直齿减速器的三维设计与虚拟仿真_图文

1、直齿减速器的三维设计与虚拟仿真【摘 要】 本文针对减速器的设计来探讨机械结构设计中所涉及的细致问题, 并通过 Solidworks 绘制减速器的过程中所遇到的问题,探讨了软件三维设计与 虚拟仿真对当今机械设计发展中的作用。 介绍了减速器的零件绘制原理与装配及 其爆炸视图的方法。以直齿轮为例的基于 SolidWorks 的减速器模拟仿真设计, 详细介绍了运用 SolidWorks 软件进行减速器的三维实体建模过程,实现减速器 设计的虚拟仿真。关键词:减速器, Soildworks ,三维实体建模,装配和模拟仿真Abstract: In this paper, the design of gear

2、 to explore the mechanical design of the detailed issues involved, and by Solidworks reducer in the process of drawing problems, discusses the three-dimensional design and virtual simulation software, today's mechanical design development role. Drawing parts reducer introduced the principle and

3、method of assembly and the exploded view. Case Study of a straight gear reducer based SolidWorks Simulation design, detailing the use of SolidWorks software for three-dimensional solid modeling process reducer, Reducer design to achieve a virtual simulation.Key words: reducer, Solidworks, three-dime

4、nsional solid modeling, assembly and simulation目 录1. 减速器的概述 . 41.1减速器的概念 . . 4 1.2减速器的主要型式及其特性 . 42. 虚拟仿真技术 . 62.1虚拟仿真技术简介 . 6 2.2虚拟仿真技术在机械设计中的应用 . 6 2.2.1虚拟产品设计(Virtual Product Design . 6 2.2.2虚拟装配设计(Virtual Assembly Design . 7 2.2.3、虚拟仿真设计在新产品开发中应用前景 . 73. 减速器的结构设计 . 93.1减速器原始数据及传动装置总体设计 . 9 3.1.1

5、设计要求及原始数据 . . 9 3.1.2确定传动方案 . . 9 3.1.3选择电动机 . . 10 3.1.4传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配 . 11 3.1.5装置运动和动力参数的计算 . 12 3.2传动零件的设计计算及联轴器的选择 . 13 3.2.1减速器外传动零件的设计 . 13 3.2.2减速器内传动零件的设计要点 . 14 3.2.3联轴器的选择 . . 14 3.3减速器的构造 . . 15 3.3.1轴系部件 . . 15 3.3.2箱体 . . 15 3.3.3附件 . . 154. 基于 SOLIDWORKS 的减速器三维设计与动态仿真 . 164.1仿真平

6、台及功能架构 . 16 4.2减速器零件的三维实体建模 . 17 4.2.1 齿轮的三维实体建模的过程 . 18 4.2.2从动轴的三维实体建模过程 . 22 4.2.3齿轮轴的三维实体建模过程 . 26 4.3减速器的装配过程 . 29 4.4减速器工作原理动态仿真 . 33结束语 . . 36谢 辞 . 37文 献 . 381. 减速器的概述减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、 蜗杆传动或齿轮蜗杆传动 所组成的独立部件, 常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置; 在少数场 合下也用作增速的传动装置,这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、 效率较 高、传递运动准确可靠、使用维护简单

7、,并可成批生产,故在现代机械中应用很 广。减速器类型很多,按传动级数主要分为:单级、二级、多级;按传动件类型 又可分为:齿轮、蜗杆、齿轮 -蜗杆、蜗杆 -齿轮等。 减速器系统框图以下对几种减速器进行对比: 1圆柱齿轮减速器当传动比在 8以下时,可采用单级圆柱齿轮减速器。大于 8时, 最好选用二 级 (i=8 40 和二级以上 (i>40的减速器。单级减速器的传动比如果过大,则其外 廓尺寸将很大。 二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、 分流 式和同轴式等数种。展开式最简单, 但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置, 因而 将使载荷沿齿宽分布不均匀,且使两边的轴承受力不等。为此,

8、在设计这种减速 器时应注意:1 轴的刚度宜取大些; 2 转矩应从离齿轮远的轴端输入,以减轻载 荷沿齿宽分布的不均匀; 3 采用斜齿轮布置,而且受载大的低速级又正好位于两 轴承中间, 所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。 这种减速器的高速级齿轮 常采用斜齿,一侧为左旋,另一侧为右旋,轴向力能互相抵消。为了使左右两对 斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷, 其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游 动。同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上,故箱体长度较短。 但这种减 速器的轴向尺寸较大。圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。它传递功率的范围可从很小至 40 000kW ,圆周速度也可从很低至 60m

9、/s一 70m /s ,甚至高达 150m /s 。传动 功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。 这两种布置方式可由两对齿 轮副分担载荷, 有利于改善受力状况和降低传动尺寸。 设计双驱动式或中心驱动 式齿轮传动时,应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配,例如采用滑动轴承和弹性支承。圆柱齿轮减速器有渐开线齿形和圆弧齿形两大类。 除齿形不同外, 减速器结 构基本相同。 传动功率和传动比相同时, 圆弧齿轮减速器在长度方向的尺寸要比 渐开线齿轮减速器约 30%。2圆锥齿轮减速器它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。 二级和二级以上的圆锥齿轮 减速器常由圆锥齿轮传动和圆柱齿轮

10、传动组成, 所以有时又称圆锥圆柱齿轮减 速器。 因为圆锥齿轮常常是悬臂装在轴端的, 为了使它受力小些, 常将圆锥面崧, 作为,高速极:山手面锥齿轮的精加工比较困难,允许圆周速度又较低,因此圆 锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器广。3蜗杆减速器主要用于传动比较大 (j>10的场合。 通常说蜗杆传动结构紧凑、 轮廓尺寸小, 这只是对传减速器的传动比较大的蜗杆减速器才是正确的,当传动比并不很大 时,此优点并不显著。由于效率较低,蜗杆减速器不宜用在大功率传动的场合。 蜗杆减速器主要有蜗杆在上和蜗杆在下两种不同形式。蜗杆圆周速度小于 4m/s时最好采用蜗杆在下式,这时,在啮合处能得到良好的润滑和

11、冷却条件。 但蜗杆圆周速度大于 4m/s时,为避免搅油太甚、发热过多,最好采用蜗杆在上 式。4齿轮 -蜗杆减速器它有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形式。前者结构较紧 凑,后者效率较高。通过比较,我们选定圆柱齿轮减速器。2. 虚拟仿真技术虚拟技术(Virtual Reality,以下略 VR ,就是由计算机直接把视觉、听 觉、触觉等多种合成信息提示给人的感觉器官,在人的周围生成一个虚拟环境, 从而把人、 现实世界以及虚拟环境结合起来, 融为一体, 实现信息的交流和反馈。 人可以在虚拟环境中以最自然的形态实时地进行操作和行动, 犹如在自身所处现 实环境中同样的感受。随着科学的发展与信息

12、技术的应用, 虚拟仿真设计技术已经开始使用于企业 的生产与制造之中, 使虚拟仿真设计得到有效地提升, 加强了设计人员对虚拟仿 真设计技术的应用,特别是在企业进行新产品开发的设计与制造阶段更受重视。 2.2.1虚拟产品设计(Virtual Product DesignCAD 技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持,但目前在虚拟产品 设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。如复杂曲面的产品造型,多采用 Rhino 、 UG 、 Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型,其实质 并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来, 设计人员也并没有真正参与到 虚拟产品设计中来,在

13、某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。 随着虚拟现实(Virtual Reality技术与多媒体技术的发展,虚拟现实技 术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用, 以及科技人员在不断提高 的计算机操作的人机界面综合技术, 改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方 式。目前,所采用的将虚拟现实技术引入 CAD 环境, 这将便于模拟新产品开发中 产品的某些性能,又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司, 在进行虚 拟产品设计时, 设计人员可以先利用现有的 CAD 系统建模, 再转换到 VR 环境中, 让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用 VR-CAD 系统,直接在虚

14、拟环境中进行设计与修改。 例如在对汽车的设计时, 设计人员在具有全交互性的 设计环境中,利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手 套、操纵杆、三 维位置跟踪器等装置,将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连,不仅可以 进行虚拟的合作, 产生一种身临其境的感觉, 而且还可以实时地对整个虚拟产品 (Virtual Product设计过程进行检查、评估,实地解决设计中的决策问题, 使设计思想得到综合。 在交互性的虚拟环境快速成型设备上, 设计人员对虚拟产 品设计模型的直接设计,提高了设计人员积极性与创造性的发挥。62.2.2虚拟装配设计(Virtual Assembly Design虚拟装配设计(V

15、irtual Assembly Design是虚拟设计在新产品开发方面 具有较大影响力的一个领域。虚拟装配(Virtual Assembly 采用计算机仿真与 虚拟现实技术,通过仿真模型在计算机上进行仿真装配,实现产品的工艺规划、 加工制造、装配和调试,它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前,就 其技术而言,已经成熟, 虽尚没有商用虚拟装配系统, 也尚未充分地应用于新产 品开发的分析和评价, 但这项技术在新产品开发中已得到肯定, 并具有很重要的 意义。过去传统的产品开发, 常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型 进行各种装配实验研究, 力求在产品的可行性、 实用性和产品性能等方面

16、进行各 种测试分析。 现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题, 在 进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度,及时优化设计方案。虚拟装配的第一步是在 CAD 系统创建虚拟产品模型, 然后进入并利用虚拟 装配设计环境(Virtual Assembly Design Environment系统,产品开发人员 在 VADE 系统中开展工作,借助虚拟装配设计环境系统,设计人员可以在虚拟环 境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验, 帮助设计人员及时发现设计 中的装配缺陷, 全面掌握在虚拟制造中的装配过程, 尽可能早地发现在新产品开 发过程中的设计、 生产和装配工艺等问题。 利用这个

17、虚拟环境, 评价产品的公差、 选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺,可将结果进行可视化处理。实验表明,虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期,减轻设计返 工的负担, 加快了引入高级设计方法和技术的速度, 提高新产品开发的质量与可 靠性,同时也降低新产品开发的成本。随着多媒体技术软硬件飞速发展, 特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结 合, 加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度, 使虚拟设计技术在新产品 开发应用方面也得到提升。 虽然目前仅是起步阶段, 在通过多种传感器与多维的 信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高, 但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜

18、力, 而且应用前景广阔。 应该深入开 发研究, 使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维 能力与产品设计水平。2.2.3、虚拟仿真设计在新产品开发中应用前景随着多媒体技术软硬件飞速发展, 特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结 合, 加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度, 使虚拟设计技术在新产品 开发应用方面也得到提升。 虽然目前仅是起步阶段, 在通过多种传感器与多维的7信息环境进行自然的交互方面,及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高, 但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力, 而且应用前景广阔。 应该深入开 发研究, 使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开

19、发中提升设计创新思维 能力与产品设计水平。虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上, 都需要 科学技术的支持。 新产品开发以科学技术理论为基础, 然而在新产品开发中的虚 拟产品设计等问题上, 虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空 间, 扩展了设计人员的艺术设计思维, 使设计人员能够从理论认识到感性认识对 产品进行设计、分析和评价。 使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由, 让 设计更趋人性化、艺术化。 虚拟设计在新产品开发中的应用, 使科学的思维方式 和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。 科学的发明和创造溶入了艺术的想 象和品格, 艺术的创造和对产品形态美

20、的探索又渗入科学的理论和品质, 虚拟设 计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。893. 减速器的结构设计减速器是在原动件 (一般为电动机 和工作机之间的独立传动部件,作为整 部机器中的一个部件, 往往需要从整体考虑采用何种形式才合理, 因此, 在进行 减速器结构设计之前不仅需进行传动装置总体设计, 还要进行传动零件设计计算 等项工作,为结构设计提供条件。原始数据是减速器结构设计的前提, 而传动装置总体设计的目的是确定传动 方案、选定电动机型号、合理分配传动比、计算传动装置的运动及动力参数,以 按照原始数据要求达到设计结果。主要完成由输送带运送机器零、部件的工作。该机室内工作,单向运转,工

21、作有轻微振动,两班制。要求使用期限十年,大修期三年。输送带速度允许误差 5 %。在中小型机械厂小批量生产。输送带工作拉力 F = 6500 N ,输送带速度 v = 0.9 m/,卷筒直径 D = 400 mm 。 带式输送机工作装置如下图所示:3.1.2确定传动方案 传动装置总体设计的目的是确定传动方案、 选定电机型号、 合理分配传动比 以及计算传动装置的运动和动力参数,为计算各级传动件准备条件。合理的传动方案应首先满足机器的功能要求, 如所传递功率的大小, 转速和 运动形式。此外还要满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、工艺性 好、使用维护方便等要求。 要同时满足这些要求是比较困难

22、的, 因此在设计过程 中,往往需要拟定多种传动方案,通过分析比较,择优选取。带式运输机主要有四种传动方案:带圆柱齿轮传动、二级圆柱齿轮传动、单级蜗杆传动、锥圆 柱齿轮传动。合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当,电动机就能安全、经 济、可靠地运行;选择得不合适,轻者造成浪费,重者烧毁电动机。选择电动机 的内容包括很多,例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形 式等,但是结合农村具体情况,需要选择的通常只是功率、转速、防护形式等几 项比较重要的内容,因此在这里介绍一下电动机的选择方法及使用。电动机选择步骤电动机的选择一般遵循以下三个步骤:一 . 型号的选择电动机的型号很多,

23、 通常选用异步电动机。 从类型上可分为鼠笼式与绕线式 异步电动机两种。常用鼠笼式的有 J 、 J2、 JO 、 JO2、 JO3系列的小型异步电动机 和 JS 、 JSQ 系列中型异步电动机。绕线式的有 JR 、 JR O2系列小型绕线式异步电 动机和 JRQ 系列中型绕线式异步电动机。从电动机的防护形式上又可分为以下几种:1.防护式。这种电动机的外壳有通风孔,能防止水滴、铁屑等物从上面或 垂直方向成 45º以内掉进电动机内部, 但是灰尘潮气还是能侵入电动机内部, 它 的通风性能比较好, 价格也比较便宜, 在干燥、 灰尘不多的地方可以采用。 “J” 系列电动机就属于这种防护形式。2.

24、封闭式。这种电动机的转子,定子绕组等都装在一个封闭的机壳内,能 防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部, 但它的密封不很严密, 所以还不能 在水中工作, “JO”系列电动机属于这种防护形式。在农村尘土飞扬、 水花四溅 的地方(如农副业加工机械和水泵广泛地使用这种电动机。3.密封式。这种电动机的整个机体都严密的密封起来,可以浸没在水里工 作,农村的电动潜水泵就需要这种电动机。实际上,农村用来带动水泵、机磨、脱粒机、扎花机和粉碎机等农业机械的 小型电动机大多选用 JO 、 JO2系列电动机。在特殊场合可选用一些特殊用途的电动机。 如 JBS 系列小型三相防爆异步电 动机, JQS 系列井用潜水泵三

25、相异步电动机以及 DM2系列深井泵用三相异步电动 机。二 . 功率的选择一般机械都注明应配套使用的电动机功率, 更换或配套时十分方便, 有的农 业机械注明本机的机械功率, 可把电动机功率选得比它大 10%即可 (指直接传动 。10一些自制简易农机具, 我们可以凭经验粗选一台电动机进行试验, 用测得的电功 率来选择电动机功率。电动机的功率不能选择过小, 否则难于启动或者勉强启动, 使运转电流超过 电动机的额定电流,导致电动机过热以致烧损。电动机的功率也不能选择太大, 否则不但浪费投资,而且电动机在低负荷下运行,其功率和功率因数都不高, 造 成功率浪费。选择电动机功率时, 还要兼顾变压器容量的大小

26、,一般来说,直接启动的最大一台鼠笼式电动机,功率不宜超过变压器容量的 1/3。三 . 转速的选择选择电动机的转速, 应尽量与工作机械需要的转速相同,采用直接传动,这 样既可以避免传动损失, 又可以节省占地面积。 若一时难以买到合适转速的电动 机,可用皮带传动进行变速,但其传动比不宜大于 3。异步电动机旋转磁场的转速(同步转速有 3000r/min、 1500r/min、 1000r/min、 750r/min等。异步电动机的转速一般要低 2%5%, 在功率相同的情 况下,电动机转速越低体积越大,价格也越高,而且功率因数与效率较低;高转 速电动机也有它的缺点, 它的启动转矩较小而启动电流大, 拖

27、动低转速的农业机 械时传动不方便, 同时转速高的电动机轴承容易磨损。 所以在农业生产上一般选 用 1500r/min的电动机,它的转速也比较高,但它的适应性较强, 功率因数也比 较高。 11(2 应注意使各级传动尺寸协调, 结构匀称合理, 避免各零件发生干涉及安装 不便。(3 应使传动装置的外廓尺寸尽可能紧凑。应该注意, 以上传动比的分配只是初步的,待各级传动比的参数(如齿轮 与链轮的齿数;带轮直径等确定后,还应核算传动装置的实际传动比。一般允 许总传动比的实际值与设计要求的规定值有±3%±5%的误差。还应指出, 合理分配传动比是设计传动装置应考虑的重要问题, 但为了获得更

28、为 合理的机构, 有时单从传动比分配这一点出发还不能得到完善的结果, 此时还应 采取调整其他参数(齿宽系数等 或改变齿轮材料等办法, 以满足预定的设计要 求。为进行传动零件的设计计算, 应计算传动装置的运动和动力参数, 即各轴的 转速、功率和转矩。设 n 1、 n 2和 n w 分别为 轴、 轴和工作轴的转速; p 1、 p 2和 p w 分别为 、 和工作轴的功率; T 1、 T 2和 T W 分别为 轴、 轴和工作轴的输入转矩, i 01、 i 12和 i 2w 分别为电动机轴到 轴、 轴到 轴、 轴到工作轴之间的传动比; 0112、 23分别为电动机轴到 轴 轴至 轴 轴至工作轴之间的传

29、动效率。 1213 内传动零件主要有圆柱齿轮传动锥齿轮传动蜗杆传动。在减速器外传动零件设计完成后,各传动件的传动比可能有所变化,因而 引起传动装置的运动及动力参数的变动, 这是应先对其参数做相应的修改, 再对 减速器内传动零件进行设计计算,设计中应注意以下几点:(1 选择齿轮材料和热处理方法时, 要考虑到毛配的制造方法 . 当轮齿的顶圆直 径 da 500mm 时,一般选用锻造毛配,当 da >500mm 时,由于受锻造设备能力 的限制, 多采用铸造毛配。 同一减速器内各级大小齿轮的材料应尽可能一致, 以 减少材料牌号和简化工艺要求。(2齿轮传动的几何参数和尺寸应分别进行标准化圆整或计算

30、其精确值。如模 数必须取标准值; 中心距和齿宽应圆整; 分度圆齿、 顶圆和齿根圆直径、 螺旋角、 变位系数等啮合几何尺寸必须计算精确值。一般长度尺寸(以 mm 为单位应精 确到小数点后 23位,角度应精确到秒(" 。为了便于制造和测量,中心距应 尽量圆整成为偶数、 0或 5结尾的数值。对于直齿圆柱齿轮传动,可以通过调整 模数 m 和齿数 z ,或采用角度变位来达到;对于斜齿圆柱齿轮传动,还可以通过 调整螺旋角 来实现中心距圆整的要求。齿轮的结构尺寸(如轮毂、 轮辐及轮缘 尺寸如按经验公式计算,应进行圆整。(3考虑到装配后两啮合的齿轮可能产生的轴向位置误差,为了便于装配及保 证全齿宽接

31、触,常取小齿轮齿宽 b1=b2+(510 mm , b2为大齿轮齿宽。齿宽应 取圆整值。由于本次设计主要的内传动零件是圆柱齿轮传动, 锥齿轮传动和蜗杆传动将 不再详述。减速器常通过联轴器与电动机轴工作机轴相连接。 联轴器的选择包括联轴器 类型和尺寸(型号等的合理选择。联轴器的类型应根据工作要求选定。 连接电动机轴与减速器高速轴 (输入轴 的联轴器,由于轴的转速较高, 一般应选用具有缓冲吸振作用的弹性联轴器。 连 接减速器低速轴(输出轴与工作机轴的联轴器,由于轴的转速较低,传递的转 矩较大, 又因为减速器轴与工作机轴之间往往有较大的轴线偏移, 因此常选用具 有较大补偿两轴线偏移作用的联轴器,如齿

32、式联轴器。对于中小型减速器, 其输 出轴与工作机轴的轴线偏移量不大时, 也可选用弹性套柱销联轴器这类弹性联轴 器。14减速器的结构因类型用途不同而异,但无论采用何种类型的减速器,其基 本结构都是由轴系部件箱体及附件三大部分组成。轴系部件包括传动零件轴和轴承组合。 轴系部件的主要功能是实现回转零件 要求的回转运动,保证各零件有确定的轴向位置。减速器箱外传动零件有链轮带轮等;箱内零件有圆柱齿轮锥齿轮蜗杆涡轮 等。传动零件决定减速器的技术特性,通常根据传动零件的种类命名减速器。 减速器多采用阶梯轴,传动部件与轴多以平键连接。轴承组合包括轴承轴承盖密封装置以及调整垫片等。减速器的支撑零件是箱体, 箱体

33、的结构对减速器的工作性能, 加工工艺材料 消耗,质量及成本等有很大影响,设计时必须全面考虑。箱体按制造方式的不同可分为铸造箱体和焊接箱体。箱体按类型结构形式不同剖分式和整体式。为了减速器的正常工作, 减速器的箱体上通常设置一些附加装置, 以便于减速器 的注油排油通气吊运检查油面高度检查传动部件啮合情况, 保证加工精度和装拆 方便等。其附件主要有窥视孔和窥视孔盖、通气器、油面指示器、定位销、起盖 螺母、起吊装置、放油孔和油塞、油杯。154. 基于 Solidworks 的减速器三维设计与动态仿真目前计算机辅助设计领域常用的三维设计软件很多,比如 UG 、 ProE 、 Mastercam 、 S

34、olidWorks 等。从各软件的性价比和本文所述减速器的设计工作需 要, SolidWorks 当属首选。以下对该软件作一相关介绍:SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD软件 ,自 1995年 问世以来 ,以其优异的三维设计功能 ,易学易用建模能力强操作简便等一系列 的优点 , 极大地提高了设计效率 , 在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市 场地位 , 已经成为三维机械设计软件的标准。其主要功能有:Ø在操作界面方面, 提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制功能。 崭新 的属性管理员用来高效管理整个设计过程和步骤, 同时特征模板提供了良好

35、的操 作环境。Ø配置管理是 SolidWorks 软件体系结构中非常独特的一部分,它涉及零件的 设计、装配体设计和二维工程图等多个方面。Ø可以动态查看装配体的所有运动。 并且可以对运动的零部件进行动态干涉检 查和间隙检测。Ø无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级 抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。Ø较优秀的、 全相关的钣金设计功能。可以直接使用各种类型的法兰、 薄等特 征,正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作。Ø提供几乎所有 CAD 软件的输入及输出格式转换器。另外, Solidworks 软件内部无缝

36、集成了两大插件 Animator 和 eDrawings , 通 过这两插件功能,可以将 Solidworks 建立的减速器装配实体进行安装过程拆卸 过程以及减速器工作原理进行动态仿真, 图 4-1体现了本研究工作所采用的软件 及功能应用。16 17图 4-1仿真软件选择及其功能应用 4.2 减速器零件的三维实体建模Solidworks 软件包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令。其中基 础实体特征主要有拉伸凸台基体、 旋转凸台基体等, 在基础实体特征上可添加圆 角、倒角、筋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆周阵列、镜像等放置特征, 这些特征的创建对实体造型的完整性非常重要。 在处理复杂的

37、几何形状时还需要 其他高级特征选项, 包括扫描放样凸台基体及参考几何体中基准轴基准面这些定 位特征等。通过以上特征造型技术在 Solid works中能设计出需要的实体特征。本减 速器零件实体模型主要包括箱体、箱盖、齿轮、齿轮轴、轴承等。其主要零件实 体见图 4-1。箱体 箱盖18 齿轮齿轮轴图 4-1 4.2.1 齿轮的三维实体建模的过程这里先给出直齿轮的各项参数:模数 m=3、齿数 z=81。通过这些参数,可以 计算出:分度圆直径 =243mm、齿顶圆直径 =249mm、齿根圆直径 =235.5mm。直齿轮 建模的操作步骤如下: (1单击标准工具栏中的“新建”工具,新建一个零件文件 。 (

38、2在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ,单击 (草图绘制工 具,进行草图 1的绘制。单击草图工具栏中的 (圆工具,以草图原点为圆心 分别绘制出齿顶圆、分度圆、齿根圆。选择分度圆,单击草图工具栏中的 (构 造几何线工具,使分度圆变为虚线实体。 (3 单击 (中心线 工具, 过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 单击 (点工具,移动鼠标指针到分度圆与中心线相交的位置, 按下鼠标左键确定点 的位置。(4 保持点的选择, 单击草图工具栏中的(圆周草图阵列 工具, 在 “排 列”选项栏的“数量”文本框中输入 324,单击确定按钮, 结束圆周阵列的操作。19图 1 绘制样条曲线图 2 镜像和剪裁实体(5

39、单击草图工具栏中的(样条曲线工具,在点的引导下绘制如图 1所示的曲线。 (6 按住 Ctrl 键, 选择曲线与垂直中心线, 单击草图工具栏中的 (镜 像实体工具,完成曲线的镜像复制操作。接着,单击 (剪裁实体工具,选 择“剪裁到最近端”选项,剪裁齿顶圆,如图 2所示。(7 单击草图工具栏中的 (分割实体工具,选择齿根圆进行分割,如 图 3 所示。单击图形区域右上角的 图标完成草图 1的绘制。(8单击特征工具栏中的(拉伸凸台 /基体工具,设置拉深深度为 60mm , 单击“所选轮廓”选项框,并在图形区域中选取齿根圆的轮廓,单击确定按钮完 成拉伸 1特征的绘制,如图 4所示。 20图 3 绘制齿轮

40、齿廓 图 4 绘制拉伸 1特征(9 在图形区域中选择拉伸 1实体的上表面, 单击标准视图工具栏中的 (前 视工具,单击草图绘制工具,进行草图 2的绘制。鼠标右键单击特征管理器设 计树中的“草图 1” ,在快捷菜单中选择“显示”命令。选择草图 1的齿状轮廓, 利用转换实体引用工具和旋转实体工具完成草图 2的绘制,如图 5所示。图 5 绘制草图 2(10利用 “放样” 、 “倒角” 、 “阵列(圆周 ”等特征工具,完成轮齿的阵 列,如图 6所示。图 6 轮齿 (11在草图绘制状态下,绘制并确定轮辐的尺寸。利用“旋转 -切除”特 征工具,完 成轮辐的绘制。如图 7、 8所示。 图 7旋转切除 图 8

41、 轮辐 图 9 拉伸切除(12在草图绘制状完成轮毂的绘制。如图 9所示态下绘制轮毂形状并确 定尺寸,利用“拉伸切除”工具。(13 在草图绘制状态下绘制轮毂分布孔及定位, 利用 “简单直孔” 及 “圆 周阵列”等工具完成直齿轮三维实体模型的绘制。如图 10所示。(14单击标准工具栏中的“保存” 工具, 文件取名为 “直齿轮 .sldprt ” 。图 10 直齿轮三维实体模型分操作步骤如下:(1单击标准工具栏中的“新建”工具,新建一个零件文件 。(2 在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ,单击 (草图绘制工具,进行草图 1的绘制。单击草图工具栏中的 (圆工具,以草图原点为圆心 绘制一个直径为

42、55mm 的圆,使用(智能尺寸完全定义草图。(3 单击图形区域右上角 结束草图 1的绘制, 然后单击特征工具栏的 (拉 伸凸台 /基体工具,设置拉伸深度为 80mm, 单击(确定按钮完成拉伸 1特征 的绘制。(4选择拉伸 1特征的端面,单击 (草图绘制工具,进行草图 2的绘 制。单击草图工具栏中的 (圆工具,绘制直径为 60mm 的圆,且圆心与草图 原点有“重合”几何关系,单击右上角的 图标结束草图 2的绘制,然后使用特 征工具栏的(拉伸凸台 /基体工具绘制出深度为 74mm 的轴体,即拉伸 2特征 如图 11所示。 图 11 拉伸 2的特征 图 12拉伸(5 用同样的方法绘制如图所示的实体,

43、 拉伸 3特征为直径 74mm, 高 13mm 的 圆柱体,而拉伸 4特征为直径 60mm, 高 108mm 的圆柱体,如图 12所示。(6单击特征工具栏(倒角工具,选择如图所示的四条边,选“角度距 离”单选钮,设置距离为 2mm 角度 45度,单击(确定完成特征的绘制。 图 13 倒角(7 在特征管理器设计树中选择 “前视基准面” , 单击 (草图绘制 工具, 进行草图 5的绘治。单击 (中心线工具,过草图原点绘制一条水平线;单击 (矩形工具,绘制高为 1mm 宽为 2mm 的矩形,按住 Ctrl 键选择四边形的右 上端点以及拉伸 1实体点,在“添加几何关系”中选择“重合” ,如图 14所示

44、。 图 14 添加几何关系 图 15 旋转切除(9单击右上角的 图标结束草图 5的绘制,然后单击特征工具栏(旋转 切除工具,设置旋转切除角度为 360度,单击(确定按钮完成特征的绘制, 如图 15所示(10在特征管理器设计树中选择“前视基准面” ,单击参考几何体工具栏 中的(基准面工具,绘制出一个与前视基准面等距为 40mm 的基准面 1 。(11保持基准面 1的选择, (草图绘制工具,进行草图 6的绘制, 单击 (中心线工具,过草图原点绘制一条水平线,保持中心线的选择,单击 草图工具栏中的 (动态镜像实体 工具, 使中心线变为镜像轴, 然后单击 (直线 工具任意绘制出一段水平直线,此时镜像轴

45、的另一端将出现与其相对应的直线 段。单击(智能尺寸工具对两直线段进行尺寸标注。给定距离为 16mm 。单击 (动态镜像实体 工具结束镜像操作, 然后单击草图工具栏中的 (切线狐 工具, 以两条直线的端点为起点绘制出两个相对应的切线半圆。(12再次单击(智能尺寸工具,对两切线半圆进行尺寸设置,注意系统将圆弧距默认为两圆心距离的尺寸。 单击初始的默认尺寸, 系统将在尺寸上显示 控制点,选择其中的一个控制点,按住鼠标左键将其拖动到圆弧的最大端点处, 用同样的方法完成另一个控制点的移动。双击尺寸数值,改变圆弧点的距离为 70mm 如图 16所示,继续尺寸的标注知道草图完全定义。 图 16 草图的绘制(

46、13单击右上角的 图标结束草图 6的绘制,然后单击特征工具栏的(拉 伸切除工具,在“终止条件”选项框中选择“到离指定面指定的距离” ,接着 在图形区域的右上角单击 图标显示特征管理设计树,并在其中选择“前视基 准面”为切除特征的指定面,设置切除距离为 21.5mm 。单击(确定按钮完成 特征的绘制,如图 17所示。(14在征管理设计树中选择“基准面 1” ,并用步骤(11到步骤(13 的方法在其上绘制出另一个键槽,如图 18所示并标注尺寸。 图 17 特征的绘制 图 18 基准面的绘制 图 19 从动轴的三维实体模型(15单击标准工具栏中的“保存”工具,文件取名为“从动轴 .sldprt ”

47、如图 19所示。这里先给出直齿轮的各项参数:模数 m=3、齿数 z=18参数,可以计算出:分度圆直径 =54mm、齿顶圆直径 =60mm、齿根圆直径 =46.5mm。直齿轮建模的操步 骤如下: 图 20草图 图 21放样特征 图 22 圆周阵列 图 23 拉伸特征 图 24 旋转切除草图 图 25 键槽的绘制 图 26旋转切除特征 图 27拉伸特征图 28齿轮轴的三维建模(1单击新建工具选择“装配体”模板,单击确定;(2单击“插入零部件”属性管理器中的“浏览”按钮,在“打开”对话框中 选择“底座”文件;(3 将鼠标指针放到图形区域的任意处,单击左键调出减速器底座,默认此特 征为固定;(4单击装配体工具栏的“插入零部件工具” ,选择菜单栏中的“插入” -“零 部件” -