毕业设计(论文)-一级圆柱齿轮行星减速器设计和应力分析研究(全套SW三维)(31页).doc
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1、-毕业设计(论文)-一级圆柱齿轮行星减速器设计和应力分析研究(全套SW三维)-第 26 页毕业设计(论 文)说明书论文题目一级圆柱齿轮行星减速器设计及应力分析研究目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 SolidWorks行星齿轮的选题分析及设计内容61.3 论文主要研究内容6第二章 行星轮减速器方案确定72.1 混合轮系的确定72.2 NGW型行星轮减速器方案确定72.3 周转轮系部分的选择72.4 小结8第三章 NGW型行星减速器结构设计93.1 基本参数要求与选择93.2 方案设计93.3 齿轮的计算与校核103.4 轴上部件的设计计算与校核1
2、73.5 小结19第四章 SolidWorks的建模与运动仿真204.1 SolidWorks简介204.2 行星轮减速器的SolidWorks建模234.3 行星轮减速器的装配244.4 减速器的传动运动仿真与分析264.5 小结34第五章 总结与展望355.1 总结355.2 展望35参考文献36摘 要行星齿轮减速器作为重要的传动装置,在机械、建筑领域应用非常广泛。它具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高、运动平稳等特点。目前,减速器作为机械传动装置应用日益广泛,但其复杂的结构给设计工作带来了重复性和繁琐性。正基于此,本论文开发了基于SolidWorks的渐开线行星齿轮减速器三维参
3、数化CAD系统,通过该系统,用户可以在可视化平台上实现交互式设计,大大提高其设计效率和设计质量,缩短产品的开发周期,也方便了产品后续的运动仿真和有限元分析等,符合现代设计思想的发展要求。 SolidWorks系统是3D CAD/CAM实体设计系统,SolidWorks最显著的优点是造型功能强,目前在工业设计中已经获得广泛的应用,越来越多的设计人员用SolidWorks进行三维设计。本文主要基于SolidWorks设计行星减速器,行星减速器的设计过程主要包括行星传动设计,均载机构的设计计算、轴和轴承的选择计算与校核,SolidWorks建模等过程。本设计基于这些特点对行星齿轮进行结构设计,并对其
4、进行SolidWorks三维建模与运动仿真。首先通过比较各种类型的行星齿轮的特点,确定其方案;其次根据相应的输入功率、输出速度、传动比进行传动设计与整体的结构设计;最后完成其SolidWorks的三维建模,并对模型进行整体装配,并完成传动部分的运动仿真,并对其应力进行分析。关键词:行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模全套三维加153893706AbstractAs an important transmission device, planetary gear reducer is widely used in the field of machinery and construction
5、. It has the characteristics of small size, light weight, compact structure, large transmission ratio, high efficiency, stable movement and so on.At present, the reducer is widely used as a mechanical transmission device, but its complex structure has brought the repeatability and complexity to the
6、design work. Zhengji to this, this thesis developed SolidWorks involute planet gear deceleration of 3D parametric CAD system based on, through the system, users can realize interactive design in the visualization platform, greatly improve the design quality and efficiency, shorten the product develo
7、pment cycle, also facilitate the subsequent product motion simulation and finite element analysis, in line with the requirements of the development of modern design thought.SolidWorks system is a 3D entity of CAD / CAM system design, the most significant advantage of SolidWorks is strong modeling fu
8、nction, at present in the industrial design has been widely used, more and more designers use SolidWorks to 3D design.This paper mainly based on SolidWorks design of a planetary reducer, planetary gear design process mainly includes the design of planetary transmission, load balance mechanism design
9、 calculation, shaft and bearing selection and calculation and checking, SolidWorks modeling process. This design based on the characteristics of the structure of the planetary gear design, and its SolidWorks three-dimensional modeling and motion simulation. First by comparing the characteristics of
10、various types of planetary gear, to determine the scheme; secondly according to the corresponding input power, output speed, drive drive design and the whole structure design; finally completed the SolidWorks 3D modeling and the model were the whole assembly, and complete the movement simulation of
11、the transmission part and the stress analysis.Keywords:Planetary Gear Reducer、Dynamic Simulation、3D-modeling 、Assemble第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义传动装置是机器的重要组成部分,机器工作性能的好坏很大程度上取决于传动装置的优劣。因此,不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的意义。齿轮传动是最常采用的一种传动形式,其主要特点有:(1)效率高:在常用的机械传动中,齿轮传动的效率为最高;(2)结构紧凑:在同样的使用条件下,齿轮传动所占用的空间一般较小;(3)工作寿命长:
12、设计合理、维护良好的齿轮传动,其使用寿命可长达二十年;(4)传动比稳定:常用的渐开线圆柱齿轮满足定比传动条件,且具有可分性。由于具备了上述特点,因此齿轮传动被广泛应用。在齿轮传动中,当一系列互相啮合的齿轮把原动机的转速和扭矩传递给执行机构时,这种齿轮传动系统就称为轮系。当轮系中至少有一个齿轮轴线绕其它定轴齿轮的轴线回转,且机构的自由度为1,则轮系为行星轮系,即行星齿轮传动。1.1.1 行星减速器的主要特点(1)体积小、重量轻:在承受相同载荷条件下,行星齿轮传动的外廓尺寸和重量通常仅为定轴齿轮传动的1/21/6;(2)传动效率高:行星齿轮传动的效率可高达99.4%;(3)工作可靠:行星齿轮传动平
13、稳,抗冲击和振动能力强。1.1.2 行星减速器的应用行星传动机构因具有重量轻、传递效率高等优点而得到广泛的应用,研究行星轮系的动态啮合应力具有重要的价值。在行星传动齿轮系统的设计过程中,行星轮系的结构 比较庞大,传统的基于有限元齿轮强度设计方法只是针对齿轮的一个啮合位置进行计算分析口,得到的结果只是齿根和齿轮轴上的应力,无法得到准确的轮齿上的当量应力和接触应力,同时对这种多齿轮系统在整个啮合过程中的应力变化情况缺乏系统地模拟。通过建立行星轮系的整体有限元模型,利用动态接触分析的方法,不仅能够观察到整个啮合过程中行星齿轮和主动齿轮的当量应力和接触应力的变化情况,进而确定工作过程 中的危险点,还能
14、够对危险点的应力随时间的变化情况进行分析,为疲劳分析提供一个输入依据。随着计算机技术的发展,目前已广泛采用有限元法对齿轮传动强度进行分析 计算,因为有限元法能很好地处理齿轮受载后啮合接触面力学和边界条件,从而可对齿轮传动系统作更为准确的应力变肜分析。齿轮系统是历史最悠久的机械传动形式之一,也是各种机器和机械装备中应用最广的动力和运动传递装置。齿轮系统力学特征和工作性能对整个机器有重要影响,近些年来,齿轮系统力学特征的研究主要集中在两个方面,一是传动过程中,齿轮副的动力学研究;二是齿轮啮合时,齿面接触应力和应变方面的研究。齿轮系统工作时通过一对齿轮副的连续相互作用来传递动力和运动,由于齿轮力学特
15、性研究的复杂性与计算条件的限制,针对一对齿轮副力学特性的研究,仍是研究齿 轮动系统的重点。随着机械工业的飞速发展,齿轮传动装置因其具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长工作安全可靠等特点,己被广泛应用于机械、 电子、纺织、冶金、采矿、航空、航天、船舶、汽车等领域,是机械中最常用的传动形 式之一。为了使行星轮间载荷分布均匀,有多种多样的均载方法。对于主要靠机械的方法来 实现均载的系统,其系统类型可分为静定系统和静不定系统。静定系统的均载原理是通过系统中附加的自由度来实现均载的。采用基本构件自动调位的均载机构是属于静定系 统。当行星轮间的载荷不均衡时,构件按照所受到的作用力的不同情
16、况,可在其自由度 的范围内相应地进行自动调位,从而使行星轮间载荷分布均匀。较常见的静不定系统有 完全刚性构件的均载系统和采用弹性件的均载系统。采用弹性件的均载系统是采用具有 弹性的齿轮和弹性支承,在不均衡载荷的作用下,使弹性件产生相应的弹性变形,以实现均载的机械系统。目前国内外较常采用的均载机构有:太阳轮浮动,行星架浮动,内齿圈浮动,太阳轮与行星架同时浮动,太阳轮与内齿圈同时浮动,无多余约束的浮动,行星轮油膜动,杠杆联动浮动,柔性均载浮动等。各种均载机构,对于不同的应用场合,都有其突出的优点。如太阳轮浮动的结构中,由扭转变形而引起的载荷沿轮齿的分布不均匀性大大减小;行星架浮动不需支承,可简化结
17、构,尤其有利于多级行星传动。由于行星架自重大、速度高会产生较大离心力,影响浮动效果,常用于中小规格的中低 速型传动中;内齿圈浮动的主要优点是可使结构的轴向尺寸较小,或使两个基本构件(如 太阳轮和内齿圈)同时浮动时,增强均载效果。仅内齿圈浮动使行星轮间均载的效果不 如太阳轮浮动好,并且浮动内齿圈所需的均载装置的尺寸和重量较大,加工也不方便; 多个构件的组合浮动结构,其浮动效果比各自单独浮动效果好,常用于多级行星传动中。此外,柔性均载浮动机构通过弹性元件的弹性变形补偿制造、安装误差,使各行星轮均 匀分担载荷。各弹性件变形程度不同,从而影响载荷分配均匀性。行星轮间载荷不均衡 系数与弹性元件的刚度、制
18、造误差成正比.行星齿轮传动中的齿轮均载与误差的柔性均 找浮动的形式行齿轮本身的弹性变形、弹性销法、弹性件支承行星轮及柔性轴支承行星 轮。 目前,强大的三维实体造型软件为支撑软件结合国内先进的分方法,对行星轮系进行设计和应力分析的研究是十分有意义的。本文基于SolidWorks建立了圆柱齿轮行星减速器传动系统, 并进行工况下的应力分析,取得了较好的效果。 1.1.3 SolidWorks的指导意义在SolidWorks环境下,对圆柱直齿轮建立了精确的参数化模型。通过定义各种约束,在装配模块中确定了齿轮副的相对位置与啮合关系。并使用机构运动分析模块,通过定义机构的连接与伺服电机,实现了齿轮副的运动
19、过程仿真。参数化设计的本质是在可变参数的作用下,系统能够自动维护所有的不变参数参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度,在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中,利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装配虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖,可以有效地提高产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析,能够及时地发现设计中的缺陷,并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配,运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计全过程,可显著地缩短研发周期,降低设计成本,提高工作效率。本次建模与运动仿真
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