基于UG的減速器的建模及運動仿真畢業(yè)論文

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1、 目 錄 摘 要 - 3 - Abstract - 4 - 引 言 - 5 - 第一章 緒論 - 6 - 1.1減速器簡介 - 6 - 1.2、Unigraphics軟件簡介 - 6 - 1.3、減速器設(shè)計與UG的結(jié)合 - 6 - 1.4、本次設(shè)計工作內(nèi)容 - 6 - 1.5、本章小結(jié) - 7 - 第二章 減速器的理論設(shè)計 - 7 - 2.1 減速器傳動裝置總體設(shè)計 - 7 - 2.2 V帶設(shè)計 - 8 - 2.3各齒輪的設(shè)計 - 9 - 2.4 軸的設(shè)計 - 11 - 2.5 選定軸承 - 13 - 2.6 鍵的選定 - 14 - 2

2、.7 聯(lián)軸器的選定 - 14 - 2.8 各軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩 - 14 - 2.9 箱體的尺寸設(shè)計 - 15 - 2.10 減速器的潤滑 - 15 - 2.11 本章小結(jié) - 16 - 第三章 UG建模及裝配 - 17 - 3.1 軸的建模 - 17 - 3.2齒輪建模 - 20 - 3.3 箱體建模 - 22 - 3.4 其它零件的建模 - 24 - 3.5 軸與齒輪的裝配 - 30 - 3.6 減速器裝配 - 31 - 3.7 本章小結(jié) - 33 - 第四章 減速器的運動仿真 - 34 - 4.1 UG中插件“機構(gòu)” - 34 - 4.2 UG的運動分

3、析模塊 - 35 - 4.3 UG的運動仿真 - 36 - 4.4 減速器的運動仿真 - 37 - 4.5 分析驗證 - 40 - 4.6 本章小結(jié) - 41 - 結(jié)論和展望 - 42 - 參 考 文 獻 - 43 - 感謝信 - 44 - 插 圖 清 單 … 表 格 清 單 基于UG的減速器的建模及仿真運動 摘 要 齒輪傳動是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣的一種傳動形式。 它的工作條件是： 連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作時有輕微振動，使用期限為10年，小批量生產(chǎn)，單班制工作（8小時/天）。運輸速度允許誤差為5%。 設(shè)計方案為： 外傳動機構(gòu)為V帶傳動，減速器為

4、二級展開式圓柱齒輪減速器。 它的主要優(yōu)點是： ① 工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低且傳動效率高； ② 工作可靠、使用壽命長； ③ 適用的功率和速度范圍廣 ； ④ 傳動裝置的總效率，=0.85。 ⑤ 外輪廓尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊。 關(guān)鍵字：UG 減速器 建模 裝配 運動仿真 UG-based modeling and simulation of sports gear Abstract . Key word: Reduction gear、 Bearing 、gear 、mechanical drive  引 言 機械設(shè)計在機械工程中十分重要，它

5、是理論聯(lián)系實際的重要紐帶。本次課程設(shè)計不僅加深了我們對與課本理論知識的理解，更是將機械的理論與實際中的運用有機的結(jié)合并進行深層次的實踐訓(xùn)練，使學(xué)生對于理論聯(lián)系實際認(rèn)識更加清晰，為以后社會的經(jīng)驗埋下重要的伏筆，即鍛煉了我們的設(shè)計創(chuàng)新能力，又增強了機械設(shè)計構(gòu)思。 本次的設(shè)計任務(wù)是二級展開式圓柱齒輪減速器，減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。20世紀(jì)70－80年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合。 本次畢業(yè)設(shè)計綜合運用了機械設(shè)計及

6、其他機械課程的知識，使已學(xué)的知識得以鞏固、加深和拓展。提高了自己的計算、畫圖和運用手冊的能力。同時也給了我們電腦畫圖的機會。 最后借此機會向?qū)Ρ敬握n程設(shè)計提供過幫助的老師和同學(xué)表示由衷的感謝。  第一章 緒論 1.1減速器簡介 減速器：用于降低轉(zhuǎn)速、傳遞動力、增大轉(zhuǎn)矩的獨立傳動部件。 減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。20世紀(jì)70－80年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合。 1.2、Unigraphics軟件簡

7、介 UG是Unigraphics的縮寫，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。 UG具有三個設(shè)計層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(subsystemdesign)和組件設(shè)計(componentdesign)。 1.3、減速器設(shè)計與UG的結(jié)合 針對減速器設(shè)計的繁瑣與重復(fù)性，結(jié)合UG技術(shù)設(shè)計減速器，并進行減速器的仿真運動，目的市

8、減少減速器的設(shè)計周期。 1.4、本次設(shè)計工作內(nèi)容 A、減速器的理論設(shè)計： B、減速器傳動裝置總體設(shè)計 C、V帶設(shè)計 D、各齒輪的設(shè)計 E、軸的設(shè)計 F、箱體的設(shè)計 G、UG建模與裝配 H、運動仿真 1.5、本章小結(jié) 本章主要介紹了減速器的定義及需要設(shè)計的內(nèi)容，UG的定義；總體概括了本次設(shè)計的主要內(nèi)容，為下章設(shè)計埋下伏筆。  第二章 減速器的理論設(shè)計 2.1 減速器傳動裝置總體設(shè)計 本次設(shè)計的減速器為帶式運輸機的傳動裝置。其工作條件為：連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作時有輕微振動，使用期限為10年，小批量生產(chǎn)，單班制工作（8小時/天）。運輸速度允許誤差為5%。 原始數(shù)

9、據(jù)： 運輸機工作軸轉(zhuǎn)矩T為690N.m； 運輸機帶速V為0.8m/s； 卷筒直徑D為320mm。 設(shè)計方案為： 外傳動機構(gòu)為V帶傳動，減速器為二級展開式圓柱齒輪減速器。 傳動裝置簡圖如下： 圖2-1 傳動裝置簡圖 經(jīng)研究，該傳動裝置滿足工作機的性能要求，適應(yīng)工作條件，且工作可靠，此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低且傳動效率高。 原動機選擇為Y系列三相交流異步電動機。 電動機的輸出功率： Pd （式2-1） 在減速器的設(shè)計中，涉及到許多數(shù)據(jù)的計算，其中的計算公式就不一一寫出，分

10、別參考《機械設(shè)計》、《機械設(shè)計課程設(shè)計》、《機械設(shè)計手冊》等文獻中。 取Pd=5.5KW 選擇電動機為Y132M1-6型。 其額定功率為4KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min； 其額定轉(zhuǎn)矩為2.0Nm，最大轉(zhuǎn)矩為2.0Nm。 查機械設(shè)計課程設(shè)計表19-3，其外型尺寸為（mm）： A：216 B：178 C：89 D：38 E：80 F：10 G：33 H：132 K：12 AB：280 AC：270 AD：210 HD：315 BB：238 L：235 傳動裝置總效率： （式2-2）

11、 =0.85 總傳動比為：i= i 1 i2 i3=20 （式2-3） 各級傳動比分別為：i 1=2.5 i2=2.62 i3=3.07 2.2 V帶設(shè)計 外傳動帶選為A型V帶。 參考《機械設(shè)計》圖5-12a及表5-3，選?。? 主動帶輪直徑D1=112mm 從動帶輪直徑D2=iD1=280mm 帶速V=5.63m/s 傳動比為 i1=2.5 從動輪轉(zhuǎn)速為n2=960/2.5=380R/min 中心距為α=720mm 中心

12、距調(diào)整范圍為αmin=690mm αmax=780mm 小帶輪包角為a1=1660 經(jīng)計算確定V帶根數(shù)為5根 其中小帶輪采用實心式結(jié)構(gòu)，大帶輪采用孔板式結(jié)構(gòu)。 2.3各齒輪的設(shè)計 設(shè)計中齒輪都采用直齒圓柱齒輪,材料都選用45號鋼,鍛選項毛坯,大齒輪正火處理,小齒輪調(diào)質(zhì),均采用軟齒面。齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6，軟齒面閉式傳動，失效形式為占蝕。 齒輪的結(jié)構(gòu)形式為：兩小齒輪采用實心結(jié)構(gòu)，兩大齒輪采用復(fù)板式結(jié)構(gòu)。 設(shè)計準(zhǔn)則：按齒面接觸疲勞強度計算，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 以高速級齒輪設(shè)計為例?？紤]傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取Z1=34，則

13、Z2=Z1i2=342.62=89,按齒面接觸疲勞強度設(shè)計， （式2-4） T1=9.55106P/n=9.551065.42/384=134794Nmm 由《機械設(shè)計》圖（7-6）選取材料的接觸疲勞，極限應(yīng)力為： бHILim=580 бHILin=560 由圖（7-7）選取材料彎曲疲勞極限應(yīng)力為： бHILim=230 бHILin=210 應(yīng)力循環(huán)

14、次數(shù)N計算 N1=6.64109 N2=N1/u=6.64109/2.62=2.53109 由圖7-8查得接觸疲勞壽命系數(shù)為： ZN1=1.1 ZN2=1.04 由圖7-9查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為： YN1=1 YN2=1 由圖7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)為： SFmin=1.4 又YST=2.0 試選 Kt=1.3 求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：

15、 （式2-5） （式2-6） 將有關(guān)值代入下式得 （式2-7） 則 V1=(πd1tn1/601000)=1.3m/s ( Z1 V1/100)=1.3(34/100)m/s=0.44m/s 查圖7-10得Kv=1.05,由表7-3查得KA=1.25，由表7-4查得Kβ=1.08,取Kα=1.05，則KH=KAKVKβKα=1.42,修正 （式2-8）

16、 M=d1/z1=1.96mm 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)： m=2 計算幾何尺寸 d1=mZ1=234=68 d2=mZ2=289=178 齒輪Z1和Z2之間中心距為a=m(Z1+Z2)/2=123 b=Φddt=168=68 取b2=65 b1=b2+10=75 校核齒根彎曲疲勞強度： 可查得，YFS1=4.1, YFS2=4.0, 取Yε=0.7 由下式校核大小齒輪的彎曲強度: （式2-9） （式2-10） 同理

17、設(shè)計出另兩個齒輪,最終設(shè)計出的各個齒輪的相關(guān)數(shù)據(jù)如下： 高速軸上小齒輪Z1： 齒數(shù)Z=34 分度圓d1=68 模數(shù)m=2 安裝軸處直徑d=44 齒寬b=75 齒頂高h(yuǎn)a=2mm 齒根高h(yuǎn)f=2.5mm 齒高h(yuǎn)=4.5mm 齒頂圓da=72mm 齒根圓df=63mm 齒距p=6.28mm 齒厚s=3.14mm 齒槽寬e=3.14mm 頂隙c=0.5mm 中間軸上大齒輪Z2： Z=89 d2=178 m=2 d=49 b=65 ha=2

18、 hf=2.5 h=4.5 da=182 df=173 p=6.28 s=e=3.14 c=0.5 D1=78.4 D2=162 D0=120 D3=20 R=5 C=13 中間軸上小齒輪Z3： Z=34 d3=85 m=2.5 d=49 b=95 ha=2.5 hf=3.125 h=5.625 da=90 df=78.75 p=7.85

19、 s=e=3.925 c=0.625 低速軸上大齒輪Z4： Z=104 d4=260 m=2.5 d=64 b=85 ha=2.5 hf=3.125 h=5.625 da=265 df=253.75 p=7.85 s=e=3.925 c=0.625 D1=102.4 D2=235 D0=168.7 D3=33.15 R=5 C=17 2.4 軸的設(shè)計 以高速軸的設(shè)計

20、為例: (1)、選擇軸的材料及熱處理 由于減速器傳遞的功率不大,對其重量和尺寸也無特殊要求,故選擇常用材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。 (2)、初估軸徑 按扭矩初估軸的直徑，查機械設(shè)計手冊表10-2，得C=106～117，考慮到安裝聯(lián)軸器的軸段僅受扭矩作用。取C=110，，則： D1min= （式2-11） D2min= D3min= (3)、初選軸承 高速軸1選軸承為6008 中間軸2選軸承為6009 低速軸3選軸承為6012 (4)、軸各段直徑的確定 初估軸徑后，可

21、按軸上零件的安裝順序，從左端開始確定直徑。該軸軸段1安裝軸承，該段直徑選為40mm。2段裝齒輪，為了便于安裝，取2段為44mm。齒輪右端用軸肩固定，計算得軸肩的高度為4.5mm,故取3段為53mm。4段不裝任何零件，但考慮到軸承的軸向定位，及軸承的安裝，取4段為42mm。5段裝軸承，直徑和一段一樣為40mm。6段應(yīng)與密封毛氈圈的尺寸同時確定，查機械設(shè)計手冊，選用JB/ZQ4606-1986中d=36mm的毛氈圈，故取6段為36mm。7段裝大帶輪，取為32mm>dmin。 (5)、軸各段長度的確定 軸段1的長度為軸承6008的寬度和軸承到箱體內(nèi)壁的距離再加上箱體內(nèi)壁到齒輪端面的距離，取L1=

22、32mm。2段應(yīng)比齒輪寬略小2mm，故L2=73mm。3段的長度按軸肩寬度公式計算，L3=6mm。4段：L4=109mm。L5和軸承6008同寬取L5=15mm。L6=55mm，7段同大帶輪同寬取L7=90mm。其中L4和L6是在確定其它段長度和箱體內(nèi)壁寬后確定的。 (6)、軸上零件的周向固定 為了保證良好的對中性，齒輪與軸選用過盈配合H7/r6。與軸承內(nèi)圈配合軸勁選用k6，齒輪與大帶輪均采用A型普通平鍵聯(lián)接，分別為1263 GB1096-1979及鍵1080 GB1096-1979。 (7)、軸上倒角與圓角 為保證6008軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊的推薦，取軸肩圓

23、角半徑1mm，其它軸肩圓角半徑均為2mm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB6403.4-1986，軸的左右端倒角均為145。 經(jīng)軸的彎扭合成強度校核和軸的安全系數(shù)校核，均符合要求。 各軸的設(shè)計如下簡圖所示： 圖2-2 高速軸 圖2-3 中間軸 圖2-4 低速軸 2.5 選定軸承 通過軸的設(shè)定，確定軸承。 高速軸上軸承選為6008 中間軸上軸承選為6009 低速軸上軸承選

24、為6012 經(jīng)校核各軸承壽命符合要求。 2.6 鍵的選定 高速軸上的鍵選為： 鍵1 1263 鍵2 1080 中間軸上的鍵選為： 鍵3 1456 鍵4 1480 低速軸上的鍵選為： 鍵5 1870 鍵6 14100 經(jīng)校核各鍵的強度都符合要求。 2.7 聯(lián)軸器的選定 聯(lián)軸器選擇為TL8型彈性聯(lián)軸器 GB4323—84 2.8 各軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩 各軸的輸入功率 電動機軸 Pd=5.5KW 高速軸1 P1=Pdη8η7

25、=5.50.950.99=5.42 中間軸2 P2=P1η6η5=5.420.970.99=5.20 低速軸3 P3=P2η4η3=5.200.970.99=5.00 工作機軸 P4=P3η2η1=5.000.990.99=4.90 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 T1=9550Pdi1η8η7=95505.52.50.950.99=128.65 T2=T1i2η6η5=128.652.620.970.99=323.68 T3=T2i3η4η3=323.683.070.970.99=954.25 T4=T3η2η1=954.230.990.99=935.26  軸號

26、功率p 轉(zhuǎn)矩T 轉(zhuǎn)速n 傳動比i 效率 電機軸 5.5 2.0 960 1 1 高速軸 5.42 128.65 384 2.5 0.94 中間軸 5.20 323.68 148 2.62 0.96 低速軸 5.00 954.25 48 3.07 0.96 工作機軸 4.90 935.26 48 1 0.98 2.9 箱體的尺寸設(shè)計 經(jīng)綜合考慮，箱體的主要數(shù)據(jù)設(shè)計如下： 箱體壁厚 10mm 箱蓋壁厚 10mm 箱座凸緣厚度 15mm 箱蓋凸緣厚度 15

27、mm 箱座底凸緣厚度 25mm 地腳螺栓直徑 M12 地腳螺栓數(shù)目 4 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑 M12 軸承端蓋螺釘直徑 M8 箱座，箱蓋肋厚 7mm 2.10 減速器的潤滑 1、齒輪的潤滑 因齒輪的圓周速度〈12m/s，所以才用浸油潤滑的潤滑方式。 高速齒輪浸入油里約0.7個齒高，但不小于10mm，低速級齒輪浸入油高度約為1個齒高（不小于10mm），1/6齒輪。 2、滾動軸承的潤滑 因潤滑油中的傳動零件（齒輪）的圓周速度V≥1.5～2m/s,所以采用飛濺潤滑。 2.11 本章小結(jié) 本章主要介紹了減速器的相關(guān)參

28、數(shù)設(shè)計，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。該章是本次設(shè)計的基礎(chǔ)，它為后序工作提供了依據(jù)，在設(shè)計中占有一定分量。 第三章 UG建模及裝配 要進行減速器的運動學(xué)分析，必須首先建立減速器的三維參數(shù)化模型。通過第二章對減速器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計，現(xiàn)在可以通過UG軟件對減速器的各零部件進行三維造型并實現(xiàn)裝配。 3.1 軸的建模 由第二章中軸設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)，在UG NX4.0中實現(xiàn)對軸的三維造型。圖形分別如下所示： 圖3-1 高速軸 在對軸的建模中，操作步驟一般為：先進入草圖，畫出草圖。 將軸線約束到X軸上，對上圖完成約束后，完成草圖，選

29、擇所畫草圖為對象，繞X軸旋轉(zhuǎn)即可。再在軸上拉伸兩個鍵槽，最后對軸兩端倒45o邊角，對個軸肩倒半徑為1的圓角。  圖3-2 中間軸 圖3-3 低速軸 3.2齒輪建模 在對齒輪造型過程中，主要步驟是先建立一個圓柱，直徑與齒根圓直徑相同，高度為齒輪寬度，再進入草圖中畫出齒廓形狀，完成草圖后拉伸，并求和，再對拉伸后的輪齒進行環(huán)行陣列，輪齒完成后再建立插鍵孔[3]。 由于小齒輪是實心體結(jié)構(gòu)，建模易完成；而大齒輪為了節(jié)省材料和減輕重量，采用的是孔板式結(jié)

30、構(gòu)，再進行上述步驟后，還要進行打孔操作。各齒輪造型如下： 圖3-4 齒輪Z1 圖3-5 齒輪Z2 圖3-6 齒輪Z3 圖3-7 齒輪Z4 3.3 箱體建模 對箱體的建模包括上箱體和下箱體。箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過UG對其造型步驟繁多，造型結(jié)果如下： 圖3-8 上箱體 圖3-9 下箱體 3.4 其它零件的建模 (1)軸承 設(shè)計中選用的軸承為深溝球軸承，它包括內(nèi)外圈、滾動體（球）、保持架，故要

31、在UG中先對其子零件進行三維造型，在通過裝配功能實現(xiàn)對軸承的造型。分別如下： 圖3-10 內(nèi)外圈 圖3-11 球體 圖3-12 保持架 圖3-13 軸承裝配 該減速器中共有6個軸承，每個軸上有一對同樣的軸承，而三對軸承雖然大小有所區(qū)別，但是形狀相同，故此，只取高速軸上其中的一個為例。 （2）軸承端蓋 軸承端蓋與軸承相對應(yīng)，也有6個，每根軸上一對。雖然每對大小相同，但在高速軸和低速軸上兩端的軸承端蓋是有區(qū)別的，因為高速軸為輸入軸，它的一端伸出箱體外面，與大帶輪相連；故其中有個軸承端蓋的蓋中

32、間要打通孔，且孔的直徑應(yīng)比對應(yīng)該段軸的直徑大些。低速軸為輸出軸，它的一端也伸出箱體外，故情況和高速軸相同。 雖然三對軸承端蓋有所區(qū)別，但形狀一樣，只是尺寸不同，故以高速軸上的兩個為例。造型如下： 圖3-14 軸承端蓋 圖3-15 軸承端蓋 （3）螺釘、螺栓、螺母 因為圖中螺釘、螺栓、螺母較多，故分別選取其中一個為例。圖形如下 圖3-16 螺釘 圖3-17 螺母

33、 圖3-18 螺栓 （4）平鍵、定位銷 圖3-19 平鍵 圖3-20 銷 （5）窺視孔蓋 圖3-21 窺視孔蓋 3.5 軸與齒輪的裝配 在軸和齒輪建模都完成后，可將齒輪裝配到軸上，通過鍵將齒輪在軸圓周方向上固定，在總裝配中，軸向上通過套筒固定齒輪和軸承。 在軸與齒輪的裝配中，可先將鍵裝配到軸上，通過三次面配對約束即可，在通過兩次面配對約束即可將齒輪裝配到軸上。圖形分別如下：

34、圖3-22 高速軸齒輪裝配 圖3-23 中間軸齒輪裝配 圖3-24 低速軸齒輪裝配 3.6 減速器裝配 虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特征和精度特性，真實地模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維裝配，在減速器的開發(fā)過程中應(yīng)用這種方法可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少樣機實驗次數(shù)，迅速地對市場作出反映，并降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)的競爭力[4]。 減速器在UG中進行裝配,主要是通過(面、線、點、邊緣等)配對、對齊、角度、平行、中心、距離、相切約束實現(xiàn)的。為了

35、便于觀看，裝配如下： 圖3-25 減速器裝配 在完成上圖裝配后，再將上箱體和其它零件（包括螺栓、螺母、螺釘、定位銷、窺視孔蓋、油標(biāo)、螺塞等）完全裝配上去。結(jié)果如下圖： 圖3-26 減速器總裝配 對上圖創(chuàng)建爆炸視圖，所謂裝配爆炸圖是將各個部件按照一定的模式，偏離原來的裝配位置的拆分圖形。如下： 圖3-27 減速器裝配爆炸圖 3.7 本章小結(jié) 本章主要展示了通過UG NX4.0軟件對減速器各零件進行建模，最后并實現(xiàn)裝配。通過UG建模是本次設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，只有正確的

36、建模和裝配才能為減速器運動仿真的實現(xiàn)提供可靠的保障。故本章內(nèi)容在本次設(shè)計中起著重要的作用。 第四章 減速器的運動仿真 運動仿真能讓設(shè)計工程師建立、評估和優(yōu)化部件在現(xiàn)實環(huán)境中的運動，以便最佳地滿足工程和性能需求。當(dāng)在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段應(yīng)用運動仿真、并且作為設(shè)計過程的一個完整部分時，運動仿真可以對產(chǎn)品性能提供寶貴見解，這些見解可以幫助發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計問題。運動仿真有助于從一開始就獲得產(chǎn)品模型，因此，它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)揚設(shè)計優(yōu)點。 通過第三章對減速器建模和裝配的完成，接下來便可以通過UG對減速器進行運動仿真。 4.1 UG中插件“機構(gòu)” 在UG軟件下進行運動仿真，必須添加“

37、機構(gòu)”插件，才能操作，可見“機構(gòu)”插件在UG中發(fā)揮著重要的作用?！皺C構(gòu)”插件的添加步驟如下： 單擊“程序”→“控制面板” 進入控制面板界面如下圖 圖4-1 控制面板界面 單擊“添加/刪除程序”進入界面，找到UGS NX4.0，選中后，選擇“更改”，再點擊“下一步”，選擇“修改”單擊“下一步”，出現(xiàn)如下界面： 圖4-2 自定義安裝界面 選擇“MECH”即“機構(gòu)”插件，單擊“下一步”便可以安裝了。安裝完后，將計算機重新啟動后便可使用了。 4.2 UG的運動分析模塊 UG

38、 NX4.0的運動分析模塊是用于建立運動機構(gòu)模型，分析結(jié)構(gòu)模型運動規(guī)律的CAE模塊。每種運動分析方案歸根結(jié)底都來自于運動機構(gòu)的裝配主模型，而獨立于主模型和其它方案的模型。UG公司主模型是單一數(shù)據(jù)源的設(shè)計思想在這里得到體現(xiàn)。 運動分析模塊可以進行機構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件在機構(gòu)運動中的軌跡，分析機構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。分析結(jié)果可以指導(dǎo)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，使零件設(shè)計在運動分析中不斷趨于合理[5]。 UG NX4.0在運動分析模塊中的幾個概念如下： （1）連桿。指運動機構(gòu)中所有的運動零件。因為所有的運動零件必須和連桿相連，所以必須有一個連桿不能有位移。 （2）運

39、動副。就是將機構(gòu)中的連桿連接在一起，從而是連桿一起運動。另外，運動副約束連桿在規(guī)定餓范圍內(nèi)運動。 （3）運動驅(qū)動。使賦在運動副上控制運動的運動副參數(shù)。在UG NX4.0中有5種類型，分別是無、恒定的、諧波、一般和球鉸。 ① 無。指沒有外加的運動驅(qū)動賦在運動副上。 ② 恒定的。設(shè)置某一運動副為等常運動，需要輸入的參數(shù)包括位移、速度和加速度。 ③ 諧波。產(chǎn)生一個光滑的向前或向后的正弦運動，需要輸入的參數(shù)包括振幅、頻率、相位角和位移。 ④ 一般。用數(shù)學(xué)函數(shù)描述復(fù)雜的運動驅(qū)動。 ⑤ 球鉸。運動副以特定的步長和特定的步數(shù)運動，需要輸入的參數(shù)為步長和步數(shù)。 在UG NX4.0中文版的操作界面

40、中，單擊“標(biāo)準(zhǔn)”工具條中的“起始”→“所有應(yīng)用模塊”→“運動仿真”命令，便進入運動分析模塊。 單擊繪圖工作區(qū)右側(cè)資源條上的“運動導(dǎo)航器”按鈕，顯示如下所示界面 圖4-3 “運動導(dǎo)航器”界面 運動導(dǎo)航器用于管理運動分方案的部件文件。一個部件的裝配文件可以有多個運動分析方案，也就是說在根節(jié)點下可以有多個運動分析方案節(jié)點。 4.3 UG的運動仿真 （1）創(chuàng)建連桿 在UG下進行運動仿真，首先得創(chuàng)建連桿。 在“運動導(dǎo)航器”中的根節(jié)點上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊“新建仿真”命令，建立新的運動分析方案。 界面上會顯示“運動”工具條。單擊“運動

41、”工具條中的（連桿）工具，彈出“連桿”對話框，便可以創(chuàng)建連桿了。 （2）創(chuàng)建運動副 創(chuàng)建完連桿后，接下來便創(chuàng)建運動副。 在運動副創(chuàng)建前，機構(gòu)中的連桿是沒有任何約束的，具有6個自由度。分別是沿X方向的移動、沿Y方向的移動、沿Z方向的移動、繞X方向的轉(zhuǎn)動、繞Y方向的轉(zhuǎn)動和繞Z方向的轉(zhuǎn)動。當(dāng)創(chuàng)建運動副后，會約束一個或幾個方向上的自由度。 UG NX4.0運動分析模塊提供13種運動副類型，共分為兩大類，其中普通類型9種，特殊類型4種。普通類型的運動副只與自身有關(guān)，而特殊類型的運動副是在兩個普通類型運動副基礎(chǔ)上定義了兩者之間特殊運動關(guān)系的運動副（如旋轉(zhuǎn)副+滑動副=螺旋副）。 在減速器的運動仿真

42、中，主要是創(chuàng)建簡單的旋轉(zhuǎn)副。創(chuàng)建簡單旋轉(zhuǎn)副分為3步。 ①選擇運動副約束的連桿； ②選擇運動副的原點； ③確定運動副的方向。 在選擇連桿時，選擇待約束的連桿中任意屬于連桿的對象。當(dāng)選中對象后，屬于連桿的所有對象自動高度顯示。 （注意：UG運動分析模塊用首先選中的對象推斷要創(chuàng)建的運動副的原點和方向。） 如果首先選中的對象是圓弧或圓，則運動副的原點設(shè)在圓弧或圓的圓心，運動副的Z軸方向垂直于圓的平面。 如果首先選中的對象是直線，則運動副的原點設(shè)在直線最近的控制點上，且運動副的Z軸方向平行于直線。 如果首先選中的對象不能明確確定運動副的原點和方向，則運動副的原點和方向必須在創(chuàng)建運動副過程

43、的第2步和第3步定義。所以如果選擇好初始的連桿則可以方便地定義好運動副的原點和方向，可以省略定義原點和方向。如果運動副的原點和方向都定義正確就可以選擇第3步。 （3）創(chuàng)建運動驅(qū)動 運動驅(qū)動是賦予運動副上用于控制運動的運動副參數(shù)。當(dāng)創(chuàng)建或編輯一個運動副時，“運動副”對話框中會顯示“運動驅(qū)動”選項框，其中包括5種驅(qū)動類型，分別是無、恒定的、諧波、一般和球鉸。 （4）運動仿真功能 在設(shè)置好運動驅(qū)動后，即可進入運動分析。 單擊運動分析工具條中的“動畫”工具，彈出“分析選項”對話框。 運動分析按輸入的時間和步數(shù)進行仿真分析，“時間”表示模型分析的時間，“步數(shù)”代表在此時間段內(nèi)分幾個順態(tài)位置進

44、行分析和顯示。 仿真分析結(jié)束后系統(tǒng)會創(chuàng)建后綴為“res”的結(jié)果文件，每次運動仿真會覆蓋上一次結(jié)果文件，可以將每次結(jié)果文件重新命名以備日后查看[6]。 4.4 減速器的運動仿真 本次設(shè)計對減速器的運動仿真主要是能觀測軸和齒輪的轉(zhuǎn)動以及齒輪間的傳動。為了便于操作和觀測，選擇第三章中的減速器裝配圖3-25的裝配文件來建立運動仿真的文件。 在UG下打開裝配圖3-25的文件（cgjzp2），單擊“標(biāo)準(zhǔn)”工具條中的“起始”→“所有應(yīng)用模塊” →“運動仿真”命令，進入運動分析模塊，再單擊繪圖工作區(qū)右側(cè)的資源條上的“運動導(dǎo)航器”按鈕，在“運動導(dǎo)航器”中的根節(jié)點（cgjzp2）上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快

45、捷菜單中單擊“新建仿真”命令，建立新的運動分析方案文件motion1、motion2,以motion2為例： 按著UG運動仿真的一般步驟，對減速器運動仿真的實現(xiàn)，首先創(chuàng)建連桿。 （1）選擇高速軸及軸上的齒輪作為連桿L001； （2）選擇中間軸及軸上的兩個齒輪作為連桿L002； （3）選擇低速軸及軸上的齒輪作為連桿L003。 再創(chuàng)建運動副。 （4）選擇高速軸其中一端的軸端圓，則軸端圓的圓心就是運動副的原點，軸線方向就是運動副的方向，作為運動副J001。 （5）同理選擇中間軸一端的軸端圓，作為運動副J002。 （6）選擇低速軸一端的軸端圓，作為運動副J003 接下來創(chuàng)建齒輪傳動

46、 （7）單擊“運動”工具條中的“齒輪和齒條副”，出現(xiàn)如下界面 圖4-4 “齒輪和齒條副”界面 單擊“齒輪”出現(xiàn)如下界面 圖4-5 “齒輪”界面 選擇創(chuàng)建好的運動副J001和J002的原點Z1和Z2，就可以在上述“齒輪”對話框中的比率里輸入齒輪Z1和Z2之間的傳動比，傳動比為2.62,點擊應(yīng)用。 同理選擇運動副J002和J003的原點Z2和Z3，，輸入傳動比3.07，點擊應(yīng)用。 再創(chuàng)建運動驅(qū)動 （8）點擊“運動導(dǎo)航器”下的motion2，右擊J001（可選擇運動副中的任何一個），點擊編輯，出現(xiàn)對話框如

47、圖4-6 在“運動驅(qū)動”行內(nèi)選擇恒定的，顯示對話框如圖4-7 在“速度”欄內(nèi)輸入15，應(yīng)用。 圖4-6 “運動副”對話框 圖4-7 “運動驅(qū)動”選項框 最后進行運動仿真功能。 （9）單擊“運動分析”工具條中的“動畫”工具，彈出“分析選項”對話框如下： 圖4-8 “分析選項”對話框 在“時間”欄內(nèi)輸入50，“步數(shù)”輸入150，點擊確定，出現(xiàn)“動畫”對話框如下： 圖4-9 “動畫”對話框 點擊播放按鈕，便可以觀察減速器中軸、齒輪的

48、轉(zhuǎn)動及三根軸間明顯的轉(zhuǎn)速快慢。 這樣，便完成了在UG下對減速器運動仿真的實現(xiàn)。 4.5 分析驗證 在運動仿真功能中，通過速度、時間和步數(shù)輸入的不同，得到的結(jié)果也不一樣。 當(dāng)時間與步數(shù)分別定為50和150不變時。 改變速度為5，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪的轉(zhuǎn)速明顯變慢。速度過慢，不便于觀察減速器的運動。 再改變速度為25，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪的轉(zhuǎn)速明顯變快，而且齒輪Z1和Z2的轉(zhuǎn)向反了，速度過快，也不便于觀察減速器的運動。 當(dāng)速度和步數(shù)分別定為15和150不變時。 改變時間為30，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪轉(zhuǎn)速變慢，運動過程時間過短，不便于觀察減速器運動。 再改變時間為80，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪轉(zhuǎn)速變快，且齒輪Z

49、1和Z2轉(zhuǎn)向反了。 當(dāng)速度和時間分別定為15和50不變時。 改變步數(shù)為100，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪的轉(zhuǎn)速變快，且齒輪Z1和Z2轉(zhuǎn)向反了。 再改變步數(shù)為200，可發(fā)現(xiàn)軸和齒輪的轉(zhuǎn)速變慢，不便于觀察減速器運動。 經(jīng)上述綜合分析比較，速度、時間、步數(shù)分別為15、50、150比較合理。 4.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了UG NX4.0軟件的運動仿真功能，及通過UG對減速器運動仿真的實現(xiàn)，是本次設(shè)計的主體部分。 結(jié)論和展望 傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計通常采用平面圖形表示機械零件及其裝配關(guān)系，設(shè)計結(jié)果是在某一個位置的靜態(tài)圖形。這重方法難以反映機器在運行過程中各零件的運動狀態(tài)及其相對位置關(guān)系

50、，無法直觀地判斷其運動是否合理，各零件之間是否存在干涉等問題。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展及計算機硬件性能的不斷提高，三維建模、裝配、及計算機運動仿真技術(shù)逐步得到應(yīng)用，應(yīng)用這些技術(shù)就可以進行機器的運動仿真分析。 Unigraphics是集CAD/CAE/CAM于一體的軟件集成系統(tǒng)，它的功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計、功能工程、分析到制造的過程。本次設(shè)計通過UG NX4.0對減速器建模、裝配及實現(xiàn)運動仿真，可以使減速器的設(shè)計更加直觀，易于分析，而且提高了設(shè)計的效率和降低了生產(chǎn)成本，將UG應(yīng)用到減速器的設(shè)計中，不僅優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，還提高了產(chǎn)品的可靠性。這項技術(shù)在

51、機械工程、化工設(shè)備、汽車制造等多種領(lǐng)域有很強的實用和推廣價值。 通過本次設(shè)計，取得的成果有以下幾點： （1）通過查機械設(shè)計課程設(shè)計、機械設(shè)計手冊、減速器設(shè)計選用手冊等相關(guān)資料，完成了減速器的參數(shù)部分設(shè)計。 （2）熟練掌握UG建模的基本功能，順利地通過UG NX4.0軟件完成了對減速器各零部件的三維造型。 （3）通過UG的裝配功能，及各種約束關(guān)系，合理地將減速器各零部件裝配在一起。 （4）通過UG的運動分析模塊及運動仿真功能，選擇出合理的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對減速器的運動仿真，并作出了分析驗證。 總結(jié)本次設(shè)計，存在的不足有以下幾點： （1）減速器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計中，數(shù)據(jù)繁多，尤其是減速器的零

52、部件中，很多是標(biāo)準(zhǔn)件，在選取計算中容易出現(xiàn)誤差。 （2）在UG對減速器所有零件進行三維造型時，由于許多標(biāo)準(zhǔn)件沒有現(xiàn)成的庫，所以給建模帶來很多不便，在造型中誤差難免。 （3）在UG中對減速器實現(xiàn)運動仿真，當(dāng)數(shù)據(jù)改變不大時，無法對其運動進行比較，也就不好分析出最佳的數(shù)據(jù)。 由于時間的關(guān)系，此次設(shè)計的研究工作還有許多缺陷和不足，有些問題沒有進行更深入的研究，不足之處有待于在今后的工作中發(fā)現(xiàn)和解決。 參 考 文 獻 [1] 徐錦康主編.機械設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998 [2] 陸玉，何在洲，佟延偉主編.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004 [3] 成

53、大先主編.機械設(shè)計手冊：第1～5卷[M].4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [4] 張展主編.減速器選用手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2002 [5] Guangli Zhang, Peng Zhang, Xue Hong, UG18BASIC TU TOR IAL Beijing: publishing company of Qinghua University, 2002 [6] 張燁.基于UG的減速器三維實體模型和運動仿真（英文）[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，第2期 [7] 馬秋成，韓利芬，羅益寧，聶松輝.基于UG平臺的齒輪CAD技術(shù)研究[J]

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