实验15 机械传动系统数字化设计与分析综合实验指导书.doc

1实验 15 机械传动系统数字化设计与综合分析15.1 实验目的1、掌握运用 RomaxDesigner 进行机械传动系统数字化设计与性能仿真分析的基本方法和步骤2、掌握机械传动系统零部件强度、刚度和疲劳寿命分析的基本方法了解齿轮和轴的结构以及轴承选型对机械传动系统性能的影响3、了解机械传动系统传统设计方法与现代设计方法的特点以及箱体的刚度对机械传动性能的影响15.2 实验内容和任务15.2.1实验内容设计热处理车间零件清洗用设备该传送设备的动力由电动机经减速装置后传至输送带每日两班制工作，工作期限为 8 年已知条件：输送带带轮直径d=300mm，输送带运行速度 v=0.63m/s，输送带轴所需转矩 T=700N﹒m [1]针对该实际工程问题，确定减速装装置为展开式二级圆柱齿轮减速器运用传统齿轮减速器设计计算方法确定的齿轮减速器中齿轮的参数、阶梯轴的结构尺寸参数及轴承型号，在 RomaxDesigner 软件中建立二级圆柱齿轮减速器的数字化模型，如图 15-1 所示，并进行性能仿真分析图 15-1 齿轮箱详细设计模型15.2.2实验任务1、二级圆柱齿轮减速器中间轴受力等分析2、分析减速器润滑油温升与轴承油膜厚度的关系曲线。

23、各轴承的损伤度分析4、分析各齿轮的最大应力5、分析轴的变形对齿轮啮合错位的影响15.3 实验软件和建模步骤15.3.1 RomaxDesigner 软件介绍RomaxDesigner 是英国 Romax 技术公司开发的专业机械传动系统设计分析软件，覆盖了从概念设计，部件强度、可靠性等详细设计到系统振动噪声（NVH）预估等全部传动系统设计内容，构成了齿轮传动系统的封闭求解环境提供包括平行轴、相交轴、行星齿轮传动系在内的多种齿轮传动模型的建立、分析和设计功能RomaxDesigner 能对机械传动系统进行综合分析，可进行载荷工况下的系统静态分析，得到各轴及轴上的轴承、齿轮的受力和变形通过进行系统分析得到考虑各部件相互影响的系统分析结果，由变形引起的轴承错位和齿轮啮合错位；分析轴承安装游隙对轴承寿命的影响并对轴承寿命进行预测，对圆锥滚子轴承和角接触球轴承进行预紧优化等RomaxDesigner 可考虑结构柔性的影响，箱体等的柔性对箱体内各零部件的受力和使用寿命有重要影响，获得更加准确的分析结果15.3.2.实验步骤以 RomaxDesigner 软件为实验工具，建立齿轮传动系统的数字化模型，实验可分为三个步骤：概念设计分析，详细设计和系统分析。

1、概念设计定义概念齿轮对，建立参数化轴模型，在轴上添加概念齿轮对和刚度轴承，并对各轴在齿轮箱中的位置进行定位，添加功率载荷和工况，进行初步系统分析2、详细设计对刚度轴承和概念齿轮对进行细化设计，选择合适的轴承型号，通过定义齿轮的精度等级、材料和轮齿的表面粗糙度等把概念齿轮对转化成细节齿轮对3、定义功率载荷，添加各种不同的工况，进行系统仿真分析建模步骤概念设计1) 新建一个模型，在组件菜单中选择添加新装配或组件，选择齿轮箱装配；3在齿轮箱类型中选择空齿轮箱，如图 15-2 所示：图 15-2 空齿轮箱装配图2) 在组件菜单中首先添加低速级概念齿轮对，低速级概念齿轮对齿轮参数和界面如图 15-3 所示：图 15-3 高速级概念齿轮对定义界面及齿轮参数然后添加高速级概念齿轮对，其界面和参数如图 15-4 所示：4图 15-4 低速级概念齿轮对定义界面及齿轮参数3）在组件菜单中定义轴装配，用如图 15-5 所示的轴结构尺寸参数生成高速级阶梯轴图 15-5 高速轴结构参数表在高速轴上添加高速级概念齿轮对的小齿轮分别选择组件菜单中的刚度轴承和功率载荷，在高速轴上添加刚度轴承和功率载荷，高速轴概念设计装配如图 15-6 所示：图 15-6 高速轴概念设计装配图运用如图 15-7 所示的中间轴结构参数生成中间轴。

5图 15-7 中间轴结构参数表在中间轴上添加高速级齿轮对的大齿轮和低速级齿轮对的小齿轮，并添加刚度轴承，生成中间轴概念设计装配图，如图 15-8 所示：图 15-8 中间轴概念设计装配图运用如图 15-9 所示的低速轴结构参数生成低速轴图 15-9 中间轴结构参数表6在低速轴上添加低速级大齿轮和刚度轴承，并在低速轴最小直径处添加功率载荷，生成低速轴概念设计装配图,如图 15-9 所示:图 15-9 中间轴概念设计装配4）把高速轴在空齿轮箱原点进行定位，中间轴和低速轴在空齿轮箱中的定位参数分别如图 15-10 和图 15-11 所示：图 15-10 中间轴定位界面及参数表 图 15-11 低速轴定位界面及参数表完全定位后生成的二级圆柱齿轮减速器模型如图 15-12 所示7图 15-12 二级圆柱齿轮减速器模型图5）选择图 15-13 椭圆圈中的 Edit，弹出工况定义对话框图 15-13 工况定义按钮位置图工况定义对话框如图 15-14 所示,可通过选择 Add Duty cycles 和 Add Load cases 进行工况定义，输入功率 3.3KW，额定转速 1500rpm，工作时间为 5.3 年，润滑油温度控制在 65ºC 以下。

8图 15-14 工况定义对话框完成工况定义后，选择对话框中 Run load case 下的 Power flow 按钮，进行功率流分析，若 load cases 下的 Power flow Ready 下面出现“√” ，则分析正常，可以继续进行初步系统仿真分析详细设计1）单击软件界面左边目录树中的减速器，并选中下拉菜单 Edit 中的Duplicate，复制一个新减速器双击新减速器目录树中的概念斜齿轮对，选中对话框左下方的 convert，如图 15-15 所示通过九个步骤，把两对概念斜齿轮对转化为细节齿轮对，概念斜齿轮对的颜色从灰色变成了绿色，最后生成的齿轮啮合图如图 15-16 所示9图 15-15 齿轮参数定义及细节转化界面图图 15-16 齿轮细节转化结果图2）轴承型号选择双击目录树中的输入轴装配，选择轴承按钮 ,轴承型号选择界面如图 15-17 所示选择两个角接触轴承 7208B，输入轴装配机构如图 15-18图 15-17 轴承添加界面图10图 15-18 输入轴装配结构图删除中间轴上的刚度轴承，并在中间轴上添加一对角接触球轴承 7210B,中间轴装配结构如图 15-19。

图 15-19 中间轴装配结构图删除低速轴上的刚度轴承，并在低速轴上添加一对角接触球轴承 72120B,低速轴装配结构如图 15-20图 15-20 低速轴装配结构图完成以上步骤，生成二级圆柱齿轮减速器细化模型如图 15-21 所示11图 15-21 二级圆柱齿轮减速器细化模型系统仿真分析1） 二级圆柱齿轮减速器中间轴应力等分析在目录树中双击中间轴装配界面，选择界面右上角的 Run Static Analysis 的分析按钮 中间轴所受弯曲应力如图 15-22，中间轴在 XZ 平面内的受力如图 15-23图 15-22 中间轴弯曲应力图12图 15-23 中间轴 XZ 平面内的受力图2）轴承的损伤度分析双击目录树中的减速器模型，选择下拉菜单 Report 下的 Bearing Report,减速器中各个轴承的损伤度如图 15-24，轴承 D 的润滑油厚度与温升的关系曲线如图 15-25图 15-24 各轴承的损伤度图 15-25 轴承 D 的润滑油厚度与温升的关系曲线3）齿轮分析双击目录树中的减速器模型，选择下拉菜单 Report 下的 Gear Report,各个齿轮的最大接触应力如图 15-26，最大弯曲应力如图 15-27，齿轮的啮合错位如图 15-28。

13图 15-26 各齿轮最大接触应力图图 15-27 各齿轮最大弯曲应力图图 15-28 齿轮 1 和齿轮 2 的啮合错位图15.4 思考题1) 简述运用 RomaxDesigner 进行齿轮传动系统设计的基本步骤？2) 轴的变形对轴承错位和齿轮的啮合错位有什么影响？3) 简述机械传动系统数字化设计与分析的意义？4) 箱体的柔性如何影响齿轮和轴承寿命？5) 为什么要进行轮齿修形？常见的修形方法有哪些？参考文献[1] 黄茂林，秦伟主编.机械原理第 2 版.北京 机械工业出版社，2011.4[2] 申永胜编.机械原理教程 2 版.北京 清华大学出版社 2005.12[3] 李良军主编.机械设计. 高等教育出版社，2010.614[4] 张春宜，郝光平，刘敏. 减速器设计实例精解. 机械工业出版社，2009.[5] ROMAX 技术公司培训教程(M)，2003。