1、青 島 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告題 目：基于Solidworks的圓錐-圓柱齒輪減速器三維裝配體建模 學 院：xxxxxx機電工程學院 專 業(yè)：機械工程及自動化 姓 名：xxxx 指導教師：xxxxx 20xx年 xx 月 xx 日基于Solidworks的圓錐-圓柱齒輪減速器三維裝配體建模-開題報告1、本課題研究的意義齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸

2、齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結構上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結構形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭

3、近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。此次設計主要側重于在前邊設計基礎上進行實體的三維實體模型的建造，應用的軟件是比較常用的SolidWorks.當今比較常見的CAD軟件有SolidWorks、Pro/Engineer、Unigraphics、AutoCAD、MDT(MechanicalDesktop)等軟件。在以上所提到的軟件中SolidWorks是由美國SolidWorks公司于1995年11月研制開發(fā)的基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型的軟件,SolidWorks是世界各地用戶廣泛使用,富有技術創(chuàng)新的軟件系統(tǒng),已經(jīng)成為三維機械設計軟件的標準

4、。它可以十分方便地實現(xiàn)復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好,用戶易學易用。SolidWorks軟件于1996年8月由生信國際有限公司正式引入中國以來,在機械行業(yè)獲得普遍應用,目前用戶已經(jīng)擴大到三十多萬個單位。在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。Pro/Engineer是美國參數(shù)技術公司(ParametricTechnologyCorporation簡稱PTC)的產(chǎn)品,于1988年問世。Pro/E具有先進

5、的參數(shù)化設計、基于特征設計的實體造型和便于移植設計思想的特點,該軟件用戶界面友好,符合工程技術人員的機械設計思想。Pro/Engineer整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的完備的數(shù)據(jù)庫以及完整而多樣的模型上,由于它有二十多個模塊供用戶選擇,故能將整個設計和生產(chǎn)過程集成在一起。在最近幾年Pro/E已成為三維機械設計領域里最富有魅力的軟件,在中國模具工廠得到了非常廣泛的應用。UG起源于美國麥道(MD)公司的產(chǎn)品,1991年11月并入美國通用汽車公司EDS分部。UG由其獨立子公司UnigraphicsSolutions開發(fā),是一個集CAD/CAM/CAE于一體的機械工程輔助系統(tǒng),適用于航空、航天、汽車、通用機械以

6、及模具等的設計、分析及制造工程。UG是將優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結合在一起,還提供了二次開發(fā)工具GRIP、UFUNG、ITK,允許用戶擴展UG的功能。AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的一個具有交互式和強大二維功能的繪圖軟件,如二維繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發(fā)等功能,同時有部分三維功能。AutoCAD軟件是目前世界上應用最廣的CAD軟件,占整個CAD/CAE/CAM軟件市場的37%左右,在中國二維繪圖CAD軟件市場占有絕對優(yōu)勢。MDT是Autodesk公司在基于參數(shù)化特征實體造型和曲面造型的CAD/CAM軟件,它以三維設計為基礎,集設

7、計、分析、制造以及文檔管理等多種功能為一體,為用戶提供了從設計到制造一體化的解決方案。另外對于原有二維電子圖紙，如果能有效地將其上視圖轉變?yōu)槟軌蜻M行三維操作的草圖或草圖組，然后采用拉伸、旋轉、放樣等方法，三維數(shù)字化實體建模的任務將迎刃而解。這個問題的解決將會使大量的資源重新整合使用，并未以后的創(chuàng)新設計提供廣闊的思路和堅實的理論基礎。其中Solid Edge是面向大多數(shù)機械設計師的世界級的三維機械CAD軟件，其特點是建立在草圖編輯器(Sketch Editor)上，即通過建立一個或多個草圖，并對該草圖進行拉伸、旋轉、掃掠、放樣等，使之成為3維實體模型。這與我們先前設計2維CAD圖紙先建立的一個視

8、圖，然后由該視圖向下或向左投影的習慣是一致的。因此，采用Solid Edge進行三維設計，設計師無須改變原有傳統(tǒng)的設計習慣，只要掌握軟件的應用即可。隨著現(xiàn)代化設計的要求，企業(yè)在不斷完善已有產(chǎn)品的同時，必須著眼于、新產(chǎn)品的研發(fā)。因此，數(shù)字樣機已成為企業(yè)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質量的必由之路。然而，對于大多數(shù)具有設計研發(fā)能力的企業(yè)，都面臨著對原有的相對成熟產(chǎn)品設計的進一步繼承和完善，并在此基礎上開發(fā)研制新型的產(chǎn)品，這樣，對企業(yè)歷年來積累起來的2維CAD圖形向3維數(shù)字化模型的轉化成為其工作中的重要環(huán)節(jié)。 如何能夠快速有效地實現(xiàn)2維圖紙向3維數(shù)字模型的轉化，許多重要的三維機械CAD軟件

9、都作了大量的工作，在軟件中編制了相關的程序模塊，幫助企業(yè)用戶實現(xiàn)有效高速的2維圖紙3維化。同理，對原有二維電子圖紙，如果能有效地將其上視圖轉變?yōu)槟軌蜻M行三維操作的草圖或草圖組，然后采用拉伸、旋轉、放樣等方法，三維數(shù)字化實體建模的任務將迎刃而解。然而，事情并非如此簡單，三維實體設計的關鍵是在于其所生成的零件或部件之間應具有關聯(lián)性，對于定型的成熟產(chǎn)品，在通常設計中，采用自下而上的設計流程是可行的，但大多數(shù)情況下，無論是已有設備的完善還是更新設備的研發(fā)，自上而下的設計方式以及兩者結合進行設計的方式更符合設計的要求，因此，即使是以往的設計，也希望使各零部件配合或結合處具有關聯(lián)特性。實現(xiàn)CAX進行設計研

10、發(fā)是大中企業(yè)，研究院所和各個科研機構的必由之路。作為主流三維機械CAD軟件，Solid Edge還具有豐富的外部接口。由于同是Siemens PLM Software公司的產(chǎn)品Solid Edge的模型和NX模型在相互的軟件調用時，能夠實現(xiàn)實時更新，即當NX所調用的Solid Edge模型總是該模型最新的狀態(tài)。這樣為企業(yè)的CAX工程也提供了很好的選擇。企業(yè)從二維設計向全三維設計轉變是一個長期的過程，但設備在設計上的改良和創(chuàng)新卻時不我待，加之工程合同為了給制造常常是后墻不倒式的，調試留下足夠時間，設計環(huán)節(jié)周期往往很緊張。 10年的甩圖板工程使企業(yè)積累了大量的2維電子圖紙，這些電子圖紙按規(guī)范繪制，

11、無論零件圖還是部件圖，都能滿足尺寸精確、比例精準的要求。如果按照傳統(tǒng)思維，從二維轉三維零件建模，再到部件裝配，然后進行關聯(lián)化處理，無疑是一項繁瑣的工作。最好的方式是將典型部件的二維視圖直接導入三維機械CAD中，使其成為空間相關的草圖組，然后直接從這些部件草圖組中按照包含方式對各個零件進行拆解，采用各種手段使部件中各個零件的關聯(lián)得到保證。Solid Edge在二維圖檔三維化中很好的體現(xiàn)了這一點。圖1 二維CAD傳動輥圖紙圖1是某研究所典型機組中最常見的覆膠傳動焊接鋼輥的部件圖。從圖中可知，該部件由覆膠層和焊接鋼輥構成，而焊接鋼輥又分別由傳動端軸頭，輥體和軸頭三個部分(零件)組成。關聯(lián)尺寸包括覆膠

12、層內孔直徑與鋼輥滾身外徑相等，兩軸頭大端直徑與鋼輥輥身內徑相等。圖2 導入到Solid Edge中的輥子裝配圖打開Solid Edge，將圖1導入，隱藏不需要的層信息后，并調用軟件中“創(chuàng)建3D”工具，如圖2所示 導入工程圖的圖形即自動在裝配模板中的參考平面中建立相同草圖。對草圖處理是三維化圖紙的關鍵，基于關聯(lián)要求，這里可采用兩種方式來實現(xiàn)目標： 1)裝配圖裝配草圖驅動法，即對轉化而來的裝配件草圖進行尺寸參數(shù)化、變量化約束，消除相應的自由度后，再從再從該裝配草圖進行零件拆解，使零件與裝配草圖間建立尺寸關聯(lián)。以后只要改變該裝配草圖中的相關尺寸，由該草圖拆借而來的零件與之關聯(lián)的部分便會相應改變，達到

13、參數(shù)化繪圖的目的。變量化的工作同樣在裝配草圖中設定。最終實現(xiàn)參數(shù)化、變量化的三維設計。 圖3是約束了各個元素并進行驅動尺寸標注后的輥子裝配草圖。圖3 全約束后的驅動裝配草圖由于原二維設計的比例準確，草圖的標注顯得異常容易，這里所有元素的自由度完全被消除，為之后的尺寸參數(shù)化驅動打下基礎。變量設計是Solid Edge獨有的特色，通過零件之間，裝配件和子零件之間的變量契合和函數(shù)關系，實現(xiàn)裝配和零件間的關聯(lián)。 Solid Edge支持從裝配環(huán)節(jié)分拆零件以及顯式的草圖賦予了可以應用裝配草圖來驅動裝配體中各個零件的設計特點。 分別在已經(jīng)建立的輥子裝配環(huán)境下，采用零件模板建立覆膠輥面，采用裝配模板建立輥體

14、焊接件，再在該焊接件的環(huán)境下分別采用零件模板分別建立起兩個輥頭和鋼輥體的零件，使得這些實體均與裝配草圖的元素相關聯(lián)。對于焊接件的焊后加工部分采用不涉及零件的裝配特征來實現(xiàn)。 圖4是按照上述原則建立起來的傳動輥的裝配模型，所有零件均由裝配草圖來驅動。圖4 傳動輥裝配模型圖5是按上述原則建立起來的傳動輥的傳動軸頭零件模型，注意其與在裝配圖中的區(qū)別。圖6 增長裝配草圖中輥面尺寸后裝配體各零件的變化這種設計方法更接近于對參數(shù)化三維設計的傳統(tǒng)習慣，便于設計師從傳統(tǒng)二維設計向三維實體設計的轉變，且相關裝配和零件關聯(lián)均反映在平面草圖上，管理起來相對簡單的多。 圖6展示了改變裝配草圖中輥面長度后整個模型組所發(fā)

15、生的改變，所有與輥面長度相關零件的模型都隨之變化。 但是，這種設計方法不是完全的自上而下的，因為該裝配草圖必須具備相對結構簡單，零部件嵌套層數(shù)少的前提，對于大的、復雜的裝配是不實用的。 2)部件中各零件相關驅動法，即裝配草圖僅作為零件建模的來源，從裝配草圖中拆解出來的零件與草圖之間不再相關。拆解時首先選取一個或多個主零件，然后，在裝配環(huán)境中使其他零件與該主零件關聯(lián)，以后的參數(shù)化、變量化驅動均在實體模型上完成。 由于驅動源是相關的零件模型，只要選對裝配中關聯(lián)元最多的零件作為主零件，一旦拆解得當，直接用主零件來關聯(lián)其他零件即可。采用這種方法，不再受累于對復雜裝配草圖中各個元素間的關系約束和尺寸標定

16、，參數(shù)化、變量化工作基于實體模型完成。對于裝配中零部件嵌套層數(shù)的也沒有限制，能實現(xiàn)完全自上而下的設計流程，但該法要求首先主零件選擇要得當，對主零件的管理是實現(xiàn)該法的關鍵。 采用三維設計進行全新研發(fā)的最大特點之一是有能夠有效縮短設計周期，但設備的改進設計往往又具有繼承性，而前期圖紙還沒來得及三維實體化，這種情況下，在Solid Edge中可有效實現(xiàn)短周期設計的目標。圖7 草圖建模的卷取機渲染圖由于Solid Edge允許將草圖作為零部件與實體間進行裝配，因此可以將設備設計中需要繼承的那部分零部件二維CAD圖紙輸入到Solid Edge中作為草圖，然后可以對這些草圖進行動態(tài)裝配，這樣一則可以有效地

17、消除干涉，理清多自由度軌跡，從而加快設計步伐，減少設計中的錯誤；還可以使草圖和采用三維技術建立的參數(shù)化、變量控制的新零部件進行裝配，使這些新零部件的設計更趨于合理。 采用二維三維混合設計在二維向三維設計轉化的初期的另外一個突出的好處是，在設計檔期非常緊張的情況下，企業(yè)不需要大量的設計人員花費較長的時間去學習和熟練掌握使用三維軟件，這時大多數(shù)不需要改變結構只需更改尺寸的成熟圖紙完全可由二維設計完成，然后再由那些熟練掌握三維軟件的設計師在Solid Edge中進行后續(xù)新結構零部件的設計工作。 采用二維三維混合設計，對目前在軟件投資預算小的企業(yè)而言，優(yōu)勢在于企業(yè)無需一次投入巨大的資金來全面更新三維設

18、計軟件，采用混合設計逐步向全三維設計過渡，一方面可減小投資壓力，另外還可以減緩由于大規(guī)模人員培訓帶來的壓力。 對企業(yè)設計三維化過程中一個重要的任務是實體化模型的渲染及動態(tài)演示，這在企業(yè)樣本制作，向用戶、潛在用戶介紹產(chǎn)品，展示實力等方面具有重要意義。 每臺設備都是由可相對運動的部件組成，比如軋輥由電機在減速機構協(xié)調下能夠在軋機中機架中旋轉，在液壓缸驅動下可沿滑道上下移動，壓輥、導板在液壓缸驅動下可以擺動.，這要求各部件在裝配中相應的自由度不被約束。但所有這些都建立在相對運動的部分能夠被快速的、成比例的建立起實體模型。 由于企業(yè)的二維CAD圖紙均按尺寸比例完成，能夠滿精度輸入到Solid Edge

19、中，作為演示使用，可在Solid Edge中直接將相對運動的各部件作為零件從單機裝配草圖進行拆解，再對它們進行實體模型裝配消除不需要的自由度，進入裝配動畫模塊制作動態(tài)演示或進入渲染模塊進行各種風格的渲染即可。 圖7是用于向客戶演示的冶金設備中典型的卷取機的三維造型，從渲染圖中可以清楚看出，其實體模型完全是從輸入到Solid Edge中的三視草圖所建立的。由于是作為展示，裝配沒有按實際的零件拆解建模進行，而是按其相對運動的可固定的底座、擺動的壓輥、可平動的本體及可旋轉的滾筒等部分分別整體建模，最后再將這些相對運動的部分消除必要自由度裝配，即可進行動畫模擬。 圖8是按照上述原則建模后再裝配的圓盤剪

20、設備，由于裝配時只約束不必要的自由度，故各部件是具有相對運動關系的。請注意圖8中a圖b圖的不同。此外Solid Edge采用顯式草圖、獨有的帶狀工具條的操作流程，使軟件更易于學習和操作，對模型尤其是關聯(lián)于草圖的模型的編輯變得異常快捷。 2、本課題的主要任務本題目研究的目的在于設計一種大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的減速器，在對其總功能進行認真分析的基礎上，不僅要滿足以上優(yōu)點外還要還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創(chuàng)新，在滿足上述優(yōu)點的基礎時確定械系統(tǒng)總體方案和傳動系統(tǒng)方案8、9、10、11。并完成機械傳動系統(tǒng)的結構設計以及主要零件的三維造型和傳動系統(tǒng)裝配體建模。本人的設計重

21、點是機械傳動系統(tǒng)的設計，擬定、分析和選定傳動裝置的設計方案。選擇電動機，計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)，進行傳動零件的設計計算軸的初算 初選聯(lián)軸器和滾動軸承繪制裝配草圖，包括軸的結構設計、軸上零件固定與定位，傳動件與箱體間關系，確定軸承支承距離等。支反力計算，軸的強度驗算，軸承壽命計算軸系的結構設計：軸承組合結構，傳動件結構鏈的選擇與驗算箱體結構輪廓設計。減速器裝配工作圖的結構設計及繪制。零件工作圖的設計和繪制。整理、編寫設計說明書，設計圓錐-圓柱齒輪減速器12、13、14。3、具體實施方法在完成功能分析及分解的基礎上，初步確定的包裝機傳動系統(tǒng)方案如下：（1）完成基礎計算部分。（2）完成兩級

22、圓錐-圓柱齒輪傳動的設計及軸的結構設計。（3）完成減速器主要零件草圖設計。（4）完成減速器箱蓋、軸、軸承蓋等零件的三維造型。（5）完成圓錐圓柱齒輪減速器的三維裝配體建模。（6）編寫畢業(yè)設計說明書本課題需要解決的難點問題是基于Solidworks的圓錐-圓柱齒輪減速器的三維裝配體建模。研究工作需要的軟件主要有Solidworks三維設計軟件，主要零件及裝配圖二維圖紙的繪制工作及零件的三維造型和裝配體建模均需在計算機上完成。4、預期進度計劃各階段時間安排及應完成的工作:1周3 周 調研、閱讀文獻資料、翻譯英文資料，制訂減速器系統(tǒng)方案；4周5 周 完成減速器傳動系統(tǒng)主要零件的設計計算和校核計算； 6周8周 完成主要零件進行三維造型；10周12周