基于solidworks的行星减速机的三维设计及虚拟装配.doc

基于SolidWorks的行星减速机的三维设计及虚拟装配H录刖H 1第一章绪论 31. 1引言31.2研究背景和意义 31.3国内外行星减速机发展状况 51.4课题研究的内容 6第二章 行星减速机的总体方案设计 72.1行星轮系的组成及分类 72. 1. 1周转轮系的组成72.1.2周转轮系的分类72.2行星齿轮传动的命名及类型 82. 2.1 2K-II型行星齿轮分类 82. 2. 2 2K-H (NGW)型行星齿轮传动形式92. 3行星减速机的方案选定 102. 3. 1原始条件 102. 3. 2方案选定 102. 4行星减速机电动机的选择10 2.5行星减速机的运动学和受力分析简介11第三章 行星减速机轴的设计及计算 133.1轴的功用及分类133. 2输入轴的结构设计及计算133. 2. 1输入轴的结构设计133. 2.2输入轴的校核计算153.3输出轴的结构设计及计算153. 3. 1输出轴的结构设计153. 3.2输出轴的校核计算163.4轴的材料选用173.5轴承型号的选择 173. 5. 1滚动轴承的特点173. 5.2滚动轴承的分类183. 5. 3轴承选定 18第四章行星减速机的齿轮结构设计及计算194. 1齿轮材料的选择194.2行星齿轮传动的配齿计算194. 2.1行星齿轮传动中分配各轮齿数应满足的条件194. 2. 2 2K-H型行星齿轮传动的配齿计算 224.3行星齿轮传动的主要参数初步计算234.4行星齿轮传动的几何尺寸计算244.5行星齿轮传动的强度校核计算244. 5.1齿面接触强度的校核计算 244.5. 2齿根弯曲强度的校核计算 264.6齿轮的结构设计28第五章 基于SolidWorks的行星减速机的三维设计及虚拟装配295. 1 SolidWorks三维软件系统简介295.2行星减速机零部件的三维建模305. 2.1零件3D参数化设计技术305. 2.2参数化设计的一般过程305. 2. 3减速器部分标准件参数化模型 315. 2. 4非标准件的建模325. 3虚拟装配概述355.4装配图的装配设计355. 5行星减速机的爆炸图与动画演示385. 5. 1行星减速机的爆炸图 385. 5. 2动画演示 39第六章结论 40致谢 41参考文献42前言 我国早在南北朝吋代（公元429-500年），祖冲之发明了有行星齿轮传 动的差动式指南车。

因此我国行星齿轮传动的应用比欧美各国早1300多年1880年，首个行星齿轮传动装置的专利在德国出现19世纪以来,机械工业的发展对行星齿轮传动产生了很大影响，尤其在汽车和飞机工业领域,更是发 展迅速1920年，首次成功地制造出行星差动传动装置，并首先用作汽车的差速 器第二次世界大战Z后，高速大功率船舰、透平发电机组、透平压缩机组、航 空发动机及工程机械的发展，促进了行星齿轮传动的快速发展1951年,高速大 功率行星齿轮传动的实际应用在德国获得成功[l]o 1958年后，英、意、日、美、 苏、瑞士等国亦获得成功，均有系列产品，并以成批生产，普通应用德国Renk 公司生产的船用行星减速器，功率11030kWo低速重载行星减速器已由系列产品 发展到生产特殊用途产詁，例如法国Citroen生产用于水泥磨、榨糖机、矿山设 备的行星减速器,重量达125t,输出转矩T3900kN?mo减速机行业是我国通用零部件行业的一个组成部分，在我国装备制造业 中占有一定的地位和份额其产品广泛使用在石油、化工、冶金、煤炭、运输、 起重、环保、食品、纺织和国防等各行业和领域我国在20世纪60年代的减速器人多是参照苏联20世纪40-50年代的 技术制造的，后来虽有所发展,但限于当吋的设计、工艺水平及装备条件，其总体 水平与国际水平有较大差距。

改革开放以来，引进一批先进加工装备,通过引 进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮 装置的设计制造技术20世纪70-80年代，世界上减速器技术有了很大的发展, 且与新技术革命的发展紧密结合减速机（有吋称齿轮箱、变速箱），主要包括工业通用减速机（圆柱渐开线 齿轮减速机、圆弧齿轮减速机、锥齿轮减速机、蜗杆减速机、摆线针轮减速机、 谐波齿轮减速机、少齿差及行星减速机、各类组合减速机）、工业专用减速机（高 速齿轮箱、船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、航天航空齿轮箱）通用减速器的发展趋势如下：1•高水平、高性能2、积木式组合设计3、型式多样化,变型设计多减速器是各种机械设备中最常见的部件，它的作用是将电动机转速减少 或增加到机械设备所需要的转速，行星减速器由于具有减速比大、体积小、重量 轻、效率高等优点，在许多情况下可代替二级、三级的普通齿轮减速器和涡轮减 速器，所以使用越来越普及,为世界各国所重视但在科技飞速发展的今天，产品设计已经进入了一种全新的三维虚拟现 实的设计环境小，以往的那种以二维平面设计模式为代表的设计方式已经逐渐退 出“历史舞台”，取而代之的是各种先进数字化的三维设计技术。

它的应用和发 展引起了社会和生产的巨大变革在欧洲、北美、日本等发达国家和地区，三维CAD技术不仅在航空、航天、 汽车、船舶等高端制造业，而H在形形色色的民用消费品设计和制造中都得到了 广泛应用相比工业发达国家，我国制造企业应用三维设计技术还存在较大差距 本论文运用SolidWorks软件，该软件是卅:界上第一个基于Windows开发的三维 CAD系统,Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点, 使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案SolidWorks能够提供 不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量SolidWorks不仅 提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者來说，操作简单方便、易学易 用木文首先对行星减速机进行二维设计其重点在于行星齿轮传动设计，其 次再运用Solidworks软件建立行星齿轮减速器结构三维模型，研究了行星齿轮 减速器可视化设计方法和虚拟装配，研究的结果对提高行星齿轮减速器设计的速 度和质量具有指导意义绪论1.1引言CAD技术产生于19世纪50年代后期CAD技术作为杰出的工程技术成就, 已广泛地应用于工程设计的各个领域［2］。

CAD系统的发展和应用使传统的产品 设计方法与生产模式发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设 计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展 过程近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术、 CAD/CAE/CAM/PDM集成技术、智能CAD技术、协同技术等随着互联网的普及, 集成化Integrated＞智能化Intel 1 igent＞协同化eol laborative成为CAD技术 新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、杲地设计 和底层共亨的网络CAD应用的广泛性、产品的系列化、需求的个性化、性能价格比的最优化、 市场竞争的残酷性都要求行星减速器的设计制造要快速多变，同吋又要保证性 能面对这一系列问题，基于物理样机的传统开发模式显得力不从心研究行星 减速器CAD系统的技术实现成为人们的现实需要同吋，利用CAD技术对行星减 速器继续研究，对提高其设计与制造技术也是一项有工程实践意义的工作本文通过开展计算机辅助设计计算、三维建模、装配的系统集成研究, 强调系统集成性和对产站并行设计的支持，强调系统对产站功能与行为的验证作 用；期望通过以行星减速器CAD系统为应用对象实现产品系列化开发，从而对行 业的发展起到一定促进作用。

1.2研究背景和意义行星减速器（如图1-1）与普通定轴减速器相比，具有承载能力大、传动比 大、体积小、重量轻、效率高等特点，被广泛应用于汽车、起重、冶金、矿山等 领域我国的行星减速器产品在性能和质量方面与发达国家存在着较大差距, 其中一个重要原因就是设计手段落后发达国家在机械产品设计上早巳进入分析 设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化 设计等应用到产詁设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、 干涉检查［3］实现三维设计，投产后改动很少,往往一•次成功而我们的设计手 段仍处于以经验设计为主的二维设计阶段，设计完成后，在投产小往往要进行很 大的改动，使得产品开发周期长、性能质量低为改变我国行星减速器的生产和 设计手段的落后状况，缩短新产品的开发周期,提高企业市场竞争力，有必要开发 一套适合国情的行星减速器计算机辅助设计Computer Aided Design,以下简称CAD系统通过行星减速器CAD系统，可以综合发挥优化设计和产品建模技术的优 势，实现信息集成和共亨两种技术集成的意义不仅在于实现了两种技术的优势 互补，促进它们在工程实践中的应用，更重要的是有助于推动机械设计理论和实 践的发展、更新，从而又能更好地满足实践应用的要求。

按照本文的技术方法，在加工行星减速器前,可以在计算机中模拟出三维 模型并进行运动学仿真由此可进行设计部件的干涉检验，这对最大限度地减少 设计失误，减少设计人员的工作量，减少样机试制次数，从而节约人力物力，缩短 产品开发周期，提高产品性能，提高企业的产品创新能力有非常重大的实践意义通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，在统一的产品数字化 模型基础上，可实现产品三维建模、运动仿真、产品设计与管理信息系统之间的 功能交互、信息共亨及数据通讯，对企业提高产品信息管理水平也有非常大的帮 助1.3国内外行星减速机发展状况Fl前，国内对行星齿轮传动技术的研究主要集中在科研院所，也有少数大 型企业进行实用技术的开发其中郑州机械研究所研究得较早，在理论上作了一 些有益的探索，对传动的结构、传动的特性研究较为深入华中科技大学也进行 了系统的研究但他们在各项参数的选择及变化规律的研究上还处在初步研究阶 段而国外对行星齿轮传动技术的研究比国内早，如日本、德国早在五十年代甚 至更早就开始了研究，而且都是由一些国际知名大公司为了实际应用的需要进行 开发，但它们都对外进行了技术封锁从它们开发的产品来分析，德国对行星齿轮 传动技术的研究走在了世界前面，形成了较为系统的技术支撑。

在技术开发方面，国内有十几家企业在进行摆线针轮减速机的生产，如天 津减速机厂、山东博山安吉富公司等，这些公司大都在进行技术开发，但从开发的 产品看，只相当于上世纪八十年代国外水平,也一吋难有新的技术突破和新的产 品开发摆线针轮减速机所采用的技术原理是:通过内外齿轮少齿差的碰撞，来传 递力矩，使输入的速度断续地减下来摆线针轮减速机从微观上分析，传动有间断, 在传递动作中会有失真现象，特别表现在有正反向施转换向时行星齿轮减速机 是连续传动，而且是多个齿轮同吋参与传递动作，因此运行平稳在国际上，由于 外国公司在技术研究上走在了国内的前面，也就不断地有新的产品开发出来，如 德国的SEW、法兰德公司都有行星齿轮机而市，而且传动精度较高［4］伺服行星减速机应用范围广泛，特别是数控技术的普及，市场需求越来越 大H前在国内尚没有其它生产厂家H前，在国内市场上行星式齿轮减速机有两大类,一•大类是摆线针轮减速 机，在国内有几十家生产企业，如天津减速机总厂、山东博山安吉富公司等，这类 设备因体积大，传动输出扭矩大,主要与大型电机配套，装备于矿山、钢铁、纺织 等行业，属低速重载减速机，其侧隙较大，传。