析、注塑分析、消费产品设 计工具、模具设计工具、焊件设计工具和装配设计等功能。该软件将各个专业领域的世界级顶尖产品连接到一起，具备全面的实体建模功能，可快速生成完整的工程图纸，还可以进行模具制造及计算机辅助工程分析、 虚拟装配、动态仿真等一些其他CAD软件无法完成的工作。该软件本身集成了较多的插件，方便设计者利用，降低了设计劳动，本次毕 业设计用到如下的插件：GearTrax主要用于精确齿轮的自动设计和齿轮副的设 计，通过指定齿轮类型、齿轮的模数和齿数、压

3、力角以及其它相关参数，GearTrax 可以自动生成具有精确齿形的齿轮。toolbox提供了如iso、din等多标准的标准件库。利用标准件库，设计人 员不需要对标准件进行建模，在装配中直接采用拖动操作就可以在模型的相应位 置装配指定类型、指定规格的标准件。3.1.1对齿轮、轴及小齿轮轴的三维建模I、齿轮三维模型的形成SolidWorks的插件GearTrax用以生成各种齿轮模型，如图3.1。根据机械 设计数据，选择直齿，输入齿轮的模数 m = 2，大小齿轮齿数88和22，点击齿面 厚，键入大小齿轮的齿轮宽度 b 50mm，。分别点1 = b 44mm2 =击激活大小齿 轮后，点击完成，插件自动

4、将成型的齿轮导入 SolidWorks中，从而完成齿轮建 模,如图3.2和图3.3。34Spur/Heical Bevel Gears : SprockEts Gear Belt Pulleys Belt Pulleys Worm Gears Splings Mounting选择数据厂啟丸小齿弟伪标准齿枪螳施角度I。呗0 内齿轮 厂调整內齿轮_D_：|6.0Mt)rnm齿轮齿数设置d齿壮龊| 22 ii 网勺齿轮样式龊比率1|40000中&距离.丽而5鬲直改齿轮样式齿嶺徹 麼激窘缶轮滚桶直径；1 7B.OOOOmmJ最大直径：ISaOOOOmm最小直桧:1 71 .OOOOmm-1齿莎帚2 0

5、900mm击踉Si；2.50(X)mfn击高麥位系数0.0000 ll- M卄由-0.0000mm压力角ZO.OOOdeg基園直径：165.3e59mm-J全击禺:4.590Cmiri圆周强&.2032mrn圆甬半檯：O.GOOCmm齿隙C.OOOOmm医厚3.141击面厚；44,0000hiin 用户输入状态完成退出图 3.1 GearTrax2008 操作图3.3大齿轮的大体建模图3.3大齿轮的大体建模得到了大齿轮的大体建模，然后修改大齿轮： 通过【拉伸切除】命令构造轮毂直径为50mm键槽高、宽分别为5mm10mm如图3.5。 修改大齿轮，按工程图画减重槽和减重孔，利用【拉伸切除】命令，先

6、 画减重槽，深度为10mm如图3.6，利用基准面通过【镜像】命令，画出另一侧。 通过【拉伸切除】命令打一个减重孔，孔径为 36mm如图3.7，【插入】- 【参考几何体】-【基准轴】命令，选择圆心为基准轴，如图 3.8，通过【圆周阵列】命令，选择基准轴和阵列的数目，完成多个减重孔成型如图3.9。 通过【倒角】命令倒角，最后成型，如图3.1007 己 00036.000160.00050.00图3.4齿轮的工程图图3.5加工轮毂和键糟图3.6加工减重槽图3.7加工减重孔BfflR阖庄俑淮WQ7*訂叶图3.8插入基准轴图3.9减重孔圆周整列图3.10大齿轮的三维建模U、小齿轮轴的三维建模在I中Gea

7、rTrax导入小齿轮的基础上,按照二维工程图进行建模，如图3.11。 依次用【拉伸】命令构造小齿轮轴，完成小齿轮轴的大体建模，如图3.12。 然后利用【插入】-【参考几何体】-【基准面】命令，在小齿轮轴的外伸端建立基准平面1,如图3.13，再在该基准平面上利用【拉伸切除】命令，按照 高速轴和V带轮联接键的尺寸：高速轴和 V带轮联接键为：键8X28 GB1096-78 X h = 8 X 7,L = 28，绘制草图，选择切除厚度，完成键槽的成型，如图3.14。 利用【倒角】和【倒圆角】命令修改小齿轮轴，完成建模如图3.15图3.11小齿轮轴工程图3.12 齿 轮 拉 伸

8、图3.13建立基准面1图3.14拉伸键图3.15小齿轮轴的三维建模川、轴的三维建模 用【拉伸】命令，选择任意基准平面，按照设计尺寸依次拉伸成型，如图3.16。 通过【插入】-【参考几何体】-【基准面】命令，在齿轮安装段和外伸端 建立两个基础平面，如图3.17，依次用【拉伸切除】命令切出大齿轮与轴的键槽 和低速轴（如图3.18）和联轴器的联接键键槽（如图3.19）o 用【倒角】和【倒圆角】命令修改轴，完成建模，如图3.20 o图3.16轴的工程图图3.19齿轮键拉伸图3.20联轴器的键拉伸图3.21轴的三维建模3.1.2对箱体、箱盖的三维建模I、箱体三维建模 根据箱体的二维图，如图3.22，图3

9、.23，图3.24，用【拉伸】命令， 选择任意基准面，构造箱体大体立方体，如图 3.25用【圆角】命令将立方体四 个棱边倒R=20mm勺圆角。 利用【抽壳】命令，选择壁厚度 8mm选择挖出材料面，完成抽壳，如 图 3.26。 在抽壳选择面使用【拉伸】命令，拉伸出顶面凸缘，厚度为 12mm如图 3.27，选择底面拉伸出箱体底板厚度为 20mm如图3.28，并【拉伸切除】底面 通槽如图3.29。在凸缘下面【拉伸】轴承座凸台（如图3.30）和凸台（如图3.31 ）， 在轴承座凸台上用【拉伸切除】命令切出轴承槽，如图3.32。 用【插入】-【参考几何体】-【基准面】命令分别在两个轴承座建立基 准平面1

10、和基准平面2,如图3.33，用【筋】命令，绘制轴承座凸台的加强筋， 如图3.34。 用【镜像】命令选择镜像对称平面，镜像凸台、轴承座凸台、加强筋和 轴承槽，如图3.35。 选择中间基准平面，用【筋】命令构造两个吊耳，如图3.36。 用【扫描切除】命令，绘制油沟，绘制扫描路线和扫描截面，如图3.37， 用【异形孔向导】在轴承槽端面上打 M8的螺纹孔，如图3.38，【插入】-【参考 几何体】-【基准轴】命令，分别建立基准轴1和2,圆周阵列螺纹孔，等间距， 孔数为6,如图3.39。 用【拉伸切除】命令在顶面凸台上打 d=13mm起盖螺钉孔和销孔，在凸台上打d=17mm螺栓孔，在底板上打d=18mm地

11、脚螺钉孔。 用【插入】-【参考几何体】-【基准面】命令在箱体后端面建立一个45 平面作为基准，如图3.40，用【拉伸】命令构造凸台，如图 3.41，在凸台上打 油标尺M12的螺纹孔。在后端面上拉伸的 d=30mm的凸台，在凸台上打 M20的 油塞孔。用【倒圆角】对箱体各处进行 R=10mn倒圆角，完成建模，如图3.42。s3D3图3.22 箱体主视图图3.23箱体俯视图长方体的抽壳图3.25拉伸长方体3.26图3.27拉伸凸缘图3.28 拉伸底板图3.29拉伸切除通糟图3.30拉伸轴承座图3.32拉伸切除轴承安装槽图3.33建立两个基准图3.34轴承座加强筋图3.41拉伸油标尺凸台图3.42

12、箱体三维建模U、箱盖的三维建模根据减速器箱盖二维工程图进行建模， 如图3.43 ,图3.44,图3.45。 【拉伸】构造箱盖的大体轮廓，如图3.46，【抽壳】命令，选壁厚为8mm 选择底面为去除材料面，如图3.47，在去除材料面【拉伸】凸缘，厚度为12mm, 如图3.48，在凸缘上【拉伸】出轴承座（图 3.49 ）和凸台（图3.50），【拉伸切 除】打52mm和80mm的轴承安装槽，如图3.51。 【镜像】，选择凸台、轴承座和轴承安装槽为对象，选择箱体对称面为基 准面，构造另一侧，如图3.52。 【筋】命令，构造吊耳，选择箱盖的对称面做草图，如图3.53。 用【插入】-【参考几何体】-【基准轴

13、】命令，选择圆柱面，建立基准 轴1,用【异形孔向导】选择在轴承侧面打 M8的螺纹孔，【圆周阵列】选择基准 轴1为旋转轴，螺纹孔为阵列对象，数目选择为6,如图3.54。 【拉伸切除】在吊耳上打10mm的孔，在凸缘上打四个13mm的起盖螺钉 孔，在凸台上打六个17mm螺栓通孔，再【旋转切除】出两个 8mm销孔。 选择箱盖上表面为基准面，先【拉伸】出90X60的，厚度为4mm的凸台, 如图3.55，再【拉伸切除】出观察孔，如图 3.56，再在观察盖凸台上【异形孔 向导】打四个M6螺纹孔。 【倒圆角】、【倒角】命令，对箱盖进行R5mm和1mm的倒角，完成建模， 如图3.57。图3.43箱盖的主视图47

14、4图3.46构造大体轮廓图3.47 抽壳图3.48 拉伸凸缘图3.49拉伸轴承座图3.50拉伸凸台图3.51拉伸轴承槽誠X图3.53建立吊耳图3.52 镜像凸台凸缘图3.55拉伸观察盖凸台图3.56 拉伸切除观察图3.57箱盖的三维建模3.1.3对轴承的三维建模I 保持架： 【拉伸】选择任意基准面，在草图上画一个内径为38mm和外径40mm的 圆环，对称拉伸，拉伸厚度为 5mm如图3.58。 【旋转】，对称拉伸面作为基准面，画通过中心的虚线为旋转轴，画直径12mm的半圆为旋转截面，如图3.59，用【插入】-【参考几何体】-【基准轴】 命令，选择圆柱面，建立基准轴1,【圆周阵列】命令，选择基准轴

15、1为旋转轴， 阵列对象为旋转、拉伸出的实体，如图3.60，【旋转切除】，仍然选择对称拉伸面为基准面，在刚才旋转出的圆体内切出一个空心为8mm的球体，如图3.61，然后再次整列空心球体。【拉伸切除】切掉圆环外多余的材料，即完成建模，如图 3.62 。图3.58拉伸圆环图3.59旋转球体图3.60整列球体图3.61旋转切除图3.62保持架的三维建模n.滚动体：【旋转】，选择任意基准面，画出虚线旋转轴，半径为 4mm的半圆截面，如 图，3.63，完成建模，如图3.64。川.内圈、外圈：【旋转】，选择任意基准面，画出虚线旋转轴，画出内圈外圈的截面草图如图3.65和图3.66，即完成建模如图3.67和图

16、3.68图3.64滚动体的三维建模1图3.65 外圈的草图图3.66 内圈的草图3.1.4油标尺、观察盖、油塞和通孔器的三维建模1.端盖: 【旋转】命令，任意选择基准面，建立选线基准轴，画出端盖的截面草 图，旋转得到实体，如图3.69。 用【插入】-【参考几何体】-【基准轴】命令，选择圆柱面，建立基准 轴1,【拉伸切除】在端盖上打 9mm的孔，【圆周阵列】命令，基准轴1为旋转 轴，9mm的孔为阵列对象，数目为6,完成建模，如图3.70。图3.70端盖的三维建模2. 油标尺： 【旋转】，任意选择基准面，建立选线基准轴，画出油标尺的截面草图， 旋转得到实体，如图3.71 0 在螺纹面，【插入】-【

17、注释】-【装饰螺纹线】，选择M12螺纹，完成 建模，如图3.723. 观察盖： 【拉伸】厚度为4mm长X宽为60X90的实体，如图3.73。 【拉伸切除】在观察盖4个角切4个7mm的通孔。 在观察盖上【拉伸】凸台，【异形孔向导】在凸台上打 M12的螺纹孔 对4条侧棱进行【倒圆角】R10mm完成建模，如图3.74，图3.73拉伸观察盖图3.74观察盖的三维建模4.油塞： 【拉伸】，任意选择基准面，在草图上画六边形，完成拉伸 用【插入】-【参考几何体】-【基准轴】命令，选择圆柱面，建立基准 轴1【旋转切除】切出螺帽的形状，选择中间对称面画1.5X1.5的直角三角的旋 转截面，选择基准轴1为旋转轴，

18、如图3.75。 【拉伸】构造剩下的实体，在待加工螺纹面，【插入】-【注释】-【装饰螺 纹线】，完成建模，如图3.76。5.通气器： 【拉伸】，任意选择基准面，在草图上画六边形，完成拉伸，如图3.76 用【插入】-【参考几何体】-【基准轴】命令，选择圆柱面，建立基准 轴1【旋转切除】切出螺帽的形状，选择中间对称面画1.5X1.5的直角三角的旋 转截面，选择基准轴1为旋转轴。 【拉伸】构造剩下的实体，在待加工螺纹面，【插入】-【注释】-【装饰 螺纹线】。 【拉伸切除】打两个交叉的 4mm的通孔，完成建模，如图 3.77。图3.76 螺帽拉伸图3.77通气器三维建模第四章减速器的装配和仿真4.1减速

19、器的装配装配是将各种零件模型插入到装配体文件中，利用零件的相应结构来限制各 零件的相对位置，使构成机构的某部分，或者是一个完整的机构或机器。 Solidworks允许用户在装配体文件中插入数目众多的零件进行组装配合。4.1.1轴承的装配首先组装轴承，【新建装配体】。【插入】：内圈，外圈，保持架，滚动体，如图 4.1。【配合】：选择滚动体和保持架的小圈内圈，同心约束，【插入】-【参考几何体】-【基准轴】命令，选择圆柱面，建立基准轴1,【圆周整列】，选择基准轴1为旋转轴，滚动体为阵列对象，数目为 12个。【配合】内圈与保持架同心、 对称面重合约束，外圈与保持架同心、对称面重合约束，完成轴承的装配，

20、如图 4.2。图4.1轴承的爆炸视图图4.2轴承的装配体4.1.2小齿轮轴的装配接着装配小齿轮轴，在完成轴承的装配基础上。【插入】：小齿轮轴，V带轮和减速器联接键，套筒，如图4.3。【配合】： 小齿轮轴和套筒同心、面重合约束。 轴承和小齿轮轴同心约束，与套筒面重合约束。利用小齿轮的对称面【镜 像】第二轴承。 V带轮和减速器联接键和键槽面重合、同心、对称面重合约束图4.3 小齿轮轴的爆炸视图4.1.3齿轮轴的装配装配完小齿轮轴，装配齿轮轴。【插入】：齿轮轴的轴承的保持架、内圈、外圈、滚动体，完成轴承的装配,再插入轴、齿轮、齿轮和轴联接键、轴和联轴器联接键、套筒，如图4.4 o【配合】： 轴和联轴

21、器联接键、齿轮和轴联接键和轴的键槽面重合、同心、对称面重 合约束。 齿轮键槽与齿轮和轴联接键面平行约束， 轮毂与轴同心约束，齿轮侧面与 轴肩面重合约束。 套筒和轴同心重合，与齿轮面重合约束。 轴承与轴同心重合，与套筒面重合约束，利用大齿轮的对称面为基准，【镜像】轴承，完成装配。图4.4齿轮轴的爆炸视图4.1.4齿轮轴与箱体的装配完成两个轴的装配，把轴安装进齿轮箱体内。【插入】:箱体如图4.5。【配合】： 小齿轮轴上的轴承与轴承安装槽同心重合，大齿轮和箱体的对称面重合 约束。 大齿轮轴上的轴承与轴承安装槽同心重合，大齿轮和箱的对称面重合约 束。图4.5轴和箱体的装配图4.1.5箱盖、端盖、观察盖

22、等的装配盖上箱盖，安装上一系列的附件，完成齿轮箱大体装配。【插入】：箱盖、端盖、观察盖、通孔器、油塞、油标尺，如图4.6。【配合】： 箱盖与箱体对称面重合、接触面面重合、同心约束。 端盖与箱体同心约束，与轴承座的对称面重合，与箱体接触面重合约束 观察盖和箱盖接触面重合、对称面重合约束。 通孔器于观察盖面重合、同心约束。 油塞和油标分别与箱体面重合、同心约束。图4.6 箱盖、端盖、观察盖等的爆炸视图4.1.6 M6、M8螺钉的装配完成箱体大体装配，装上螺钉固定。【插入】：M6螺钉，M8螺钉，如图4.7。【装配】:M6螺钉与观察盖接触面重合、同心约束。M8螺钉与轴承端盖接触面重合、同心约束， 【镜

23、像】，利用箱体对称面分 别镜像大小轴承端盖上的螺钉，【插入】-【参考几何体】-【基准轴】命令，选 择圆柱面，建立基准轴1,在每个端盖上分别用【圆周整列】，选择每个轴的基 准轴为旋转轴，数目为6,完成M8螺钉的装配。图4.7 M6、M8螺钉的爆炸视图4.1.7销、螺栓和起盖螺钉的装配装好端盖螺钉，开始安装销和螺栓。【插入】：销、M16（螺栓、螺母、垫片）、M12（螺栓、螺母、垫片），如图4.8。【装配】: 销和销孔同心约束，销基准面和箱体凸缘底面重合约束。M12螺钉与箱盖接触面重合，螺钉与螺纹孔同心约束；垫片与螺钉同心约 束，与箱体凸缘下底面面接触；螺母与螺钉的同心约束，与垫片面重合约束。 M1

24、6螺钉与箱盖接触面重合，螺钉与螺纹孔同心约束；垫片与螺钉同心约 束，与箱体凸缘下底面面接触；螺母与螺钉的同心约束，与垫片面重合约束。 将M12和M16装配好箱盖的一半，用【镜像】命令，选择箱盖的对称面为基准面，镜像所选螺钉和螺栓等，完成装配，如图4.9。图4.8螺栓和销的爆炸视图图4.9减速器的装配体4.2干涉检查装配完成后，进行零部件之间的干涉检查，以检查装配体有无干涉及干涉位 置。步骤：（1）单击装配体工具栏上的【干涉检查】。（2）选择需要干涉检查的零部件。（3）单击【计算】，在结果中即会显示干涉的位置及大小。(4) 存在干涉，使用零部件中的碰撞检查，对干涉的位置进行调整，对干 涉零件的尺

25、寸或者位置进行调整，完后再进行(1)的步骤，直到干涉检查结果 显示无即可。通过干涉检查，发现减速器存在的干涉主要是螺纹干涉和齿轮干涉，螺纹干涉，螺纹是固定的，不参与减速器运动，螺纹干涉被忽略不计，齿轮干涉通过碰 撞干涉旋转齿轮的位置进行调整，直至消除齿轮干涉，如图4.10。“ X一操无干涉图4.10干涉检查4.3 Cosmosmotion 插件介绍Cosmosmotion三维运动仿真软件，如图4.11，它可以对复杂机构进行完整 的运动学和动力学仿真，得到系统中各个零部件的运动情况，包块能量、动量、 位移、速度、加速度、作用力和反作用力等结果，并能以动画、图表、曲线等形 式输出；还可以将零部件在

26、复杂运动情况下的载荷情况直接输出到主流有限元分 析软件中，从而进行正确的强度分析。允许工程师通过虚拟的产品模型很容易地模拟装配体的复杂运动，保证准确的设计，排队产品设计错误。431 Cosmosmotio n 运动仿真1）加载Cosmosmotion:【工具】一【插件】一【COSMOSMotion 20（】，运行 插件。2）【打开】减速器装配体，点击箱盖，选择【隐藏零部件】，点击【旋转零部 件】命令，选择【碰撞检查】，检查范围选择为【这些零部件之间】：大齿轮和小 齿轮轴，选上【碰撞时停止】，旋转小齿轮轴，直至小齿轮轴不与大齿轮发生齿 面重合为止，选择确定，如图4.12。3）单击齿轮轴，选择【隐藏零部件】，单击【配合】-【机械配合】，选择齿轮 轮毂和小齿轮轴，点击【齿轮】，比率选为4: 1,反转，确定即可，如图4.13。图4.12旋转零部件界面1 总丿4齿轮导tflSE配舍(A)血勿凸轮I:诲4mm :1mm图4.13齿轮配合界面4）自由旋转小齿轮轴，大齿轮随即啮合运动，【新建运动算例】-【COSMOSMotidn-