1、 I 广东石油化工学院 课程设计说明书 题目 :基于 Pro/E 的单级圆柱齿轮减速器的设计与仿真 班级： 姓名： 学号： 指导老师： II 广东石油化工学院课程设计任务书 摘要 本次课程设计要求基于 P ro/E 的单级圆柱齿轮减速器的设计与仿真 主要用于机械设计基础课程的教学过程中，使学生能够直观的看到减速器的外观和内部 结构 ，并能观察传动过程。对于机械设计基础课程的教学资源库提供更好的资料，能够更好的实现项目化教学改革。要求学生根据所给定的参数，完成所有零件的尺寸设计和结构设计。用 Pro/e 完成三维建模，然后装配成减速器整体，并生成装配爆炸图，最后还要完成运动仿真。 本次课程设计具
2、体按排，第一周指导教师讲解设计题目、设计思路和说明书格式；学生查阅资料，根据条件计算单级圆柱齿轮减速器的各技术参数和主要零件尺寸；用 P ro/E 对减速器零件进行三维建模；第二周运动仿真，输出工程图；整理设计说明书，再进行答辩。 关键词 ：单级圆柱齿轮减速器 P RO /E 三维建模运动仿真 III 目录 摘要 .I 第一章 引言（绪论） .1 第二章 主要零件工程图与设计 2.1 单级圆柱齿轮减速器结构分析 .3 2.2 固定箱体底座的设计 .3 2.3 上箱体零件的 造型设计 .5 2.4 减速器内部轴的设计 .6 2.5 齿轮的设计 .8 2.6 其他零件的设计 .11 第三章 装配减
3、速器 3.1 分析减速器的模型 .14 3.2 减速器模型创建步骤 .14 3.3 减速器分解视图 .17 第四章减速器运动仿真 4.1 运动仿真概述 .18 4.2 元件连接 .19 4.3 机构仿真 .19 第五章设计总结 .22IV - 1 - 第一章 前言绪论 绪论 设计要求： 单级圆柱齿轮减速器： 输入功率 2.169kw，输入转速 480r/min，总传动比 4，效率 0.95，其他技术参数计算或者按照给定图纸；按计算结果和给定图纸进行减速器零件的三维建模，并装配，进行运动仿真检查零件间是否存在运动干涉；将主要零件（传动轴和齿轮）和装配体（标注关键尺寸）输出为工程图。要求螺栓、螺母
4、等用简化画法，不用画出实际的螺纹。设计说明书的主体为 P ro/E 的操作（ 70%以上），参数计算占小部分（小于 30%） 减速器的工作原理及其运用： 减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所需要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中可以见到它的踪迹。从交通的船舶，汽车，机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速器的应用，且在工业应用上，减速器具有减速及增加
5、转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。在目前用于传递动力和 运动的机构中，减速器的应用范围非常广泛。减速器的作用主要有： （ 1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出成减速比，但要注意不能超出减速器的额定扭矩。 （ 2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机，内燃机或其他高速运转的动力通过减速器的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速器也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它 的种类繁多，型
6、号各异，不同种类用不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可以分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可以分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可以分为圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器；按照传动的布置又可以分为展开式，分流式和同轴式减速器 PRO/E在机械设计中的应用： 经过漫长的发展岁月，产品设计手段在不断- 2 - 地提高，不断进步，不断成熟。从最早的手工绘图，到现在的广泛的使用计算机辅助设计来进行产品的设计，并且以后还会有更先进的设计手段出现。为了提高计算机辅助设 计的效果和节约设计成本和加工时间，我们做了这个关于 P RO/E 技术在产品设计当中的
7、应用的毕业设计，主要从 P RO /E的参数化设计，有限元分析，动态仿真，逆向工程等方面阐述了 P RO /E 在机械产品设计当中的应用价值及应用前景。本文介绍与应用了 P RO /E 造型设计中的参数化设计方式，涉及到了孔特征、倒圆角、螺旋扫描、阵列特征等的设计方法。然后通过 PRO/E 的组件的应用程序里的机构功能实现动态仿真，实现了产品的设计，模拟装配，模拟运行等过程，充分体现了 P RO /E在机械产品设计当中的应用价值及应用前景，并且结合了相关的资料讨论了一下三维设计的发展趋势。 单级圆柱齿轮减速器三维模型的设计概的优势： 1.参数化设计和特征功能 :P RO /E 是采用参数化设计
8、的，基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。 2.单一数据库 :P RO /E 具有一下特点和优势： (1)参数化设计和特征功能 PRO /E 是采用参数化设计的，基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。 (2)单一数据库 P RO /E 是建立在统一基层上的数据上，不像一些传统的CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓的单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节
9、上。 (3)全相关性 :P RO/E 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。 (4)基于特征的参数化造型 P RO/E 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要求 . (5)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
10、项工作，由于使用了 P RO /E 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。针对产品设计的不同阶段， P ro/E 将产品分为工业设计，机械设计，功能模拟，- 3 - 生产制造等几个大的方面，分别提供了完整 的产品设计解决方案。在这里我们将利用 P ro/E 的机械设计及模具设计的功能进行三维的建模。是建立在统一基层上的数据上，不像一些传统的 C AD/C AM 系统建立在多个数据库上。所谓的单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 3.全相关性
11、 Pro/E 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。 4.基于特征的参数化造型 Pro/E 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要求。 5.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/E
12、独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 6.针对产品 设计的不同阶段， P ro/E 将产品分为工业设计，机械设计，功能模拟，生产制造等几个大的方面，分别提供了完整的产品设计解决方案。在这里我们将利用 P ro/E 的机械设计及模具设计的功能进行三维的建模 。 - 4 - 第二章 主要零件工程图与设计 2.1 单级圆柱齿轮减速器结构分析 减速器中的零件包括上，下箱体，齿轮，齿轮轴，键，滚动轴承，端盖等，其中上下箱体和齿轮及齿轮轴的三维设计是比较复杂的，在用 Pro/E 进行三维造型时应用适当的命令，尽量使其三维设计简单化。 2.2 固定箱体底座的设计 箱体零件看起来较为复杂，但是实际上只需要用
13、到几个较为简单的特征创建命令，如拉伸去除，孔操作，倒圆角，镜像，复制和移动等。 创建步骤： a.新建零件 打开 Pro/E 软件，再打开新建工具栏中的创建文件图标，输入零件名称，确定显示基本平面以及坐标系。 b.创建下箱体底座毛胚 单击拉伸，在操控板中选定平面，进入草绘，绘制其底座的草图，完成后输入所拉伸的距离，单击确定。 c.内腔和凸缘特征的创建 这两个特征仍是采用实体拉伸的方法进行实体创建的。首先依然单击拉伸命令，进入选定的平面，选定草绘界面，绘制内腔的草图，绘制完成后输入拉伸深度，单击完成，然后用同样的方法做出凸缘特征，这里不再赘述。 d 轴承座的创建 首先在轴承座的一边利用拉伸，剪切功
14、能进行轴承座的基本特征创建，用上面类似的方法创建轴承座孔，与上面不同的是需要在拉伸的操作板中选定去除材料的选项，确定好去除材料的方向，单击确定。 e 筋的创建 创建筋的特征需要创建出一个新的基准平面，在两个轴座中心创建两个新的基准平面，完成后选取筋工具，在打开的操作板中选取相应的基准平面进行草绘，在草绘平面上绘制开放的筋剖面，输入厚度，单击确定。然后运用相同的方法绘制其他三个筋的特征。 f.孔的创建 1)创建凸缘上的孔 单击工作区特征栏中的孔工具，接受默认项创建直孔，根据系统提示放置平面，选定好参照，并在工作区中边线距离，孔的直径以及钻孔深度选择，参照平面选择凸缘的下表面，单击确定。特征创建完
15、成。然后用相同的方法创建凸缘上其他的孔。 - 5 - 2)创建底座上的孔 同样单击孔工具，接受默认项创建直孔，选取底座作为孔的放置平面，在孔的操作板上选取直孔，用草绘定义所钻孔的轮廓及剖面，注意在一些环节中要定义孔的中心轴，否则会出现草绘平面不成功，然后单击完成，用同样方法创作出其他的孔。 3)创建轴承座上的孔 轴承座上孔的创作方法与其在凸缘上创建孔的方法基本相同，在此不作赘述。 4)底板去除材料特征的创建 选取拉伸命令，选择底座作为草绘平面，然后绘制其剖面轮廓，然后在拉伸的操作板中选择去除材料选项，定义尺寸，然后单击完成。 倒圆角特征的创建 :在工程工具栏中选取倒圆角命令，选取 模型中需要倒
16、圆角的边，在输入对应的值之后，单击完成。 创建辅助特征 :下箱体的辅助特征包括放油尺凸台，创建该特征仅用到几个基本的特征命令，如拉伸，剪切，倒圆角等，创建过程不再详细介绍，完成所有的特征创建后的实体如下图所示： 图 1 减速器固定箱体 - 6 - 2.3 上箱体零件的造型设计 1.新建零件 按照下箱体的创建命令创建一个新的零件文件，命名，建立基本的平面与坐标系。 2.创建上箱体的凸缘特征 选取拉伸命令，进入草绘平面，然后绘制其上箱体的剖截面，然后完成，在拉伸的操作板上选取所要拉伸的长度，然后单击确定完成对凸缘特征的创建。 3.建轴承座的基本特征 选取拉伸命令，选取指定的平面进行草绘，绘出轴承座
17、的剖截面，然后完成，在拉伸的操作板上选取尺寸，然后单击确定完成特征的创建。 4 创建丄箱体的主体部分特征 a.创建主体部分的拉伸特征 b.单击拉伸命令，选择正确的草绘平面，绘制其剖面图，然后输入所要拉伸的尺寸，单击确定完成整体部分特征的创建。 c.创建主体部分特征的去除材料以及倒圆角特征 单击拉伸命令，使 用先前的草绘平面和参照，进入草绘编辑器绘制剖截面，完成绘制后，在拉伸的操作板中选择去除材料特征和拉伸项，输入所要拉伸的深度，单击完成对去除材料特征的创建。 d.创建轴承座 e.创建去除材料特征 f.单击拉伸命令，选择相应的平面作为草绘平面，打开草绘编辑器，绘制两部分圆形剖截面，单击确定完成草
18、绘，在拉伸的操作板上选取去除材料特征和完全贯穿特征，在模型上选取正确的拉伸去除方向，单击确定完成对模型去除材料特征的创建。 h.创建另一侧的轴承座特征 选择菜单栏中的编辑 /特征操作选项，弹出菜单管理器。单击复制，镜像，完成，根据提示在模型树中选取上面所创建的有关轴承座的各个特征，单击完成，选择 TOP 平面作为镜像平面，选取镜像面的同时完成上箱体另一侧轴承座特征的创建。 i.筋和孔以及倒圆角特征的创建 与下箱体一样，上箱体也需要创建筋和孔以及倒圆角，方法与箱体底座的创建基本相同，在这里也不再作详细的叙述。 l.创建辅助特征 上箱体的辅助特征包括窥视窗和启重螺钉凸台，这里也不再详细叙述它们的特征创建过程，完成所有的特征创建后的实体如下图所示：
