减速器(完成版).doc

成绩：

《Pro/E软件应用》

大
作
业

课 程： Pro/E软件应用
学 期： 2009～2010学年第二学期
教 师：
姓名（学号）：
年级、专业：

西南交通大学峨眉校区机械工程系
减速器的设计
一、 减速器概述
减速器是重要的机械传动设备之一，它主要用于动力的传递和变换，是最常见的机械产品之一。减速中包括了许多典型的机械零件，如箱体、齿轮、传轴和轴承等。这些机械零件的设计各有特点，需要综合运用各种实体造型设计方法。而Pro/ENGINEER所具有的强大机械功能，能够较好地完成这些零件的设计造型工作。
减速器的设计中，涉及到箱体类零件的创建方法、齿轮的参数化设计方法、轴承的装配方法、大型组件的装配方法、装配时各个元件间的体积干涉检验方法等，基本涵盖了机械产品设计的全过程。这些设计，都可在Pro/ENGINEER中完成。此外，利用Pro/ENGINEER强大的单一数据库功能，用户还可以使用工程图环境，由三维实体模型方便地生成二维工程图。
设计完成的减速器主要由箱体、箱盖、一对齿轮传动副、两根传动轴和两对轴承组成。
二、 减速器的工作原理
基本原理：当电机的输出转速从主动轴输入后，带动小齿轮转动，而小齿轮带动大齿轮运动，而大齿轮的齿数比小齿轮多，大齿轮的转速比小齿轮慢，再由大齿轮的轴（输出轴）输出，从而起到输出减速的作用。
三、 减速器的设计分析
1、减速器下箱体的设计与创建
减速器的下箱体用于放置齿轮、轴承等零件，同时，它还是整个减速器的基础，下面具体介绍下箱体的创建步骤。
下图左图即为创建完成的下箱体的结果图，右图则表示的是总体创建过程。

图1 减速器下箱体

箱体创建过程
步骤1，使用拉伸命令创建主要实体特征。

步骤2、使用抽壳命令创建壳体
点击抽壳命令，选择如图 所示曲面为移除曲面，再选择地面作为非缺省厚度平面，缺省厚度值设为15mm，非缺省厚度值设为10mm。完成后效果如图所示。

步骤3，使用拉伸命令创建下箱体下边缘。
拉伸截面草绘
步骤4，使用拉伸命令创建下箱体上边缘特征。

拉伸截面草绘
步骤5，创建拉伸特征。

步骤6，创建基准平面如下图所示。

步骤7，创建拉伸特征。
进入拉伸特征工具操控板。选择基准平面DTM1作为草绘平面后，进入拉伸，草绘如图后，确定拉伸。

步骤8，创建基准轴。
创建如图的基准轴

步骤9，创建基准平面。
创建如图的基准平面。

步骤10，创建筋特征。
进入筋特征工具操控板。在两个基准平面上，分别草绘如图后，结果如右图。

步骤11，镜像特征。
将这一侧创建的所有特征组成一组后，点击镜像命令，选择镜像平面为TOP平面后，打勾确定。
步骤12，创建拉伸切口。
设拉伸特征的深度选项为穿透，按下切除材料按钮创建切口，按调整拉伸方向如图所示。单击打勾完成特征创建，如图所示。

步骤13，创建拉伸切口。
在“基础特征”工具栏中，单击拉伸按钮，进入拉伸特征工具操控板。按图所示选择草绘平面后，绘制如图所示的拉伸截面。

拉伸截面草绘
步骤14，创建拉伸特征。

步骤15，创建孔特征。

步骤16，镜像孔特征。

步骤17，创建拉伸切口。

步骤18，创建圆角。

圆角设置
2、减速器箱盖设计
箱盖的创建过程和箱体的创建流程相似，都综合采用了拉伸、筋特征、拔模特征等造型方法。下面对箱盖的创建步骤作具体介绍。

图2 减速器箱盖

箱盖设计流程
步骤1，创建新文件。
步骤2，创建拉伸特征。

步骤3，创建壳特征。
步骤4，创建拉伸特征。
在“基础特征”工具栏中，单击拉伸按钮，进入拉伸特征工具操控板。选择图1064中所示平面作为草绘平面后，绘制如图所示的拉伸截面图。

拉伸截面草绘

步骤5，创建拉伸特征。
步骤6，创建基准平面
步骤7，创建拉伸特征。
步骤8，创建基准轴。

步骤9，创建基准平面。

步骤10，创建筋特征。

步骤11，镜像特征

步骤12，创建拉伸特征。

拉伸截面草绘

步骤13，倒圆角。
该实体模型中，需要进行多处倒角，如图所示。
完成倒圆角操作后，减速器箱体创建完成。

创建倒圆角
3、 齿轮设计
图4 小齿轮
图3 大齿轮
由于大小齿轮只是齿数和形状稍微不同，故只介绍大齿轮的建模过程，下图是最终效果图。
步骤1，创建新文件。
步骤2，设置齿轮参数。
在主菜单中，单击【工具】→【参数】后，系统弹出“参数”对话框，输入以下参数值。
表111 齿轮参数
参数名称
类型
数值
说明
M
实数
2
模数
Z
整数
25
齿数
Alpha
实数
20
压力角
Hax
实数
1
齿顶高系数
Cx
实数
0.25
齿隙系数
B
实数
30
齿厚
Ha
实数

齿顶高
Hf
实数

齿根高
X
实数

变位系数
Da
实数

齿顶圆直径
Df
实数

齿根圆直径
Db
实数

基圆直径
D
实数

分度圆直径

四个同心圆

“关系”对话框
当显示“关系”对话框时，工作区中所有的尺寸均显示为符号，如图所示。在“关系”对话框中添加命令，使用参数驱动同心圆的尺寸值，如图所示。

符号表示

参数驱动符号尺寸
步骤3，创建齿轮轮廓线。

渐开线方程
步骤4，创建基准参照。
点击基准平面按钮，按住Ctrl键，选取基准轴A_1和基准平面DTM1作基准平面参照,其参照种类分别为【偏移】和【穿过】，设定偏移角度为“-360/4/z”，单击【确定】，系统弹出如图所示的对话框，直接单击【是】后，系统生成基准平面DTM2，如图所示。

关系对话框

创建基准平面

镜像渐开线

拉伸截面草绘
步骤5，创建拉伸特征。
在“基础特征”工具栏中，单击按钮，进入拉伸特征工具操控板。选择FRONT平面作为草绘平面后，绘制如图10116所示的拉伸截面图。
设拉伸特征的深度选项为盲孔拉伸，深度值为B。系统弹出如图10117所示的对话框，直接单击【是】。单击打勾确定完成特征创建，如图所示。

添加关系对话框

拉伸特征
在模型树窗口中，右击刚刚创建的拉伸特征后，在快捷菜单中选取【编辑】选项。在主菜单中，单击【工具】→【关系】，系统显示“关系”对话框。工作区中，将拉伸特征的参数以符号表示，其厚度为d8，在“关系”对话框中，添加关系：“d8=B”，单击【确定】，完成拉伸特征创建，如图所示。

拉伸实体特征

齿廓曲线
步骤6，创建齿廓曲线。
在“基准”工具栏中单击草绘按钮，打开“草绘”对话框。选取FRONT平面作为草绘平面后，调整草绘方向，使其指向拉伸实体特征，进入草绘环境。
绘制如图所示的齿廓曲线后，单击打勾退出草绘环境。
在模型树窗口中，右击刚刚创建的齿廓曲线后，在快捷菜单中选取【编辑】选项。在主菜单中，单击【工具】→【关系】，系统显示“关系”对话框。工作区中，将圆角半径以符号表示d9，在“关系”对话框中，添加关系：
if Hax>=1
d9 = 0.38*M
endif
if Hax<1
d9=0.46*M
endif
单击【确定】，完成齿廓曲线创建。
步骤7，创建第一个齿槽。
选中前一步中创建的齿廓曲线后，单击拉伸按钮，系统自动将齿廓曲线作为拉伸截面。设拉伸深度选项为穿透，调整拉伸方向如图所示，按下切除材料按钮创建切口,单击打勾完成拉伸切口创建，如图所示。

拉伸切口方向

拉伸切口

步骤8，阵列齿槽。
选中前一步中复制生成的齿槽后，单击阵列按钮，进入特征阵列工具操控板。
选取阵列方法为“尺寸”后，选取旋转角度值为阵列驱动尺寸，输入阵列成员间的间隔为“360／Z”后，设阵列成员数为24，单击打勾确定完成齿槽阵列，如图所示。
在模型树窗口中，选中所创建的齿槽阵列后，在其右键快捷菜单中选取【编辑】选项。在主菜单中，单击【工具】→【关系】，将尺寸阵列的驱动尺寸以符号表示，如图所示。

阵列齿槽

齿槽阵列参数
在“关系”对话框中，添加关系：
d20=360/Z
p21=Z
单击【确定】，完成特征阵列的创建。
至此，使用参数驱动齿轮的轮齿已经全部创建完成，用户只需要修改Z、M和B的数值，然后再生齿轮，即可以得到各种不同规格的齿轮。
齿轮创建步骤中的最核心步骤已经介绍完成，其它一些修饰特征，如齿轮孔等，都可以按照设计要求，通过拉伸命令完成，在此不再赘述。

4、 大齿轮轴
使用旋转命令，绘制截面如下图，得到主体，然后再分别使用拉伸命令，构建两个键槽，拉伸截面如图所示，键槽尺寸参考机械设计尺寸绘制。最终效果图如图所示。

图5 大齿轮轴

5、大齿轮轴挡圈
使用拉伸命令构建轴挡圈，截面如下左图所示，效果如下右图所示。
图6 大轴挡圈

6、大齿轮轴大挡油圈
使用旋转命令构建挡油圈，截面尺寸如下左图所示，最终效果如下右图。
图7 大轴挡油圈

7、大齿轮轴轴承
使用旋转命令分别构建轴承内圈，外圈和滚珠。截面
图分别如下图所示，其中滚珠先用旋转构建个体，然后
使用轴阵列得到12个，装配后如图所示。

图8 大轴轴承
8、大齿轮轴上平键
采用拉伸命令构建此特征，截面图如
下左图所示。
图9 大轴平键

9、大齿轮轴端盖
使用旋转命令分别构建轴两侧端盖，截面图
如下图所示。
图10 大轴端盖

10、小齿轮轴
使用旋转命令，绘制截面如下图，得到主体，然后再分别使用拉伸命令，构建两个键槽，拉伸截面如图所示，键槽尺寸参考机械设计尺寸绘制。最终效果图如图所示。

图11 小齿轮轴

11、小齿轮轴挡圈
使用拉伸命令构建轴挡圈，截面如下左图所示，效果如下右图所示。
图12 小轴挡圈

12、小齿轮轴大挡油圈
使用旋转命令构建挡油圈，截面尺寸如下左图所示，最终效果如下右图。
图13 小轴挡油圈

13、 小齿轮轴轴承
使用旋转命令分别构建轴承内圈，外圈和滚珠。截面图分别如下图所示，其中滚珠先用旋转构建个体，然后使用轴阵列得到12个，装配后如图所示。

图14 小轴轴承

14、 小齿轮轴上平键
采用拉伸命令构建此特征，截面图如
下左图所示。

图15 小轴平键

15、 小齿轮轴端盖
使用旋转命令分别构建轴两侧端盖，截面图
如下图所示。

图16 小轴端盖

四、各组件的装配关系
1、分解视图
装配关系说明：本次装配采用先分装，再总装的方法实现对减速器的装配。首先讲述大齿轮轴上零件的装配过程。
新建装配文件，导入大齿轮轴缺省方式放置，然后导入平键，使用面对齐等方式就可以实现平键的完全约束。然后导入大齿轮，使用轴对齐和一个面对齐以及轮毂上的侧面和平键侧面匹配方式实现对大齿轮的完全约束。然后再导入大轴上的挡圈，采用轴对齐和面匹配实现完全约束，另一端同样如此。由于小轴上的零件装配和大轴上基本相同，故不再赘述。
轴承是分成三个零件建模的，因此需要将其装配起来。新建轴承装配文件，先导入内圈缺省放置，再导入滚珠阵列，采用轴对齐和基准面对齐方式将其完全约束，最后导入外圈，同样使用完全约束将其固定。
轴上的其他零件如轴承、挡油圈、和端盖等，本人考虑到这些零件不随轴旋转，故采用在总装过程中直接完全约束固定在下箱体上。
新建总装装配文件，导入下箱体文件缺省放置，再装配大轴处的两侧端盖，分别使用轴对齐和面匹配的方式实现端盖的完全约束，然后再在两端分别导入轴承和挡油圈，均使用轴对齐和面匹配或面对齐的方式实现完全约束。小轴处这些零件的装配基本一致，不再赘述。
然后再将分装大轴和小轴装配文件导入，分别采用销钉连接的方式，连接在大小两轴位置处。
最后导入箱盖文件，使用两孔中心轴和大小两轴的中心轴对齐和一个侧面对齐的方式实现对箱盖的完全约束。装配过程就完成了。
为了方便对其内部结构的观察，本人在箱盖文件中，使用渲染将其改为透明材料，效果如总装图。
图17 分解视图

2、总装配图

图18 总装配图

六、 结论
本次设计通过Pro/E，实现了对单级减速器的设计、三维建模、装配等目的，通过将一个机构做成模型甚至仿真动画展示给学生或者消费者们学习或者观看时，能让人轻松了解其工作原理和机械结构，也能更加直观地展现和模拟。
本次设计由于多方面原因，有些元件尺寸并未经过严格计算和验证，因此具有比较大的局限性，在建模的过程中也忽略了拔模、铸造圆角等多方面现实因素，在装配过程中，也未完全按照实际运行状况下进行装配和模拟，这些都有待本人在进一步的学习过程中进一步修正和完善。