毕业设计---斜齿圆柱齿轮减速器三维建模及运动仿真分析

1、河南科技学院2021届本科毕业论文设计论文题目：斜齿圆柱齿轮减速器三维建模及运动仿真分析 学生姓名: 所在院系：所学专业：导师姓名：完成时间：2011年5月27日摘 要本文在对二级斜齿圆柱齿轮减速器参数优化的根底上，利用Pro/E软件建立了减速器的三维实体模型并进行虚拟装配，其重点是关键部件斜齿圆柱齿轮的参数化建模过程。最后对该模型进行运动学仿真分析，给输入轴一定转速，由仿真分析得出中间轴和输出轴转速，并将仿真结果与理论计算进行比照，从而验证该结构的有效性和可行性。关键词：减速器，Pro/E，建模，运动分析AbstractThis paper is based on the design of

2、 mechanical design course teaching practice in two-stage helical gear reducer on the basis of further optimization, using Pro/E software to establish a three-dimensional model reducer and the virtual assembly, focusing on key components of the process of parametric modeling gear. Finally, kinematic

3、simulation of the model, some given input shaft speed, obtained by the simulation speed intermediate shaft and output shaft, the simulation results will be compared with the theoretical calculation, to verify the effectiveness and feasibility of the structure.朗读显示对应的拉丁字符的拼音Keywords: Reducer, Pro/E,

4、Modeling, Kinematics Analysis目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293676196 1 引言 PAGEREF _Toc293676196 h 1 HYPERLINK l _Toc293676197 设计研究的意义 PAGEREF _Toc293676197 h 1 HYPERLINK l _Toc293676198 文中采用软件简介 PAGEREF _Toc293676198 h 1 HYPERLINK l _Toc293676199 1.3 本文主要研究内容 PAGEREF _Toc293676199 h 2 HYPERLIN

5、K l _Toc293676200 2 减速器相关参数确定 PAGEREF _Toc293676200 h 2 HYPERLINK l _Toc293676201 参数及初步计算分析 PAGEREF _Toc293676201 h 2 HYPERLINK l _Toc293676202 2.2 减速器相关零部件尺寸确定 PAGEREF _Toc293676202 h 3 HYPERLINK l _Toc293676203 3减速器三维模型创立 PAGEREF _Toc293676203 h 4 HYPERLINK l _Toc293676204 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模方法 PAGEREF

6、 _Toc293676204 h 5 HYPERLINK l _Toc293676205 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模过程 PAGEREF _Toc293676205 h 6 HYPERLINK l _Toc293676206 3.2 轴的三维模型建造方法 PAGEREF _Toc293676206 h 16 HYPERLINK l _Toc293676207 3.2.1 轴的设计思路 PAGEREF _Toc293676207 h 16 HYPERLINK l _Toc293676208 3.2.2 轴的建模过程 PAGEREF _Toc293676208 h 16 HYPERLINK l

7、_Toc293676209 3.3 箱体及其他零部件模型建造 PAGEREF _Toc293676209 h 17 HYPERLINK l _Toc293676210 4 减速器装配过程简介 PAGEREF _Toc293676210 h 18 HYPERLINK l _Toc293676211 5 Pro/E环境中的运动仿真 PAGEREF _Toc293676211 h 19 HYPERLINK l _Toc293676212 6结论 PAGEREF _Toc293676212 h 22 HYPERLINK l _Toc293676213 致谢 PAGEREF _Toc293676213

8、h 23 HYPERLINK l _Toc293676214 参考文献 PAGEREF _Toc293676214 h 241 引言 设计研究的意义 我国是世界制造大国，齿轮减速器由于具有固定传动比、结构紧凑、机体封闭并有较大刚度、传动可靠等特点而成为工程应用中普遍使用的机械传动装置，被广泛应用于建材、起重、运输、冶金、化工和轻工等行业。一些类型的减速器已有系列标准，并由专业厂生产。但在传动布置、结构尺寸、功率、传动比等有特殊要求，由标准不能选出时，需自行设计制造。由于有特殊要求的减速器其设计过程繁琐、周期长、效率低，因而在整个设计过程中对其进行实体建模，并进行运动仿真等分析显得十分重要1。而

9、计算机辅助设计/工程CAD/CAE等技术经过几十年的开展已经日趋成熟，计算机辅助绘图作为计算机辅助设计、计算机辅助制造的重要组成局部，由于绘图速度快且精度高，正广泛应用于航空、机械、电子、建筑等行业2。将计算机辅助设计与传统机械设计过程相结合，能够大大缩短产品设计周期，提高效率，减轻劳动强度，同时在设计过程中对产品进行仿真分析，能够有效防止原材料的浪费，最大限度降低生产本钱。因此基于目前我国由制造业大国向制造业强国迈进的根本国情，减速器的实体建模及运动仿真分析对其设计过程显得尤为重要。本文研究内容能够在一定程度上缩短减速器的设计周期，降低生产本钱，降低劳动者的劳动强度，提高劳动生产率，提高减速

10、器设计质量。 文中采用软件简介本设计中减速器的实体模型及运动仿真分析均在Pro/E三维设计软件中进行。 1Pro/E三维设计软件简介Pro/ENGIEER Wildfire是美国参数技术公司Parametric Technology Corporation，简称PTC推出的工程设计软件，其最显著的特征就是使用参数化的特征造型。涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真，到工程图的输出、生产加工成产品的全过程。本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CADCAECAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CADCAECAM 领域的新

11、标准。Pro/E引入了行为建模功能，可以通过对用户的设计要求和目标的分析，自动得到最优结果。它所涉及的主要行业包括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、玩具等3。将现代化的Pro/E三维技术应用到在机械产品的设计中，可以解决传统设计开发中存在的很多缺乏。2Pro/E软件系统主要功能如下：1真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反响到所有相关地方；2具有管理并发进程，实现并行工程的能力；3具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图；4容易使用，可以极大的提高设计效率。Pro/E系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程设计人员的设计思想和习惯，整个系统建立在统一的数据库根底

12、上，具有完整而统一的模型4。 本文主要研究内容文中减速器参数选择参考机械设计课程设计中的二级斜齿圆柱齿轮减速器的数据，并在此根底上对其进行适当的简化和优化后，利用Pro/E软件进行三维实体建模，包括箱体、轴、齿轮轴、斜齿圆柱齿轮及局部标准件，其中详述斜齿圆柱齿轮的参数化建模过程、减速器装配及其运动学仿真过程，并将仿真分析结果与理论计算结果比照，以验证该设计的正确性和可行性。该设计过程包括：系统的总体介绍；斜齿圆柱齿轮参数化设计；轴的设计；箱体及其他零部件设计；运动仿真分析；仿真结果与理论计算结果比拟。2 减速器相关参数确定 参数及初步计算分析本设计中减速器参数见表1：表1 减速器参数工作阻力F

13、N10000卷筒轴线速度Vm/s卷筒轴直径(mm)500经过初步计算后确定电机及传动装置传动比见表2：表2 电机及传动装置传动比电机型号额定功率Kw 电机转速r/min传动装置传动比同步转速满载转速总传动比开式齿轮减速器Y132S2-415001440利用参数和计算分析结果，可初步确定传动装置结构简图，如图1所示。图1 传动装置结构简图 减速器相关零部件尺寸确定1齿轮齿轮轴尺寸确定经过设计计算后确定减速器各齿轮齿轮轴相关参数见表3：表3 齿轮齿轮轴尺寸确定齿轮法面模数mm齿数压力角螺旋角分度圆直径mm齿宽mm齿顶高系 数顶隙系数传动比中心距mm齿轮轴22420551155齿轮221252050

14、1齿轮33282015.6881190齿轮43942015.69312轴结构草图参照表3的结构尺寸，确定轴的结构草图，见图2图4所示。图2 轴1结构草图图3 轴2结构草图图4 轴3结构草图3轴承结构草图根据设计要求，轴承依次为：高速轴 30208；中间轴 30308；低速轴 30311GB/T297-1994。以轴承30311为例，其半截面草图形状见图5所示：4键的选取轴1：由公称直径d=32mm查手册得平键的尺寸为108mm，由联轴器处轴长L=58mm选键长为45mm；轴2：安装小齿轮处轴的公称直径d=46mm，查手册键尺寸为149mm，由小齿轮宽度B=93mm选键长L=80mm；安装大齿轮

15、处轴的公称直径d=44mm，查手册键尺寸为128mm，由大齿轮宽度B=50mm选键长L=40mm；轴3：安装齿轮处轴的公称直径d=58mm，查手册键尺寸为1610mm，由齿轮宽度B=88mm选键长L=80mm；安装联轴器处轴的公称直径d=45mm，查手册选键尺寸为149mm，由轴长度L=84mm选键长L=70mm；图5 轴承30311草图半截面5其他相关零部件包括销、螺钉、螺螺栓含螺母、箱体等，其尺寸如表4所示：3 减速器三维模型创立减速器的三维模型创立是本设计过程的重要局部之一，同时也是后续运动仿真分析的根底，仿真分析结果与理论计算值的吻合程度在一定程度上依赖模型创立的可行性和正确性。表4

16、减速器相关零部件尺寸机座壁厚mm8机座凸缘厚度bmm12机座底凸缘厚b2mm20地脚螺栓直径dfmm20地脚螺栓数目n6轴承旁联接螺栓直径d1mm16机座与机盖联接螺栓直径d2mm12联接螺栓间距Lmm170轴承端盖螺钉直径d3mm10定位销直径dmm8df、d1、d2至外机壁距离C1mm26、22、18df、d2至凸缘边缘距离C2mm24、16轴承旁凸台半径R1mm20凸台高mm依据C1、C2定机盖壁厚1mm8机盖凸缘厚b1mm12窥视孔盖螺钉直径d4mm8 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模方法文中对减速器关键零部件之一齿轮采用通用参数化设计方法来构建其三维模型。Pro/E中Program模块是

17、自动化产品设计的一项辅助工具，其功能是运用简单的程序来控制特征的形成、尺寸的大小、零部件的形成、零部件的显示、零部件的个数。当零件或部件的程序设计完成后，后续再读取该零件或组件时，即可以通过对程序的修改得到不同的几何形状，到达产品设计的要求。渐开线齿轮作为应用最广的通用机械零件，在Pro/E中没有该零件的标准库，不同齿数、模数和压力角的齿轮虽然可以通过复杂的造型设计完成，但每次设计时总要做大量的重复工作，能否有效的建立齿轮的精确齿廓形状对于提高齿轮的加工精度、优化齿轮的机构设计非常重要。渐开线的形成是一直线沿一圆周做滚动时，直线上任一点的轨迹，该点到圆心的距离逐渐增大。因此利用可变剖面扫描的作

18、法，使一条直线沿着圆弧线做扫描，而在扫描过程中，以渐开线数学式控制直线到圆心的距离，扫描出一个轮齿的面组后，镜像出另一个轮齿的面组，然后通过阵列来创立出齿轮的3D几何模型，在创立齿轮的过程中，通过程序的设计，能在单纯的输入齿轮设计的条件下如齿数Z、压力角、模数m等，系统即可自动创立齿轮的3D几何模型，便于以后的齿轮参数化建模5。 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模过程渐开线斜齿圆柱齿轮的根本参数：齿数z，压力角，螺旋角，法面模数mn，分度圆直径d，齿宽B，齿顶高系数ha*，顶隙系数c*。编辑程序及齿轮参数关系，以形成根本齿轮模型，根本齿轮模型形成的过程如下：1输入参数、关系式，创立齿轮根本圆；2创立

19、渐开线；3创立齿根圆及分度圆曲面；4创立扫描轨迹；5创立扫描混合截面；6创立轮齿。下面以齿轮3为例，对上述斜齿圆柱齿轮创立步骤逐一介绍：1输入根本参数、关系式，创立齿轮基圆单击，在新建对话框中输文件名“helical_gear2-1”，然后单击确定；在主菜单上单击“工具/“参数，系统弹出“参数对话框。 HYPERLINK :/ wmj213 在“参数对话框内单击按钮，可以看到“参数对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值和说明等。需要输入的参数见表5所示： HYPERLINK :/ wmj213 表5 创立齿轮参数名称值说明名称值说明Mn3法面模数HA齿顶高Z28齿数HF齿根高ALPHA20

20、压力角X变位系数BETA螺旋角D分度圆直径B93齿轮宽度DB基圆直径HAX齿顶高系数DA齿顶圆直径CX顶隙系数DF齿根圆直径注意： HYPERLINK :/ wmj213 表中未填的参数值，表示是由系统通过关系式将自动生成的尺寸，用户无需指定。完成后的参数对话框如图6所示： HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上依次单击“工具/“关系，系统弹出“关系对话框。在“关系对话框内输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系，由这些关系式，系统便会自动生成表5中的未指定参数的值。图6 “参数对话框输入的关系式如下： HYPERLINK :/ wmj213 ha=(

21、hax+x)*mn HYPERLINK :/ wmj213 hf=(hax+cx-x)*mn HYPERLINK :/ wmj213 d=mn*z/cos(beta) HYPERLINK :/ wmj213 da=d+2*ha HYPERLINK :/ wmj213 db=d*cos(alpha) HYPERLINK :/ wmj213 df=d-2*hf HYPERLINK :/ wmj213 完成后的“关系对话框如图7所示。 图7 “关系对话框在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘对话框。选择“FRONT面作为草绘平面，选取“RIGHT面作为参考平面，参考方向为向“右，单击“草绘进入草绘环境。

22、在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制四个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸，如图8所示。在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；用关系式驱动圆的大小。在模型中右键单击刚刚创立的草图，在弹出的快捷菜单中单击选取“编辑； HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上依次单击 “工具/“关系，系统弹出关系对话框，在“关系对话框中输入尺寸关系如下：d0=dfd1=dbd2=dd3=da此时“关系对话框如图9所示； 图8 绘制二维草图 图9 “关系对话框其中d0、d1、d2、d3为圆的直径尺寸代号，注意尺寸代号视具体情况会有所不同。da、db、df、d为用户自定义的参数，即为齿顶圆直径、基圆直径、齿根

23、圆直径、分度圆直径。通过该关系式创立的圆即为根本圆。2创立渐开线创立渐开线3 依次在主菜单上单击 “插入/“模型基准/“曲线，或者在工具栏上单击按钮，系统弹出“曲线选项菜单管理器；在“曲线选项菜单管理器上依次单击 “从方程/“完成，弹出“得到坐标系菜单管理器， HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击选取系统坐标系为曲线的坐标系，弹出“设置坐标类型菜单管理器，在“设置坐标类型菜单管理器中单击 “笛卡尔，系统弹出一个记事本窗口；在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下： HYPERLINK :/ wmj213 ang=90*t HYPERLINK :/ wmj213 r=db/2 H

24、YPERLINK :/ wmj213 s=pi*r*t/2 HYPERLINK :/ wmj213 xc=r*cos(ang) HYPERLINK :/ wmj213 yc=r*sin(ang) HYPERLINK :/ wmj213 x=xc+s*sin(ang) HYPERLINK :/ wmj213 y=yc-s*cos(ang) z=0 图10 完成后的渐开线 HYPERLINK :/ wmj213 保存数据，退出记事本，完成后的渐开线如图10所示。在工具栏内单击按钮， HYPERLINK :/ wmj213 系统弹出“基准点对话框213 ，选取分度圆曲线和渐开线作为参照，单击“确定，

25、完成基准点“PNT HYPERLINK :/ wmj213 0的创立；单击按钮， HYPERLINK :/ wmj213 系统弹出“基准轴对话框， HYPERLINK :/ wmj213 选取“TOP面和“RIGHT面作为参考，单击“确定，完成“A_ HYPERLINK :/ wmj213 1轴的创立； HYPERLINK :/ wmj213 单击按钮，系统弹出“基准平面对话框， HYPERLINK :/ wmj213 选取“A_ HYPERLINK :/ wmj213 1轴和基准点“PNT HYPERLINK :/ wmj213 0作为参照，创立“DTM1平面；继续单击按钮，系统弹出“基准平

26、面对话框， HYPERLINK :/ wmj213 选取“DTM 1面和 HYPERLINK :/ wmj213 “A HYPERLINK :/ wmj213 _1轴作为参考。在偏距文本框内输入旋转角度为“360/4*z，系统提示是否要添加特征关系，单击“是， HYPERLINK :/ wmj213 在“基准平面对话框内单击“确定，完成基准平面的创立； HYPERLINK :/ wmj213 在模型树中右键单击基准平面“DTM HYPERLINK :/ wmj213 2，在弹出的菜单上单击 “编辑。 HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上单击 “工具/“关系，系统弹出“关系对话框。

27、此时系统显示“DTM HYPERLINK :/ wmj213 1面和“DTM 213 2面间的夹角尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为： HYPERLINK :/ wmj213 d6=360/(4*z)， HYPERLINK :/ wmj213 完成后的“关系对话框如图11所示，单击“确定完成添加关系式；镜像渐开线： HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击渐开线特征，然后在工具栏内单击按钮，系统弹出“镜像特征定义操控面板， HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击选取刚刚创立的“DTM HYPERLINK :/ wmj213 2

28、平面作为镜像平面，在“镜像特征定义操控面板内单击按钮，完成渐开线的镜像。完成后的曲线如图12所示。3创立齿根圆及分度圆曲面 HYPERLINK :/ wmj213 在工具栏内单击按钮，弹出“拉伸定义操控面板，在面板内单击 “放置/“定义，弹出“草绘定义对话框； HYPERLINK :/ wmj213 选择“FRONT面为草绘平面，“RIGHT面作为参考平面，参考方向为“顶，单击“草绘进入草绘环境；在工具栏内单击按钮，在绘图区单击选取齿根圆曲线，如图13所示。 HYPERLINK :/ wmj213 在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制； 图11 “关系对话框 图12 完成后的渐开线 HYPERL

29、INK :/ wmj213 在“拉伸特征定义操控面板内单击选取“实体按钮、“拉伸到指定深度按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为B。回车后系统提示是否添加特征关系，单击 “是，拉伸深度自动调整到用户设置的参数B的值，单击按钮，完成齿根圆的创立，完成后的齿根圆如图14所示；将关系式添加到“关系对话框，在模型树中右键单击齿根圆厚度尺寸代号，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑；在主菜单上单击 “工具/“关系， 系统弹出“关系对话框。此时系统显示齿根圆厚度尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为d7=b， HYPERLINK :/ wmj213 单击“确定完成添加关系式，

30、至此完成齿根圆的创立； 图13 选取齿根圆曲线 图14 齿根圆拉伸特征进入草绘环境与创立齿根圆相同，不赘述。在工具栏内单击按钮，在绘图区单击选取分度圆曲线，如图15所示。在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制； HYPERLINK :/ wmj213 在“拉伸特征定义操控面板内单击选取“曲面按钮、“拉伸到指定深度按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为B，回车后系统提示是否添加特征关系，单击 “是；拉伸深度自动调整到用户设置的参数B的值，在 “拉伸特征定义操控面板内单击按钮，完成分度圆曲面的创立，完成后的分度圆曲面如图16所示。 图15 选取分度圆曲线 图16 分度圆拉伸特征 HYPERLINK :/

31、 wmj213 将关系式添加到“关系对话框，在模型树中右键单击分度圆曲面特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑； HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上单击 “工具/“关系，系统弹出“关系对话框。此时系统显示分度圆厚度尺寸代号，单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为：d8=b， HYPERLINK :/ wmj213 单击“确定完成添加关系式。4创立扫描轨迹首先在“RIGHT平面创立一个斜直线，然后将这个曲线投影到分度圆曲面上。 HYPERLINK :/ wmj213 在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘对话框； HYPERLINK :/ wmj213 选择

32、“RIGHT面作为草绘平面，“TOP面为参考平面，参考方向为“右，单击“草绘进入草绘环境，绘制如图17所示直线，在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；图17 绘制二维草图 HYPERLINK :/ wmj213 将关系式添加到“关系对话框，在模型树中右键单击刚刚的草绘特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑，在主菜单上单击 “工具/“关系，系统 HYPERLINK :/ wmj213 弹出“关系对话框。此时系统显示直线相关的尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为： HYPERLINK :/ wmj213 d9=beta HYPERLINK :/ wmj213 d

33、10=b完成后的“关系对话框如图18所示， HYPERLINK :/ wmj213 在“关系对话框内单击“确定完成添加关系式； 图18 “关系对话框 图19 创立投影曲线 HYPERLINK :/ wmj213 单击选取刚刚草绘的曲线，在主菜单上依次单击 “编辑/“投影，系统弹出 “投影曲线操控面板，在绘图区单击选取分度圆的曲面作为投影参照，在“投影曲线定义面板上单击按钮，完成投影曲线的创立，如图19所示。 5创立扫描混合截面 HYPERLINK :/ wmj213 单击按钮，系统弹出“草绘对话框； HYPERLINK :/ wmj213 选择“FRONT面为草绘平面，“RIGHT面为参考平面

34、，参考方向为“顶，单击“草绘进入草绘环境； HYPERLINK :/ wmj213 以已经创立的渐开线为根底，在工具栏内单击按钮，系统弹出“类型单项选择框，单击选取“环，绘制如图20所示的二维草图，在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；图20 齿廓二维草图 HYPERLINK :/ wmj213 将圆角尺寸添加到“关系对话框，在模型树中右键单击刚刚草绘的截面，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑； HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上单击 “工具/“关系，系统弹出“关系对话框。此时系统显示截面圆角的尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为： HYPER

35、LINK :/ wmj213 if hax=1 HYPERLINK :/ wmj213 d14=0.38*mn HYPERLINK :/ wmj213 end if HYPERLINK :/ wmj213 if hax1 HYPERLINK :/ wmj213 d14=0.46*mn HYPERLINK :/ wmj213 end if HYPERLINK :/ wmj213 在“关系对话框内单击“确定完成添加关系式；下面在齿根圆的另一端面上创立相应的截面，然后将截面旋转到相应位置。在主菜单上依次单击 “编辑/“特征操作， HYPERLINK :/ wmj213 在“特征菜单管理器上依次单击“

36、复制/“完成，在“复制特征菜单管理器上依次单击“移动/“完成，系统弹出“选取特征菜单管理器， HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击选取上一步创立的截面特征，单击 “完成， HYPERLINK :/ wmj213 在“移动特征菜单管理器上单击 “平移， HYPERLINK :/ wmj213 在“选取方向菜单管理器中选取 “曲线/边/轴，然后在绘图区选取齿根圆的端面作为参照，系统弹出“方向菜单管理器，单击“正向； HYPERLINK :/ wmj213 输入偏移距离为b，系统提示是否添加关系式，单击 “是，在“移动特征菜单管理器中单击 “完成移动，在“组可变尺寸菜单管理器中单击

37、“完成，在随后弹出的“组元素对话框中单击“确定，单击“确定，完成特征的复制，完成后的截面如图21所示；图21 完成后的截面 HYPERLINK :/ wmj213 将关系式添加到“关系对话框，在模型树中右键单击刚刚的复制特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑；在主菜单上单击“工具/“关系，系统弹出“关系对话框，此时系统显示两个截面的尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为：d15=b， HYPERLINK :/ wmj213 在“关系对话框内单击“确定完成添加关系式； HYPERLINK :/ wmj213 旋转复制上一步复制的截面，在主菜单上依次单击 “编辑

38、/“特征操作， HYPERLINK :/ wmj213 在“特征菜单管理器上依次单击 “复制/“完成，在“复制特征菜单管理器上依次单击 “移动/“完成，系统弹出“选取特征菜单管理器， HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击选取上一步创立的复制截面特征，在“选取特征菜单管理器上单击 “完成， HYPERLINK :/ wmj213 在“移动特征菜单管理器上单击“旋转，系统弹出“选取方向菜单管理器， HYPERLINK :/ wmj213 在“选取方向菜单管理器中单击选取 “曲线/边/轴，然后在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为参照，系统弹出“方向菜单管理器，单击 “反向/“正向； H

39、YPERLINK :/ wmj213 系统提示输入旋转角度，输入旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d),系统提示是否添加关系式，单击 “是，在“移动特征菜单管理器中单击 “完成移动，在“组可变尺寸菜单管理器中单击 “完成，在随后弹出的“组元素对话框中单击“确定，在“特征菜单管理器中单击“确定，完成特征的复制，完成后的截面如图22所示；图22 旋转复制截面 HYPERLINK :/ wmj213 旋转角度尺寸添加到“关系对话框，在模型树中右键单击刚刚旋转复制的截面，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑； HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上单击 “工具/“关系，系统弹出“关

40、系对话框。此时系统显示旋转角度的尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为：d22=asin(2*b*tan(beta/d)，在“关系对话框内单击“确定完成添加关系式；6创立轮齿 HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上依次单击 “插入/“扫描混合， HYPERLINK :/ wmj213 在操控面板内单击“参照菜单，系统弹出“参照对话框，在“参照对话框的“剖面控制文本框内单击选取“垂直于轨迹，在“水平/垂直控制文本框内输入“垂直于曲面，在绘图区单击选取分度圆上的投影曲 HYPERLINK :/ wmj213 线作为扫描混合的扫引线； HYPERLI

41、NK :/ wmj213 在“扫描混合特征定义操控面板上单击 “剖面菜单，系统弹出 “剖面定义对话框，在第一项下拉菜单中选取“所选截面，如图23所示； HYPERLINK :/ wmj213 在绘图区单击选取如图24所示的截面作为第一个扫描混合截面； HYPERLINK :/ wmj213 在如图23所示的“剖面定义对话框内单击“插入，在“剖面列表框内显示“剖面 HYPERLINK :/ wmj213 2，在绘图区单击选取另一个截面； 图23 “剖面定义对话框 图24 选取第一截面 HYPERLINK :/ wmj213 注意两个截面上扫描混合起始点的一致性，修改起始点的方法为，在如图23所示

42、的“剖面对话框内单击“细节，系统弹出如图“链对话框； HYPERLINK :/ wmj213 在“选项选项卡内单击选取“终点文本框，然后在绘图区单击选取起始点； HYPERLINK :/ wmj213 在“扫描混合特征定义操控面板内单击按钮，完成第一个轮齿的创立，完成后的特征如图25所示； HYPERLINK :/ wmj213 在模型树中单击刚刚创立的第一个轮齿特征，在工具栏内单击按钮，或者依次在主菜单上单击 “编辑/“阵列，系统弹出“阵列定义操控面板， HYPERLINK :/ wmj213 在“阵列特征定义面板内单击“轴阵列，在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为阵列参照，输入阵列个数为“

43、HYPERLINK :/ wmj213 28，偏移角度为“ HYPERLINK :/ wmj213 360/28度，在“阵列定义操控面板单击按钮，完成阵列特征的创立，如图26所示； HYPERLINK :/ wmj213 将阵列参数添加到“关系对话框。在模型树中右键单击阵列特征，在弹出的快捷菜单中单击“编辑； HYPERLINK :/ wmj213 在主菜单上单击 “工具/“关系，系统弹出“关系对话框。此时系统显示阵列参数尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系对话框中，输入的关系式为： HYPERLINK :/ wmj213 d58=360/z HYPERLINK :/ wmj2

44、13 p61=z HYPERLINK :/ wmj213 在“关系对话框内单击“确定完成添加关系式； HYPERLINK :/ wmj213 在工具栏上单击重生按钮，或者依次在主菜单上单击 “编辑/“再生，在形成的齿轮端面上画草图，以拉伸去除材料形成轴孔，同样的方法拉伸出键槽，在端面与轴孔相交处倒45角，齿轮最终轮廓如图27所示。 图25 创立完成地一个轮齿 图26 阵列形成轮齿 图27 齿轮最终轮廓 轴的三维模型建造方法 轴的设计思路轴的尺寸经过计算和校核确定后，其建模过程相对来说要简单。在Pro/E草图模式中先画出其半纵剖面大致形状，然后利用尺寸驱动的方法确定各段轴向尺寸和直径，旋转形成轴

45、的模型后经倒角等以形成轴的根本模型，最后拉伸去除材料形成键槽，即完成轴的三维模型建造。 轴的建模过程下面以该减速器中轴为例，介绍轴的建模过程。绘制草图：草图绘制方法在齿轮建造过程中已详述，不再赘述。轴的二维草图如前图3所示；旋转形成实体：翻开旋转选项卡，选择旋转成实体，旋转轴选择草图中已画好的虚线轴，旋转角度按默认值360，单击确定按钮即可完成；倒角：倒角包括轴肩过渡处倒圆角和轴两端倒45度角两局部，完成倒角后的模型如图28所示；图28 轴结构图创立键槽：创立键槽前需要先建立新的草绘平面，单击创立平面按钮，弹出“基准平面对话框，选择FRONT面作为参照，偏移距离为22，单击确定按钮，即可完成平

46、面DTM1的创立。在平面DTM1上草绘键槽的二维草图如图29所示，用拉伸除料创立键槽，同样方法建立另一键槽；图29 键槽二维草图轴的最终三维模型如图30所示。(a) 轴结构图 (b) 轴结构图 (c) 轴结构图图30 轴、的三维模型结构图 箱体及其他零部件模型建造箱体及其他零部件的模型建造需要综合运用Pro/E中三维建模的拉伸增料、拉伸除料、筋特征、倒圆角、孔工具、阵列等方法，在各尺寸计算正确无误的情况下其建模过程相对简单，这里只给出其最终模型结构图，如图31-33所示，其建模过程不在赘述。 (a)上箱体模型 (b)下箱体模型图31 上下箱体模型 图32 轴承30311模型 图33 通孔端盖模

47、型 其他标准件如螺栓含螺母、螺钉、销、键等通过Pro/E标准件库查找添加，这里只给出其模型图，如图34所示。 (a) 键 (b) 销 (c) 螺母 (d) 螺栓 (e) 螺钉图34 其他标准件模型4 减速器装配过程减速器的装配过程用于将前面已经建立好的各零部件模型组装在一起，为后面的运动仿真及分析做根底。其大致过程如下所示：1选择“新建，选中类型中的“组件，子类型按默认“设计，在名称一栏输入“zhuangpei1”，取消“使用缺省模板复选框，单击确定按钮，选中“mns_asm_design作为装配模板；2选择“插入/“元件/“装配，或直接单击右侧插入元件按钮，即可依次选择要装配的各元件；3选择

48、要插入的元件，单击翻开，系统弹出放置对话框，按默认“用户定义、“自动放置第一个零件，单击确定按钮即可；4选择需要装配的其他零件，在弹出的对话框中选择“用户定义和适宜的装配方式，单击放置按钮，依次选择两零件上将配合的局部，即可将其装配一起，重复上述步骤，直到完全约束即可单击确定按钮，完成两个零件的装配。5重复上述步骤，依次装配好各个单元，如图35(a)、(b)、(c)所示；6将三轴依次装配到下箱体上，其中先翻开下箱体零件，以缺省模式放置箱体，即后面添加的零件以下箱体为参照，然后添加轴，以销钉定义，选取箱体上小轴承孔轴线和轴的轴线，那么其轴线自动对齐。单击放置，在平移选项中选取两个配合较近的面，以

49、偏距来确定其正确位置；在连接定义对话框单击确定，即装配好轴，同样方法来装配轴、轴，最后装配图如图35(d)所示；7将上箱体，轴承端盖、螺栓、螺母等零部件按照类似方法装配，最终完成后的装配图如图35(e)所示；(a) 轴装配图 (b) 轴装配图 (c) 轴装配图 (d) 三轴装配完成后的模型 (e) 减速器总装配图图35 减速器各部件装配过程5 Pro/E环境中的运动仿真及结果分析机构运动学分析可以完成各种机构的运动仿真，在运动分析中，可以在不考虑模型系统的作用力情况下分析机构运动，并测量主体位置、速度和加速度的改变，检查元件之间的关系等，这里介绍使用机构运动分析模拟机构运动的根本过程，由于组件

50、模型建立已经在装配中完成，剩余过程主要包括连接设置、伺服电动机定义、建立运动特性测量、定义并执行运动学分析及查看运动分析结果等。1连接设置：完成组件装配后，接下来是进入机构Mechanism环境进行连接设置，主要是对两对齿轮副连接位置的设定，定义标准齿轮副过程如下：选择“插入/“出轮副命令，或单击按钮弹出“齿轮副定义对话框，在“名称栏输入名称或接受内定名称，在“类型列表中选取默认的“标准类型齿轮副，在“齿轮1栏中单击选取按钮选取一个旋转轴，在“节圆栏中输入节圆直径值49.93，单击“齿轮2按钮以同样的方法来定义齿轮2，在“属性栏中会自动显示齿轮比值，单击确定按钮完成齿轮副1的定义；以同样的方法

51、可完成齿轮副2的定义，完成后的模型图中显示定义的齿轮副，如图36所示；2伺服电动机定义：伺服电机是动力学分析的动力源，伺服电机可以为连接接头设定各种位置、速度和加速度，使机构以特定方式运转，伺服电机施加位置、速度和加速度的方式是以时间函数的形式表达的，通过定义时间函数，如常数、线性函数、自定义函数等，可以得出每一时间各个主体的位置轮廓。图36 完成齿轮副定义的模型建立伺服电机的操作如下：选择“插入/“伺服电动机命令，弹出“伺服电动机定义对话框，在“名称栏输入伺服电动机的名称，在“类型栏选伺服电动机的类型“运动轴，运动轴伺服电动机用于建立某一方向上的明确定义的运动。确定类型后，在“轮廓栏定义运动

52、的类型，在标准下拉列表选择速度，模下拉列表选择常数，定义转速值360，完成后单击确定按钮退出伺服电动机定义；3建立运动特性测量：建立运动结果测量可以将机构运动分析得到的结果使用图表的形式获取每一时间点的数据，使使用者可以准确的捕获用来改良机构设计的信息，以完成机构的优化设计。建立结果测量的步骤如下：选择“分析/“测量命令，弹出“测量结果对话框，单击“新建测量按钮弹出“测量定义对话框，在“名称栏输入测量名称或接受内定名称，在“类型栏下拉列表选择测量结果的类型为“速度，在“点或运动轴栏单击按钮，并在组件中选择要定义测量的点或运动轴，重复操作，依次选取三轴，在“评估方法栏选择每个时间步长度，单击确定

53、按钮额完成测量定义；4定义并执行运动学分析：通过设置机构建模图元定义机构的运动方式之后，建立一个运动分析计算机构运动过程中主体的各种运动特性。使用机构运动学分析模块可以建立位置分析和运动学分析。定义运动分析的操作过程如下：选择“分析/“机构分析命令，单击按钮弹出“分析定义对话框，在名称栏输入分析的名称或接受内定名称，在“类型栏下拉列表中选择分析类型“运动学，在“优先选项栏完成优先选项设置，在“电动机栏中选择使用的驱动电机，单击“运行按钮执行运动分析，完成后单击确定按钮。5查看运动分析结果：Mechanism的结果查看主要是通过结果回放和使用图形显示测量结果的方式完成的。分析后在“测量结果对话框显示的结果集，在结果集列表选择一个结果集，结果测量列表将显示最后时间的测量值，单击按钮可以使用图形窗口显示测量结果，要同时显示多个测量结果，可以在测量列表按Ctrl键连续选取多个结果测量，单击可在同一窗口显示多个测量结果。如果要在同一窗口分别绘制图形，那么勾选“分别绘制测量图形复选框显示测量结果的图形，结果如图37所示。图37 分别绘制测量结果6理论分析：前述减速器设计过程已确定该减速器第级理论传动比为i0=5.20，第级理论传动比为i1=3.33。仿