毕业设计（论文）-行星齿轮减速器PROE建模与运动仿真.pdf

目录行星齿轮减速器的PRO/E的建模与仿真.1摘要.1Abstract.2第一章绪论.21.1 选题的依据、发展情况及其意义.21.2 PRO/E行星齿轮的选题分析及设计内容.41.3 主要的工作内容.4第二章NGW型行星轮减速器方案确定.51.1 混合轮系的确定.51.2 周转轮系部分的选择.51.3 NGW型行星轮减速器方案确定.5第三章NGW型行星减速器结构设计.83.1 基本参数要求与选择.83.2 方案设计.83.3 齿轮的计算与校核.9表33行星轮系的几何尺寸.213.4 轴上部件的设计计算与校核.22第四章PRO/E的建模与运动仿真.314.1 PRO/E 简介.314.2 行星轮减速器的PRO/E建模.334.3 行星轮减速器的装配.354.4.减速器的传动运动仿真与分析.39第五章结论.47参考文献.48行星齿轮减速器的PRO/E的建模与仿真摘要行星齿轮减速器作为重要的传动装置，在机械、建筑领域应用非常广泛。它具有体 积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高、运动平稳等特点。本设计基于这些特点 对行星齿轮进行结构设计，并对其进行PRO/E三维建模与运动仿真。首先通过比较各 种类型的行星齿轮的特点，确定其方案；其次根据相应的输入功率、输出速度、传动比 进行传动设计与整体的结构设计；最后完成其PRO/E的三维建模，并对模型进行整体 装配，并完成传动部分的运动仿真，并对其运动进行分析。关键词：行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模2The Dynamic Simulation of Planetary Gear ReducerBased on Pro/EAbstractPlane tary ge ar re duce r as an important transmission de vice is use d e xte nsive ly in machine ry construction are a,which has the characte ristics of small volume,light we ight,compact structure,high e fficie ncy high spe e d ratio and smooth move me nt.The de sign is base d on the se fe ature s of plane tary ge ar for structure de sign,and carrie s on the PRO/E 3 d mode ling and Dynamic Simulation.F irst,adopt the sche me through comparing various type s of plane tary ge ars*characte ristics,Se condly according to the corre sponding input powe r output spe e d and spe e d give the de sign of transmission and whole structure.F inally comple te its the 3d mode ling base d on PRO/E,the whole asse mbly mode l and transmission part of Dynamic Simulation,and analyze its move me nt.Keywords：Plane tary Ge ar Re duce r Dynamic Simulation 3D-mode ling、Asse mble第一章绪论1.1 选题的依据、发展情况及其意义在机械制造业，现在有很多企业把产品的设计、分析、制造、产品的数据管理和信 息技术集于一体.这种先进的管理方式属于企业信息化的范畴。并且这种先进的管理方 式也引发了设计领域的巨大的变化。第一次大的变化是八十年代CAD软件的推广，国内 普遍使用的是AutoCAD软件。利用AutoCAD软件使许多机械工程师逐渐地甩掉了图板。第二次大的变化是大量三维CAD软件的出现，如Pro/Engine e r、Solidworks、UG等。三维CAD软件不仅仅可以实体造型，还可以利用设计出的三维实体模型进行模拟装配和 静态干涉检验、机构分析和动态干涉检验、动力学分析、强度分析等。因此运用三维设 计软件的真正意义不仅仅在于设计模型本身，而是设计出模型后的处理工作。AutoCAD 软件虽然可以进行简单的三维实体模型设计，但设计出模型后的处理工作是无法实现 的。23在Pro/E环境下，对圆柱直齿轮建立了精确的参数化模型。通过定义各种约束，在 装配模块中确定了齿轮副的相对位置与啮合关系。并使用机构运动分析模块，通过定义 机构的连接与伺服电机，实现了齿轮副的运动过程仿真。参数化设计的本质是在可变参 数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数.参数化设计可以大大提高模型的生成 和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应 用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装 配虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖，可以有效地提高 产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能 够及时地发现设计中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配，运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次建模与运动仿真分析实现了圆柱直齿轮副的电子样机设计，对现实 齿轮制造过程有一定的指导意义。341.2 PRO/E行星齿轮的选题分析及设计内容本设计以本设计基于Pro/E便于交互及强大的二维、三维绘图功能。先确定总体思 路、设计总体布局，然后设置零部件，最后完成一个完整的设计。利用PR0/E模块实现 装配中零部件的装配、运动学仿真等功能。行星齿轮减速器的体积、重量及其承载能力主要取决于传动参数的选择，设计问题 一般是在给定传动比和输入转矩的情况下，确定各轮的齿数，模数和齿宽等参数。其中 优化设计采用Pro/E自带的模块,，模拟真实环境中的工作状况进行运动仿真，对元件 进行运动分析。减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按系列化进行设计,以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输人功率和传动比的不同组合，可获得 相应的减速器系列。在以往的人工设计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格 的部分系列表示，但其图形受到极大限制。采用Pro/e工具来实现这一过程，不仅能完 善上述工作，方便设计操作，而且使系列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成 为可能，使设计速度加快。在设计过程中，我利用互联网对本课题的各设计步骤与任务 进行了详细了解。采用计算机辅助设计的技术，利用Pro/E参数化建模，Pro/MECHANICA 动态仿真。1.3 主要的工作内容1.设计计算部分：分析行星齿轮机构传动方案；并通过计算分析，确定行星轮系齿轮 的齿数、模数和轴、行星架的各项参数，校核齿轮的接触和弯曲强度；完成内外啮合齿 轮、轴、行星架的设计计算；在整机设计开发背景下，结合运动参数完成建模。2.工程仿真分析部分：本论文利用三维软件Pro/E对行星轮减速器进行三维建模，并 完成与整机的装配；利用Pro/MECHANICA减速器机构模型进行全局运动仿真，对内外啮 合齿轮传动进行运动学分析。4第二章NGW型行星轮减速器方案确定1.1 混合轮系的确定根据行星轮系可分为：定轴轮系、周转轮系、混合轮系、封闭行星轮系，因为混合 轮系可以获得更大范围的传动比，实现多路传递、得到多速，所以选择择轮系为混合轮 系，选第一级为周转轮系，第二级为定轴轮系。1.2 周转轮系部分的选择周转轮系的类型很多，按其基本构件代号可分为2Z-X、3Z和Z-X-F三大类（其中Z 一中心轮）。其他各种复杂的周转轮系，大抵可以看成这三类轮系的联合货组合机构。按传动机构中齿轮的啮合方式、又可分为许多传动形式，如NGW型、NW型、NN型、WW型、ZUWGW型、NGWN型、N型等（其中N内啮合，W外啮合，G一公用齿轮，ZU 锥齿轮）。其传动类型与传动特点如表1-1。1.3 NGW型行星轮减速器方案确定NGW行星轮系由内外啮合和公用行星轮组成。结构简单、轴向尺寸小、工艺性好、效率高；然而传动比较小。但NGW性能多级串联成传动比打的轮系，这样便克服了淡季 传动比较小的缺点。所以NGW型成为动力传动中应用最多、传递功率最大的一种行星传 动，并根据所给的条件总的传动比为20,分配给周转轮系部分的传动比为5左右以及给 定的电机功率为3KWO综合以上情况所以选定NGW型行星轮减速器。6表1-1行星齿轮传动的类型与传动特点传动类型机构简图传动特性应用特点类组性传动比范围传动比推荐值传递 功率 KW2Z-X负号机NGW1.13 13.7.bLx-2.7 9不限广泛地 用于动力 及辅助传 动中，工作 制度不限，可作为减 速、增速和 差速装置 轴向尺寸 小，便于串 联多级传 动，工艺性 好Ie 6r72以7构NW1.blaX二不限时，径向尺 寸比NGW型31 50525小，可推荐采用工作制 度不限67NN1700一个行 星轮时 也=30 100 三 个行星 轮时 也3040可用于 短时、间断 性工作制 动力传动转臂X 为从动时，当，m大于某值后，机 构自锁晨W,R3Z负号机构NGWNkWT3七500iae=20100(d),10-21(d)(e)选取，行 星轮的6 F lim是乘以0.7后的数值。表3-1齿轮材料及性能齿轮材料热处理6 Hila(N/mm2)6 Flim(N/mm2)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC586214003756级行星轮267.5内齿轮40Cr调质HB2622866502757级小齿轮大齿轮45钢调质217255580290324传动比分配根据传动要求分配第I级与第口级的传动比，第I级传动比i产5,第二级传动比i 口=3.233齿轮的计算与校核3.3.1高速级部分1.配齿数按非变位传动要求选配齿数：选Za=19,由传动比条件可知:910Y=iax 4=5x19=95,为满足安装条件必上C%3Y=96,按书5式 473(b)Y 96M=32%3计算内齿轮和行星轮齿数Zb=Y-Za=96-19=77b=Z=Zh Za=77-19=29 0%实际传动比：i1=l+i=l+乡=5.05配齿结果：Za=19,Zb=77,Zc=29,i,=5.05(3-1)(3-2)(3-4)2.初步计算齿轮主要参数(1)用【5】式(6-6)进行计算式中系数，Ka、&、KhZ、Khp如表3-2u=29/19,电动机效率o=O.83,电机与输入轴间弹性柱销联轴器之间的效率为7=0.99。则输入功率：=P 71=3 3 x 0.83x0.99=2.45则太阳轮的传递扭矩为T=954=960 x2.456=8 14Wm1a 3x960(3-5)直齿轮算式系数Kd=7.68,则太阳轮分度圆直径4=kd3T】KaKheHhp“u+12 x如 Hl im=768x38.143x1.25x1.80 x1.20 29+190.7X14002X19=24.816(3-6)10-11表3-2接触强P度有关系数代号名称说明取值Ka使用系数查书【5】表6-5,轻微冲击1.25Kp行星轮间载荷分配 不均系数查书【5】表7-2行星架浮动，6级精度1.20Khe综合系数rip=3,同精度，硬齿面1.80齿宽系数查书【5】表6-60.73.按弯强度曲初算模数m因为一血取，时和o-F lim2步中的较小值*2次=|=293.5109,按5图 6T8HRC=60,v=0.957,查5表 8-10Zl润滑油系数v50=150 xl(T6m2/?,4 06-171.03Zv速度系数查5图 6-20,0.95Zr粗超度最小 安全系数查5图 6-211.01z%工作硬化系数内齿轮均为硬齿面，查【5】图6-221Zx尺寸系数查4表 6-151最小安全系数按高可靠度，查【5】表6-221.25接触应力基本值%0=ZjjZeZ送=2.5x189.8 x 0.9 x lx J685-7x(Lgl)=724.62V/WV 23.75x17x1.526(3-10)接触应力0 _ JK.KvKKKhp=724.06yi.25xl.01xl.065xlxl.2=919.64NW v/|j y ri v 11/2 nz orH0(3-11)许用接触应力:QhP=Hlim Zn Z Zy ZR Zw Zx/SHlim1400 x1x1.03x0.95x1.01x1x1L25=1106882V/W(3-12)故5 6-35、6-35、6-36计算并分别对太阳轮和行星轮进行校核。各项参数如表3-544-15表3-5外啮合齿根弯曲强度有关参数和系数代号名称说明取值KF/；齿向载荷分布系 数b/h=6.8N=-(g)：=0$34l+(b/h)+(6)Kf夕=(Kw)n=1.0541.054K齿间载荷分布系 数Kfoi=Ha1%行星轮载荷分布 系数按5式7-43KFP=1.5(KHP-r)=131.3太阳轮齿形分配 叙述x=0,Z a,=19,查5 6-252.84Ike行星轮齿形分布 系数x=0,Z,=29,查【5】图 6-252.54L太阳轮应力修正 系数查5图 6-271.57%太阳轮应力修正 系数查5图 6-271.72(重合度系数查5式 6-40,工=0.25 包=0.720.72Ynt弯曲寿命能够系 数Nl3x1061Yst试验齿轮应力修 正系数按所给出加区域图取5mm2Y orelTa太阳轮齿根圆角 敏感系数查5图 6-350.96orelTe行星齿轮齿根圆 角敏感系数查5图 6-350.97齿根表面形状系 数Rz=2.4,查5图 6-351.04545-16S/qim最小安全系数按高可靠度，查【5】表6-81.6太阳轮：弯曲应力基本值：q0.a/o.a=%/bm=685.7x 2.84x1.57x 0.72x l/(17x 1.25)=1O5.97V/W(3-13)弯曲应力：4p.a=bf 丫门.Yr el Fa.Yr cWa.Yx=37.5x2x 1 x0.96x 1.045x 1/1.6=470.25N/mnl(3-14)故。F aqp.a，弯曲强度通过行星轮F a c=E.%.c几.cX/bm=685.7x2.54xl.72x0.72xl/(17xl.25)=103.79N/mm2bf p.c=TFlim.c-%NT re lTa Xe lT/*Mim=262.5x2x1x0.97x1.045x1/1.6=332.60N/mniOf.c一/a c-Ka-Kv.K印.KFff.KFP=103.79xl.25xl.01xl.054xlxl.3=179.54N/mirf故bF.c%p.c，弯曲强度通过(2)内啮合齿轮接触疲劳强度。心Ohp仍用【5】式(6-19)、(6-20).(6-21)计算，其中与外啮合取值，不同的参数为 u=77/29=2.655,Z=0.87,7=1.03,ZR=0.97,Zw=l.11=2.5 xl 89.8 x0.87xI 685.7 1.947-1 136.25x17 1.947=305.8797V/wm2(3-15)46-17crH=%0 jKA.KvKg.Kua.K=305.879/1.25x 1.01x1.065x 1 x 1.20=388.536N/nm2(3-16)jHVimZNZLZyZRZwZx 656x1.03 x1.05 x0.93 x0.97 x1.11 x1 2=旦!叫一4 王 _-=563.IN/mmHP1.25(3-17)故 外bHP齿根弯曲疲劳强度只需计算内齿轮，计算公式仍为书【5】(6-34)、(6-35)和式6-36,其中取值与外啮 合不同的系数：%=2.23,忆=1.83,1=0.683 YT=1.02 i；e lr=1.045crF=FtYY!LaYSaaYYp/bm=685.7 x2.23 xl.83x0.683x1/(17x1.25)=89.947V/mm1(3-18)c=/o Ka.Kv.Kf.KF a.Kpp=89.94xl.25xl.01xl.054xlxl.3=155.59N/nmi(3-19)bFpUbFlim.c。ST ST Kt LrelTa Keif/Fim=275x2xlxl.02xl.045xl/1.25=468.996N/nm2(3-20)故,1.323(片号)“x-=2.32,(-)-=50.935mmUu 7刷 M u V 643.87 3.2计算圆周速度Vv=7tddt ni/(60X 1000)=TT X50.935X190.1/(60X1000)=0.507 m/s(3-37)计算齿宽bb=dddt=1X50.935=50.935 mm(3-38)(4)计算模数mt叫=ddt/Zd=50.935/20=2.547 mm(3-39)计算载荷系数K 根据v=0.507m/s,7级精度，由1】图10-8查得动载荷系数Kv=1.02；查得使用系数Ka=1.25；查得齿间载荷分配系数KHa=1 由7级精度、小齿轮相对支承对称布置，查得齿向载荷分布系数Kh=1.419；故载荷系数K为K=KAKvKHaKHP(3-40)=1.25X1.02X1X1.419=1.42376(6)按实际的载荷系数校正所算的小齿轮分度圆直径4：Ddud/K/Kt 严(3-41)=56.865mm 计算模数相 m=dd/zd(3-42)=56.865/20=2.84 mm49-2.按齿根弯曲强度设计:由【1】式(10-5)得弯曲强度设计公式为(1)确定公式内的各计算数值由，1)弯曲强度，ba=55OMR。大齿轮 弯曲强度极限/e2=400MR2)由1】图10-18取弯曲疲劳寿命系数 KF1=0.92 JCF2=0.953)计算弯曲疲劳许应 取弯曲疲劳安全系数aF2=导e皿=0.95x400=271.43死 2 1.44)计算载荷系数K=KAKvKF aKFp(3-44)=1.25X1.02X1X1.34=1.709 5)查齿形系数由1表 10-5 查得：1kl=2.80、fta2=2.264 6)查取应力校正系数由【1】表 10-5 查得：11=1.55、&2=1.738 7)计算大、小齿轮的友人/困，并加以比较：yi=Ypal Ysal/5f1(3-45)=2.8X1.55/361.43=0.01201 Y2=Ypa2 Ysa2/OF 2=2.264X1.738/271.43=0.02149 y=0.01405(2)设计计算：mzj券(市手)=2.475(3-46)对比结果，由齿面接触强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于 20-21齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿数直径有关，可取由弯 曲强度所得的模数2.47就近圆整为标准值m=2.5,按接触强度算得的分度圆直径d”=56.865小机算出小齿轮齿数Zd=dd/m=56.865/2.5=22.7,Wi=23大齿轮的齿数：Ze=3.2x23=73.6,取4二743.几何尺寸计算1)中心距a a=(zd+ze)m/2=(23+74)X2.5/2=121.25 mm2)计算大、小齿轮的分度圆直径由、d2dd=Zd m=23X2.5=57.5 mmde=ze m=74X2.5=185 mm3)计算齿轮宽度bb=&=1X 57.5=57.55 mm圆整后取 b2=60mm,bi=60 mm表33行星轮系的几何尺寸名称齿数模数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽太阳轮191.2523.7526.2533.12520行星轮291.2536.2538.7533.12520内齿轮771.2596.2598.7593.12520小齿轮232.557.562.551.2565大齿轮742.5185190178.756021-3.4轴上部件的设计计算与校核3.41轴的计算输出轴1.输出轴上的功率转速A，和转矩刀pe=pd.T=2.432X 0.98=2.383K%(tj 为齿轮啮合效率)9550%9550 x2383=-=-=33125/v.mmne 59.42.求齿轮上的力27；=2x383125=421Wde 181.875Fr=4眄%=1533N,居=/tan=0 cos尸2.初步确定轴的最小直径先按书【1】式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理根据表1式(15-3),取4=100,于是得联=4 户=1003底中=34.2加加 V q v dw轴的输出最小直径显然是安装联轴器的直径d I ti,为了所选轴直径孔径相适，故需同时选取联轴器型号，联轴器查【1】表14-1,取4=1.3,则1=酌工=L3x383125=4980625Nm(3-47)按计算转矩Te a小于联轴器公转转矩条件，查【6】表11-17,ZL3弹性柱销齿式联轴器d 1=38,半联轴器长度L=82,半联轴器与轴配合得毂孔长度Ll=60o3.轴的结构设计22-23图3-2输出轴的简图(1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求i-n轴端有段需制造出轴肩，故n-印段，dn-lll=46mm,左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=50。半联轴器与轴配合得毂 孔长度二601,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故I-II段的长度应该L1略短一些，现取Ll-U=58mm。2)初选滚动轴承。应为轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承6010,其尺寸 d-D-T=50mm-80mm-16mm,故 dlII-IV=dvn-Vlll=50mm,而 Lvn-Vlll=16mm.端右滚动轴承采用轴肩进行的轴向定位。有手册上查的6010轴间高度，h=3,因此选取 dvi-vn=56o2)取安装齿轮出的轴段W-V的直径dw-v=54,齿轮的左端与轴承之间采用套筒定 位。已知齿轮轮毂的宽度为60mm，为了使套筒断面可靠的紧压齿轮，此轴段应略短于轮 毂宽度，故取Liv-v=56nim,齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h=6mm,则轴环处的直径 dv-Vl=64mm。轴环宽度取 10mm。3)轴承端盖的总宽度为21nmi(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)，取UlITV=30.5O4)取齿轮距箱体的内壁之间的距离a=10.5,.(2)轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器的周向定位均采用平减连接。由书【1】表6-1查的平键截面bx=16xl0mm,键槽用槽铳刀加工，长度为50nm1,同时为了保证齿轮与轴配合有良好 23-的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为里；同时半联轴器的连接，选用平键为n61 OmmxSmmx50mm,半联轴器的配合为柜。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合 上6来保证的，此处的直径尺寸公差为m6。4.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。轴承的支点位置为滚动轴承的中点位置。，因 此，作为简支梁的轴的支撑跨距为Ll+L2=72.5+127.5=200mm。令水平面为H面，垂直 面为图3-3轴的载荷分析图3 耳=4164.08月=15 1 5.777V,7；=3831252V.wmFnhi+nhi=E，FV+FV2=Ft(3-47)24-25FNf n=.(IX+L2)-FtL2=0,(3-48)代入数值可得：=1509.479#则截面 C 处的 Mh=FNH1.Ll=1924.59N.nnM=Fr.=140209N.mm 2FNV1(L1+L2)-Me-耳2=0,代入数值可得，%1250.5N(3-49)LA.+JL2Mvx=外 Z1=15944QVjnmMV1=M1-Me=159440-140209=1923 Njnm总弯矩：M=249923Mzwn(3-50)M2=Jm+M；2=193417V/wn(3-51)5.按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度。根据书【1】式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应 力，取a=0.6,轴的计算应力_ 也：+(皿)_124992.+(0.6x38312,2 713P,9CTra=/-=-o-=27.ibM y(3-52)ca V W V 0.1X503前已选定轴的材料为40Cr,调质处理，由1】表15-1查得，b_=70MPm故crcaa输入轴（齿轮轴）1.输入轴上的功率Pa、转速、和转矩刀Pa=2.465kw,nfl=960r/min,7=8.413N.m2.求作用在齿轮上的力25-Ft=2TJda=685.72V耳=月 tan%=249.67V3.初步确定轴的最小直径先按书【1】式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理根据表1】式(15-3),取Aq=100,于是得d.=4)=100 x3 空=13.7mmm,n 飞凡 960(3-53)4.轴的结构设计按照输入轴的设计方法各段轴的大小、长度如图3d所示图3-3齿轮轴的简图选滚动轴承型号为：6005 dxZxT=25x47xl2(单位为mm)联轴器处键槽：dxZ)xT=6x6x32%=1&=40 dh c=22,lh c=32 4d=25,&=12 dde=30,lde=6%=20%=24,=24中间轴1.输入轴上的功率Pa、转速%、和转矩看Pd=2.432kw,nd=190.1r/min,7=122.176N.mm2.求作用在齿轮上的力Ft=2Td/dd=4249.67V26-27耳=Ftt anan=15467N3.初步确定轴的最小直径先按书【1】式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理 根据表1】式(15-3),取4=100,于是得=4即，篇=23.4.4.轴的结构设计按照输入轴的设计方法各段轴的大小、长度如图35所示2061Q56d一360C8图3-5中间轴的简图选滚动轴承型号为：6005 dx)xT=25x47xl2(单位为mm)(U=26&=20 九=6蕈儿=30 4d=25,&=36行星轴1.输入轴上的功率P转速%、和转矩北Pc=1/3耳端=0.789kwkw,nc=na.za!zc=629r/min2.初步确定轴的最小直径先按书【1】式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为40Cr,调质处理根据表1】式(15-3),取A)=100,于是得=100 x鬻=102 颉(3-54)27-4.轴的结构设计按照输入轴的设计方法各段轴的大小、长度如图3-6所示选滚动轴承型号为：61901 dxZxT=12x24x6(单位为mm)%=1Z Lb=6 九=16,1“=3 4d=52&=12滚动轴承的寿命校核1.求轴向力与径向力的比值根据【1】表13-5 F a/耳=0 15 x 300 x 12=5.4 x IO,满足寿命要求。28-3.42行星架设计因为单臂式行星架结构简单，可容纳较多的行星轮，所以选择单臂式行星架。轴与 孔之见采用过盈配合（电），用温差装配，配合长度为L5d-2.5d范围内取，取配合长 u7度为20mm。取左端与齿轮轴配合长度为20ml叫孔与轴之间采用间隙配合。基本几何参 数如图3-7所示图3-7行星架设计简图3.43减速器箱体设计表3-4减速器基本结构尺寸减速器箱体结构尺寸如下所示名称符号尺寸关系数值箱座壁厚888箱盖壁厚及88箱盖凸缘厚度1.5次12箱座凸缘厚度b1,5b12底座凸缘厚度b22.5b20地脚螺钉直径df0.036a+1216地脚螺钉数目na25Qn=4429-轴承旁连接螺栓直径40.75%12盖与座连接螺栓直径&(0.5-0.6)dr8轴承端盖螺钉直径4(0.4-0.5)dy8定位销直径d(0.7-0.8)d26dr 4、4至外箱壁距探cC2C13242016dr 4至凸缘边缘距昌C2C222214外箱壁至轴承端面距离c,+c2+(5-10)37箱盖、箱座肋厚叫m=0.85(7im=0.85cr77轴承端盖外径O2D2=D+(5-5.5)d31208730-31第四章PRO/E的建模与运动仿真4.1 PRO/E 简介Pro/Engine e r是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次 的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于 电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。Pro/E是全方位的 3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿 真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、银金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从 而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了 PR0/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。下面就Pro/ENGINEER的 特点进行简单的介绍。（1）主要特性全相关性：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。（2）数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现 这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发 研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro/ENGINEER 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。（3）装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮 合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功 能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。（4）易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普 通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使31-用。Pro/E包含了许多的功能模块，本设计中主要用到以下三个模块：（1）Pro/Engine e rPro/Engine e r是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组 装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engine e r是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设 计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfe rs）和抽空（She lls）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采 用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他 系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间 的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方 便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些 支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engine e r还可输出三维和二维图形给予其他 应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户 更可配上Pro/Engine e r软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（人工）和工程 制图能力（不包括ANSI,ISO,DIN或JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP,HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engine e r功能如下：特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；参数化（参数;尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系 来进行设计。支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等）o贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方 变动）。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。（2）Pro/ASSEMBLYPro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统,能提供用户自定义手段去生成一组组装 系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只 能在Pro/Engine e r环境下运行，它具有如下功能：1.在组合件内自动零件替换（交替式）；2.规则排列的组合（支持组合件子集）；3.组装模式下的零件生成（考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件）；4.Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能 32-33自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定 义设计，只需要输入一些简单的参数即可；5.组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值.如：给两中零件之间加 一个焊接特征等)。(3)Pro/ENGINEER Me chanism DynamicsPro/ENGINEER Me chanism Dynamics虚拟地仿真运动组件的加速力和重力的反作用 力了解动力效应，工程师无需等待实物样机就能测试产品的动力耐久性，利用 Pro/ENGINEER机构动力学仿真，可以虚拟地仿真运动组件的加速力和重力的反作用力。而且，您可以综合考虑诸如弹簧、电动机、摩擦力和重力等动力影响，相应地调整产品 性能。无需背上研制样机的高昂费用负担就能获得最大的设计信心。功能及益处：综 合考虑弹簧、阻尼器、电动机、摩擦力、重力和定制的动力负载，以评估产品性能。使 用设计研究来优化机构在一组输入变量下的性能，创建准确的运动包络，以用于干涉和 空间声明研究中。通过动力学分析获得准确的测量值，以设计更坚固、更轻和更高效的 机构，直接从动力学仿真中创建优质动画。4.2行星轮减速器的PRO/E建模行星轮减速器的建模主要对齿轮、轴、滚动轴承、箱盖、与箱座的建模，并完成部件的 装配图。4.21齿轮的建模：齿轮的建模主要包括参数的确定、参数之间关系的关系、齿轮渐开线方程的建立、渐开 线标志曲线的建立、以及渐开线的镜像等。主要命令包括使用【草绘】工具公、【拉伸】工具I、【基准曲线】工具、【镜像】工具 了以及阵列工具副 等。1.参数的确定如图4-1所示2.参数关系的确定df=m*z-m*2.5 db=m*z*cos(angle)d=m*z da=m*z+m*2D0=df Dl=db D2=d D3=da33-参数-ini xl文件 编辑 参数 工具 显示1零件口RING-GEAR过滤依据1全部1子网1名称类at值指定访问涯 1说明1DESCRIF.字符串曾品全用户定义的MODELED_BY字符串电港全用尸定义的M实数1.250000rr电浮全用户定义的Z实数77.000000丽全用户定义的B实数20.000000r曾品全用户定义的ANGLE实数2