基于PROE二级圆柱齿轮减速.doc

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1、题 目: 基于PRO/E二级圆柱齿轮减速 器的三维造型 摘 要Pro/Engineer一个参数化、基于特征的实体造型系统，具有单一数据库功能。本文在减速器零部件几何尺寸数值计算的基础上，利用ProE软件实现了齿轮系和轴系等零件特征的三维模型设计；利用ProE软件实现了齿轮系和轴系的虚拟装配，具有较好的通用性和灵活性。此系统的实现可以使设计人员在人机交互环境下编辑修改，快速高效地设计出圆柱齿轮减速器产品，同时通过PRO/E 对二级减速器进行建模设计，规划零件的装配过程，对实现预期的运动仿真，建立机构运动分析，提高效率和精度奠定了基础。关键词：二级减速器 ， 轴承， 齿轮， Pro/E绪 论齿轮传

2、动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高，=0.92-0.98；工作可靠、使用寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在

3、材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统

4、设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。一、PRO/E的介绍（一）PRO/E的发展史PRO/E是美国PTC公司旗下的产品PRO/Engineer软件的简称。PRO/E是美国参数技术公司（Parmetric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAM/CAE领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。从1

5、985年以来，PTC为顶尖的客户提供了服务，收购了重要的公司，以及创造了业界领先的产品，为您带来了最佳的产品开发软件。这些里程碑对产品、解决方案和公司文化贡献良多，使PTC 成为产品开发解决方案的领先供应商。我们的综合解决方案已使 PTC 能够帮助客户优化其产品开发过程和实现更大的商业价值。2010年收购Planet Metrics领先的环境影响分析软件，可帮助公司有效改善产品的环境表现、降低成本和减轻风险 2009年收购Relex Software先进的可靠性工程软件，在灵活直观的框架中提供关键系统性能指标，例如可靠性、可维护性和预测。 2008年收购Synapsis Technology业

6、界最好的解决方案，用于跟踪和改善产品、零件、材料及供应商的环保表现。 2007年收购CoCreate显式建模工具使 PTC 能够提供业界最全面的整套建模解决方案；收购LBS, Ltd.A&D 和民航领域的综合保障(ILS)解决方案的领先提供商；收购 NC Graphics高速精密加工领域的最佳CAM解决方案；收购NetRegulus适用于医疗设备的领先的企业研究和质量管理软件 2006年收购ITEDO领先的2D和3D技术插图及动画解决方案；收购Mathsoft工程计算的行业标准解决方案2005年收购Aptavis Technology Corp.针对零售、鞋和服饰行业的基于Windchill的

7、技术和专业知识；收购Arbortext动态发布领域领先的技术和专业知识；收购Polyplan Technologies制造过程管理领域领先的技术和专业知识；发布PLM on Demand - 与IBM 建立战略性合作伙伴关系2004年收购Ohio Design Automation领先的ECAD协作解决方案 2003年工业周刊第二次授予 Pro/ENGINEER“年度技术奖” 2002年发布Windchill PDMLink - 用于产品数据管理的纯Internet体系结构的解决方案；PTC的客户数超过35,000；发布Pro/ENGINEER Wildfire野火版 - 第一个完全支持 We

8、b 服务的CAD系统2001年发布 Windchill ProjectLink - 用于项目协作的纯Internet体系结构的解决方案 2000年收购Nitidus 1999年PTC的客户数超过25,000；收购DIVISION Group和Auxilium, Inc. 1998年发布Windchill - 率先在市场上推出基于Internet的PLM解决方案；收购 Computervision；收购InPart 1997年PTC入选S&P 500 1996年进入市场仅8年，Daratech将PTC评为全球第一的CAD/CAM/CAE软件供应商 1995年PTC跻身“财富500强”；收购来自

9、Evans 和 Sutherland 的CDRS（曲面设计产品） 1992年工业周刊授予 Pro/ENGINEER“年度技术奖”；Caterpillar 成为我们的最大客户 1989年初次公开招股(PMTC) 1988年发布Pro/ENGINEER-市场上第一个参数化、联合的基于特征的实体建模软件；John Deere成为PTC的第一个客户 1985年公司成立 （二）PRO/E的应用领域PRO/E是做模具设计最好的软件，是三维建模的领头羊.Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设

10、计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。（三）PRO/E的展望PRO/E基于备受业界赞誉的

11、 PTC 价值路线图，PTC已开发了一个功能强大的评估工具，将使公司能够在产品开发中挖掘出真正的商业价值。制造公司已经认识到打造和提供精彩的产品是成功的商业战略的精髓。但它们需要可靠的向导来帮助它们将战略与实现目标所需的实际工作加以结合。“产品开发系统目标评估” 是一种量身定做的咨询服务，它能够帮助公司优化产品开发资源，以取得业务成绩。通过这种独具特色的服务，PTC帮助各个公司决定关键的产品开发计划，确定为实施计划和实现目标需要采用的过程和具备的能力，如图1-1所示。图1-1价值路线图在此期间，我们将与您的关键产品开发团队进行一系列面谈，确定那些能够推动您的企业发展和赢利的战略性产品开发价值机

12、会。一旦确定了您的产品开发战略，我们便着手评估目前您在能力和过程方面存在哪些阻碍您实现业务目标的差距。我们将分析您的运营状况，确定需要对哪些产品开发过程和能力进行改进和提高才能取得显著的业务成果。最后，我们将进行益处分析，估计出通过有针对性地进行能力开发来实现关键产品开发过程的优化和自动化，可以带来怎样的成本节约潜力，如图1-2所示。图1-2运营状况评估公司特有的价值机会 即通过面向产品开发的战略促进增长和/或赢利的机会。分析图3所列的机会，确定关键业务目标的优先次序，这些目标有： 开拓新的市场 降低产品开发和生命周期成本 加强资产利用评估将近100项业务计划这些计划通过促使人员、过程和技术发

13、生变化来创造价值。分析公司业务计划，确定优先次序，这些计划有： 改善产品结构决策的管理 提高零件和设计的重用率 提高产品的模块化，等等评估特定于公司的产品开发过程成熟度 即实现公司计划所需要的过程。通过分析特定的过程，确定需要最先弥补的能力差距，而这些过程包括： 变更和配置管理 设计外包 元件和供应商管理评估系统基础结构分析公司的系统基础结构，包括 CAD/CAM 系统环境、所使用的企业资源计划系统以及工程变更管理战略价值机会： 依靠以客户为中心的产品来扩大市场份额 保护产品定位 提高满足需求的能力 设计持续的收益流 开拓新的市场 设计上实现价格增值 降低产品成本 降低产品开发和生命周期成本

14、加强资产利用操作产品开发过程二、二级圆柱齿轮减速器的制造（一）减速器的应用减速器主要应用于食品包装、建筑、船用、工业等领域（二）轴承的组成及特点 1. 轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架。2. 特点：轴承具有摩擦阻力小，启动灵敏，效率高，旋转精度高，润滑简便和拆装方便等优点，被广泛应用在机器和机构中。（三）轴承和键的参数通过对轴承的测绘，查表得出轴承的正确参数，如表2-1所示：表2-1深沟球轴承尺寸/（mm）dDbrmin系列103090.61232100.61535110.61740120.620471312552141通过对键的测绘，查表得出键的正确参数，如表2-2所示：表2-2圆头普通

15、平键尺寸轴径d键的公称尺寸B(h9)H(h11)C或rL(h14)自68220.160.25620810336361012448451217550.250.4105617226614702230871890（四）轴承和键的造型1.新建零件文件在上工具栏中单击“新建”按钮在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的零件单选按钮，在“名称”栏中输入“zhoucheng”，不勾选“实用缺省模板”，单击，如图2-3所示：图2-3在弹出的“新文件选项”对话框中选择mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位,单击进入三维实体建模环境如图2-4所示：图2-42.创建基础实体特征三、轴的设计及其它零件的

16、组图（一）轴的设计以高速轴为例：A、新建零件文件在上工具栏中单击“新建”按钮在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的零件单选按钮，在“名称”栏中输入“changzhou1”，不勾选“使用缺省模板”，单击，在弹出的“新文件选项”对话框中选择mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位,单击进入三维实体建模环境。B、创建基础实体特征单击“旋转工具”按钮，在主视区下方出现旋转特征操控板。在操控板中单击按钮，在弹出的草绘上滑面板中单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框，在该对话框中要求选择草绘平面，在主视区内选择TOP基准平面作为草绘平面，在“草绘方向”栏中自动出现默认的草绘视图方向，接受默认设

17、置，单击按钮。弹出“参照”对话框，接受系统的默认设置，单击按钮进入草绘器，在注视区中绘制如下图的旋转草绘图，在右工具箱中单击退出草绘。在操控面板中接受系统的默认值，单击右侧的按钮，完成旋转特征的创建。C、在实体上创建放置实体特征1）、倒角特征。在有工具箱中单击“倒角工具”按钮，在主视区中选择两头的边线单击下工具箱左下拉列表框中将D值改为“1”，单击下工具箱右侧的，完成倒角特征的创建。2）、创建齿特征参考大斜齿轮创建D、在实体上创建键槽特征在右工具箱中单击“基准平面工具”按钮，在弹出的“基准平面”对话框中要求选择参照来确定基准平面的放置，在主视区中选择FRONT基准平面作为新建基准平面的参照，在

18、“偏移距离”输入框中输入偏移值“13”，单击【确定】按钮完成基准平面DTME的创建。同样方法做键槽2，基准平面为DTME2。 在右工具箱中单击“拉伸工具”，在主视区下方操控板中单击按钮将拉伸方式改为剪材料，在主视区内选择上一步创建的DTME1平面作为草绘平面，接受系统默认草绘方向设置，单击按钮。在主视区中选择TOP基准平面和小圆柱的边线作为绘图参照，单击按钮进入草绘器，在注视区中绘制如下图的拉伸截面图，在右工具箱中单击退出草绘。在下工具箱的拉伸方式选项中选择“从草绘平面以指定的深度值拉伸”按钮，在拉伸深度值输入框中输入拉伸值“4”，单击下工具箱右侧的完成实体的拉伸，J键2深度为“3”。键槽的画

19、法如图3-1所示：由此可见创建轴的特征图如图3-2、3-3、3-4所示：图3-2高速轴图3-3中间轴图3-4低速轴键的实体图如图3-5、3-6所示： 图3-5 图3-6四、减速器的装配（一）总装配过程新建装配文件，在上工具栏中单击“新建”按钮在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的组件按钮，在“名称”栏中输入“ zhangpeitu”，不勾选“使用缺省模板”， 单击，在弹出的“新文件选项”对话框中选择mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位,单击进入三维实体建模环境。 在装配环境中选择插入/元件/装配/命令或者选择基础特征工具栏插入元件工具选择元件进行装配，在出现的元件放置对话框中

20、可以设置装配元件的参照约束关系，第一个部件一般选择缺省约束，A 轴承装配：需要加销钉，一个轴对齐和一个面对齐，如图4-1所示： 图4-1B轴和轴承装配：轴对齐和面匹配，如图4-2所示：图4-2C键装配：需三面对齐，如图4-3所示：图4-3D齿轮装配：轮毂侧面和键侧面对齐，轴对齐和一面匹配，如图4-4所示：图4-4E.下箱体和端盖装配：需要两孔中心线对齐和一面匹配，如图4-5所示：图4-5F齿轮轴和下箱体装配：需要一中心线对齐和一面匹配，如图4-6所示：图4-6G上箱体与下箱体装配：需要一轴对齐和面匹配，如图4-7所示：图4-7H螺栓及螺母装配：需要一轴对齐和一面匹配，如图4-8所示：图4-8I

21、油标及螺塞装配：需要一轴对齐及面匹配，如图4-9所示：图4-9（二）总装配图及爆炸图A总装配图，如图4-10所示：图4-10B爆炸图如图4-11所示：图4-11设计总结通过设计，该展开式二级圆柱齿轮减速器具有以下特点及优点总结如下：（1）齿轮传动能实现稳定的传动比（2）由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。由于二级展开式齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，通过了对轴长时间的精心设计，设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可

22、以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。（3）本论文的设计过程中，充分熟练利用了Pro/E野火版4.0软件进行了几何造型设计，便捷的模型再生成编辑，可以缩短产品更新换代生产的整个周期，并且此设计还具有形状均匀、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。进一步利用数控加工设备进行技术加工，可以显著提高减速器的设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率。（4）由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，模型结构装配后的应用Pro/E造型后的参数化设计，仿真模拟，数控编程等是本设计基础上的更高级设计，我相信通过这次的实践，能使我在以

23、后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定，技术含量更高更精确的机械设备。参考文献1 西北工业大学机械原理及机械设计教研组编，濮良贵 ，纪明刚主编.机械设计（第七版）M.北京：人民教育出版社，2001:11-210.2吴宗泽，罗盛国主编.机械设计课程设计手册（第3版）M.北京高等教育出版社，2006:12-311.3洪钟德主编.简明机械设计手册S.同济大学出版社，2002年5月第一版:67-210.4周明衡主编.减速器选用手册S.化学工业出版社，2002年6月第一版:11-25.5刘希平主编.工程机械构造图册S.机械工业出版社，2004:1-200.6刘朝儒，彭福荫,高

24、治一编.机械制图（第四版）M.高等教育出版社，2001年8月:23-36.7孙家广主编.计算机辅助设计技术基础M.北京：清华大学出版社 2000:112-118.8徐锦康主编.机械设计M.北京：机械工业出版社，2001:6-264.9田绪东,管殿柱主编.Pro/ENGINEER Wildfire4.0M.三维机械设计111-27638-8 2006:8-218.10林清安主编.Pro/ENGINEER 零件设计M.北京:北京大学出版社,2000:3-121.11潭雪松.Pro/ENGINEER中文版机械设计实战训练 M.北京：人民邮电出版社，2005:87-129.12 机械零件设计手册S.国

25、防工业出版社1986年12月版:234-456.13 机械设计手册S .机械工业出版社2004年9月第三版:214-219.14实用轴承手册S .辽宁科学技术出版社2001年10月:12-196.致 谢本设计如果没有指导老师的指引，没有同学的帮助和支持，我在大学的专业学习将无所适用。当我做完这篇毕业设计的时候，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。首先要感谢大学三年教授我的所有领导老师以及陪我一起学习进步的同学们，是你们陪我一起走过了三年的求学之路，是你们用三年的岁月教授了我生存的本领；再次我要衷心的感谢我的指导老师对我设计的构思以及内容不厌其烦的指导，使我在准时完成设计的同时深受启发；最后由衷的感谢答辩评审组的各位老师对我严格的审核和评论，我将继续努力的学习积蓄力量，争取在自己毕业后的人生道路上贡献自己的一份力量回报社会。再次衷表谢意！德州科技职业学院机电工程系 20