襄 樊 学 院
毕业设计(论文)正文
题 目 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 职 称
基于PRO/E的减速器的结构设计及运动仿真
2007年 3 月 20 日
摘要
齿轮减速器是广泛应用于机械行业的机械装置。它是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装置。随着科学技术和国民经济的发展，在机械传动系统中的需求量越来越大，质量要求也越来越高，传统的减速器设计方法己不能满足用户的需求。为了适应社会的发展，本论文对减速器本身的结构特点和性能进行研究。运用PRO/E软件的高级建模技术和机构运动仿真技术对一级直齿圆柱齿轮减速器进行三维建模、虚拟装配及运动仿真。这样更直观，更全面地反映了减速器的设计意图，让设计者在设计阶段就能清楚地见到产品的最终结果，及时发现设计问题，缩短设计开发周期。既减轻了工作量又节省资金。大大提高了产品的设计开发效率。符合现代技术的发展要求。
关键词:齿轮减速器、PRO/E软件、三维建模、虚拟装配、运动仿真
Abstract:
The gear reducer is widely applies to the mechanical profession mechanism。It is one kind uses for the desponding between Original machine machine and the working machine the independent。With the development of science technology and national economy; larger number and higher quality involutes cylindrical reducer are required, and the traditional design method could not satisfy the requirement of users. In order to adapt to developing society. Using PRO/E function and so on software high-level modeling technology and organization movement simulation realizes level of cylindrical greases reduction gear various spare parts and the entire machine 3D geometry design、the assemble fictitiously and assembles and the movement simulation. Is like this more direct-viewing, comprehensively had reflected the reduction gear design intention, enables the designer in the design stage clearly to see the product the final outcome, promptly discovered the design question, and reduces the design development cycle. Both reduced the work load and to save the fund. Conforms to the modern technology development requirement.
Key word: gears reducer; Pro/E software; 3D; assemble fictitiously; motion simulation
目 录
第一章 绪 论 ............................................................. - 1 - § 研究的目的及意义 ......................................................... - 1 - § 国内外的研究现状及发展趋势 ............................................... - 2 - § 主要研究内容、途径及技术路线 ............................................. - 2 - § ....................................................................... - 2 - § ....................................................................... - 3 - § 本章小结 ................................................................. - 4 - 第二章 减速器的零件结构设计 .............................................. - 6 - § 减速器总体结构的分析 ..................................................... - 6 - § 减速器主要零件的三维造型 ................................................. - 6 - § ....................................................................... - 6 - § ...................................................................... - 14 - § ...................................................................... - 15 - § ...................................................................... - 18 - § ......................................................................... - 18 - 第三章 减速器的装配 ..................................................... - 19 - § ......................................................................... - 19 - § ......................................................................... - 19 - § ......................................................................... - 21 - § ......................................................................... - 22 - 第四章 减速器的运动仿真 ................................................. - 23 - § ......................................................................... - 23 - § ......................................................................... - 23 - § 机构仿真 ................................................................ - 26 - § ......................................................................... - 29 - 第五章 结束语 ............................................................ - 30 - 谢 辞 .................................................................... - 31 - 参考文献 .................................................................. - 32 -
第一章 绪 论
§ 研究的目的及意义
当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。90年代以来，随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快，市场竞争日趋激烈。同时，工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设计提高到了一个新的高度，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。正因如此，工业设计领域的研究逐渐受到了国内学者的关注。特别是近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体等技术的发展和CAD/CAM、PRO/E软件应用的逐步深入，现代产品设计理论与方法的研究有了长足的进步。
随着现代化工业的高速发展，产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计工作在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。事实上，虽然开发中设计本身所花的费用仅占产品总成本的5%左右，但新产品的开发费用中约有80%取决于设计过程，因而产品的设计阶段己被视为提高整个生产效率的瓶颈，对于生产系统的整个生产率起着举足轻重的作用。因此，伴随着现代化工业的发展，计算机辅助设计也得到了迅速的发展和普及。而参数化技术是当前PRO/E技术需要的研究的领域之一。参数化设计一般是指设计对象的结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段。
为了能够更直观、更全面地反映设计意图，可在计算机内部建立相应的三维实体模型。并且，在三维模型的基础上可以进行零件装配、干涉检查、有限元分析，运动分析等高级的计算机辅助设计工作。而PRO/ENGINEER是美国参数技术公司 (PTC) 研制的CAD/CAM软件，它具有以上强大功能，因此本课题具有很重要的实际研究意义。
本课题设计的一级圆柱齿轮减速器正是运用PRO/E的独特造型设计功能来实现的。
§ 国内外的研究现状及发展趋势
当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。90年代以来，随着以计算机技术为主的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快市场竞争日趋激烈，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，为了缩短产品的设计周期、提高生产的质量、降低生产成本，就需要在产品的设计阶段进行预测。计算机辅助设计，将难以用语言表达的复杂的机械结构，应用多媒体技术以多样化的方式表现在屏幕上，达到了以直观和形象的形式学习机械设计知识的目的。90年代后随着CAD技术的发展，其系统性能提高，价格降低，PRO/E开始在设计领域全面普及，成为必不可少设计工具，PRO/E之所以在短短的时间内发展如此迅速，是因为它是人类在20世纪取得的重大科技成就之一，它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度。应用PRO/E技术业时行产品设计，能使设计、生产维修工作快速成而高效地时行，所带来的经济效益是十分明显的。PRO/E技术的发展与应用水平己成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，PRO/E技术己经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用PRO/E技术。我国PRO/E技术的研究和开发工作起步相对较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后PRO/E也有了应用，国家逐步认识到开展PRO/E应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广PRO/E技术，同时展开PRO/E技术的开发和研制工作。随着POR/E技术的不断研究，开发与广泛应用，对POR/E技术提出越来越高的要求，因此POR/E从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化、和标准化。也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。 § 主要研究内容、途径及技术路线 §
本课题主要分析减速器的结构及工作原理，学习PRO/E三维造型软件的基本操作，特征造型方法及运动仿真等。具体研究内容有以下几点：（1）对减速器本身的结构特点和性能进行研究。（2）对减速器各组成零件的三维模型进行设计。（3）在PRO/E环境中生成减速器的各主要零件的三维模型。（4）对减速器结构方案进行优化
设计。（5）对减速器的工作情况进行运动仿真。 §
1、对国内外现有减速器成型设备的技术水平、生产过程、控制等进行调研，归纳，调查国内减速器情况和国内需求情况，采用本行业专家建议结合本课题的设计，采用PEO/E建模成型及其仿真原理设计减速器。
2、查阅有关减速器、机械原理、PRO/E软件功能等与设计相关方面的资料，研究国内外相关的设计手册或书籍，在保证设计方案可行性的基础上，用PRO/E设计出减速器的结构并进行仿真。
3、利用计算机三维造型软件对机构进行三维造型和运动仿真，及时发现问题，及时修改。实行边科研、边设计、边制造等，这样信息反馈快、整改及时、从而提高工作效率高和经济效益。
§ 减速器结构的三维参数化设计系统结构
图1-1 减速器结构三维参数化设计系统结构 用户界面模块 数据库模块 总体设计结构设计用户界面生成数据PRO/E生成数据 模型库块 零件模型库 库装配关系模型 应用程序模块 上图概述了减速器传动装置的总体设计、结构设计、系统设计方法,系统设计方法,系统总体结构等。
§ 减速器结构在三维参数化设计系统运行流程图
§ 本章小结
本章主要对课题的研究目的和意义及主要研究途径和技术路线进行了说明，通过
对这些问题的分析和探讨,更加深入了解对课题研究的必要性。
第二章 减速器的零件结构设计
§ 减速器总体结构的分析
减速器中的零件包括上、下箱体、齿轮、齿轮轴、键、轴承、套筒、端盖等，其中上、下箱体和齿轮及齿轮轴的三维设计是比较复杂的，在用PRO/E进行三维造型时应用适当的命令，尽量使其三维设计简单化。 § 减速器主要零件的三维造型 §
一、减速器箱体底座的设计
箱体零件看起来很复杂,但实际只需要用到几个较为简单的特征创建命令,如 拉伸(包括拉伸和去除材料)、孔操作、倒圆角、镜像以及移动复制等。 二、箱体底座的创建步骤
打开PEO/E软件，再打开“新建”
输入零件名称：xiang_ti_di_zuo，单击
画面显示基准平面FRONT、RIGHT、TOP及坐标系PRT-CSYS-DEF。
单击右侧
按钮，接受工作区下方“操控板”栏，单击“草绘”按钮，进入草
退出草
绘模式。绘制如下的草图2-1，完成后单击工作区右边草绘工具栏中的
绘，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“20”,完成特征创建如图2-2所示
图2-1 剖面绘制 图2-2 下箱体底座毛坯图
这两个特征仍采用拉伸实体的方法创建。首先进入拉伸实体的界面，选择下箱
体底座毛坯的上面作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式后绘制如图2-3所示的草图，输入深度“120”，生成如图2-4所示的内腔特征。
图2-3 内腔特征的草绘截面
图2-4 完成的内腔特征
用相同的方法创建凸缘特征。这里不再赘述，完成草绘后，输入拉伸深度15，生成如图2-5所示的凸缘特征。
图2-5完成的凸缘特征 图2-6 完成的拉伸特征
首先，在实体的一侧利用拉伸、剪切功能创建轴承座的基体特征如图2-6所示的完成的拉伸特征。
用类似的方法创建轴承座孔，与创建基体不同的是需要在“操控板”中单击去除
材料按钮。选择上一个拉伸特征的外表面作为草绘平面，确定去除材料的方向，系统提示选取去除材料的拉伸方向，拉伸至选择的面，最后生成去除材料后的实体如图2-7 所示。
图2-7 完成轴承孔的创建
创建筋特征时需要创建新的基准平面作为草绘平面，在两个圆心的中间创建两个基准平面，基准平面完成后，在工作区右侧的“工程特征栏”中选择然后单击
(筋工具)，
按钮，弹出“剖面放置” 对话框，根据提示选择先前创建的基准平面
DTM1为草绘平面，接受系统默认的草绘方向，单击“草绘”进入草绘界面，在基准平面DTM1上绘制开放的筋剖面，单击输入筋厚度值“20”，单击
按钮，退出草绘界面，在“厚度”一栏中
按钮，完成筋的创建。用相同的方法依次创建其余三
个筋特征，完成后如图2-8所示。
图2-8 完成筋特征的创建图 2-9 完成凸缘上所有孔的创建
(1)创建凸缘上的孔
单击工作区右边“工程特征栏”中的
，接受默认项创建直孔，根据系统提示
选取择图2-8箭头所示的平面为孔放置平面，然后分别选择如图所示的下边两个箭头
所指的边线为次参照，并在工作区中修改孔直径为”20”，与两边线的距离均为25，修改参照及各尺寸的操作也可在“操作控板”中进行，钻孔深度选择选择凸缘的下表面，单击所示的孔特征。 (2)创建底座上的孔 单击“工程特征栏”中的
，接受默认项创建直孔，选取底座上表面作为孔的
，参照平面
按钮，用同样的方法作其它的六个孔，完成如图2-9
放置平面。在“操控板”中选择直孔，使用“草绘”定义钻孔轮廓，在草绘器中绘制孔的剖面，其剖面如图2-10所示。在些环节中要注意定义孔的中心轴，否则系统会弹出不允许退出草绘器的对话框(即没有完成剖面的绘制)。剖面绘制完成后，单击按钮退出草绘器，按照前面所讲的方法选择放置的参照并修改参照尺寸，用同样的方法作另一个孔， 单击
按钮，完成底座上如图2-11箭头所指的孔的特征。
图2-10 底座上孔的剖面 图2-11 底座上孔的创建
(3)创建轴承座上的孔
轴承座上的孔的创建方法与凸缘上的孔创建方法相同，这里不再赘述，所创建出来的所有孔如图2-12所示
图2-12 完成所有轴承座上的孔
选择箱体的底面为草绘平面，创建底板的去除材料行征，在“基础特征工具栏”中选择
，工作区下方出现“操控板”，单击确定操作为去除材料，然后单击
进
入草绘界面。完成剖面后单击退出草绘。在“操控板”或工作区中选择去除材料
按钮生成去除材料特征如图2-13所示。
的方向，修改拉伸距离为“5”。单击
图2-13 完成去除材料特征的创建
在“工程工具栏”中选择
(倒圆角工具)，系统将提示“先取一条边或边链,或
选取一个曲面以创建倒圆角”,先选取图中需要倒圆角的边，在“半径输入值”对话框中输入需要倒圆角的值,单击
下箱体的辅助特征包括放油尺凸台，创建这两个辅助行征仅用到几个简单的特征命令，如拉伸、剪切、倒圆角等，创建过程在这里不再详细介绍。完成所有特征创建后的实体如图2-15所示。
按钮完成各倒圆角的创建如图2-14所示。
图2-14 倒圆角后的实体 图2-15 下箱体零件
三、上箱体零件造型设计 1、新建零件
按上一目中的方法建立名为shang_xiang_ti的新文件名。 2、创建上箱体的凸缘特征 单击
和
按钮，选择FRONT为草绘平面，单击“草绘”打开草绘器，绘
按钮，退出草绘器。在“操控板”中单击按钮完成凸缘特征的创建，如图2-17所示。
按
制如图2-16所示的剖截面，单击钮并输入拉伸深度“15”，单击
图2-16 凸缘特征的剖截面
图2-17 完成的凸缘特征
单击
和
按钮，选择2-17箭头所示的平面为草绘平面，绘制如图2-18
所示的草绘剖截面，完成的后的实体如图2-19所示。
图2-18 轴承座基体的剖截面
图2-19 完成的轴承座基体特征 4、创建上箱体的主体部分
上箱体的主体部分的创建分三步完成。 （1）创建主体部分的拉伸特征
单击
按钮，选择基准面TOP为草绘平面，单击“草绘”打开草绘器，绘制
按钮退出草绘器。在“操控板”中单击
按钮，并
如图2-20所示的剖截面。单击输入拉伸深度“110”，单击
按钮完成基体部分特征的创建，如图2-21所示。
图2-20 基体部分剖截面 图2-21 完成的基体部分特征
（2）创建主体部分的去除材料及倒圆角特征
单击
按钮，使用先前的草绘平面和参照，在草绘器绘制剖截面，完成绘
和
按钮，输入拉伸深度“90”单击
按钮完成去除
制后，在“操控板”中选择
材料特征的创建如图2-22所示。
图2-22 完成去除材料及圆角特征的创建 图2-23 完成轴承座的去除材料特征
(1)创建去材料特征 单击
按钮,选择图2-22中箭头所示的平面为草绘平面,单击“草绘”打开草绘
按钮退出草绘器，在“操控板”中单击
和
，
器，绘制两部分圆形剖截面。单击
根据提示在工作区中选择正确的拉伸方向，按图中所示定义去除材料的两个方向，单击
按钮完成去除材料特征创建如图2-23所示。
(2)创建另一侧的轴承座特征
选择菜单“编辑/特征操作”选项，弹出“菜单管理器”。单击“复制、镜像、完成”。根据提示在模型树中选中第3步，第5第(1)条中创建的有关轴承座的各个特征，单击“完成”。选择TOP作为镜像面，选取镜像面的同时完成上箱体另一侧轴承座特征的创建。如图2-24所示。
图2-24完成另一侧轴承座特征的镜像复制
与下箱体一样，上箱体也需要创建筋和孔及倒圆角，方法和箱体底座的创建的第5步、6步及第8步一样，这里不再详述，所成完的筋的创建如图2-25箭头所指处所示。完成的所有孔如图2-26所示。
图2-25 完成的筋的创建 图2-26 完成的所有孔及倒圆角特征的创建
上箱体的辅助特征包括窥视窗、通气孔和启重螺钉凸台，这里不再详细介绍它们的创建过程,完成所有特征创建后的实体如图2-27所示。
图2-27完成所有的上箱体零件
§
一. 新建零件
按上一节中的方法建立名为chi_lun_zhou的新文件名。
(1) 单击旋转和
，选择TOP为草绘平面，单击“草绘”打开草绘器，绘制如图2-28
按钮，退出草绘器，在“操控板”中输入要旋转的角度值360
所示的剖截面，单击度，然后单击(2)创建键槽 单击单击
和
，按钮完成轴的基本特征如图2-29所示。
，选择系统默认的草绘截面，进入草绘平面画出键的剖截面图，
完成键槽的创建
退出草绘器， 在“操控板”中输入要拉伸的值“”，单击
如图2-30所示。
其中，另一根轴的创建方法与其相似，在这里不再叙述具体步骤，完成的基本特征如图2-31所示。
图2-28 齿轮轴的剖面图
图2-29完成齿轮轴的基本特征
图2-30完成的键槽的创建
图2-31完成大齿轮轴创建
§
齿轮的创建需要用到拉伸、切剪、倒角、镜像、阵列等。下面介绍一下齿轮的创建。 1．新建零件
按第一节中的方法建立名为da_chi_lun的新文件名。 2．创建齿轮基本圆(分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆)曲线
齿轮的基本圆尺寸是由齿轮的基本参数确定的，其创建过程分为以下3个步骤：（1）创建任意尺寸的基本圆曲线。
单击“基准”工具栏中的
图标，弹出“草绘的基准曲线”对话框。在工作区
中选择基准平面FRONT作为草绘平面,接受系统默认的其他放置参照，单击“确定”按钮进入草绘器，绘制如图2-32所示的任意尺寸的基本圆曲线。单击
按钮，退出
草绘器。完成的基本圆曲线如图2-33所示。
图2-32 任意尺寸的基本圆曲线 图2-33完成齿轮基本圆曲线的创建
（2）添加齿轮参数
选择菜单“工具\\参数”选项，弹出“参数”对话框。单击
(添加新参数)按
钮，将齿轮的各参数按照图2-34所示依次添加到参数列表中，并按图中所示设置参数的类型数值以及指定的方式等。然后单击“确定”按钮，完成齿轮参数的添加。 （3）添加参数关系式以确定齿轮的基本圆尺寸
选择菜单“工具/关系”选项，弹出“关系”对话框，按图2-35中所示在文本输入栏中输入各参数和关系式，其中，各关系式由回车键分隔开。添加图中的4个关系式时，需要插入基本圆曲线的尺寸符号，单击
按钮，系统提示选择一条曲线以显
示其尺寸符号，在工作区中选取己创建的齿轮基本圆曲线，双击要插入的尺寸符号，将其插入到“关系”对话框中。然后单击“确定”按钮，完成齿轮参数关系式的添加。完成关系添加后，选取择菜单“编辑/再生”选项，基准曲线的尺寸值发生改变，再生成为由齿轮参数关系式确定的值。
图2-34齿轮的”参数”对话框 图2-35齿轮的”关系”对话框
3．创建齿槽的轮廓曲线 （1）创建齿槽一侧的渐开线曲线
单击“基准”工具栏中的
按钮，弹出“菜单管理器”。选择“从方程”选项，
单击“完成”进入下一级菜单，根据系统提示选取系统自定义的坐标系，设置坐标类型为“柱坐标”，，将渐开线的柱坐标方程添加到该文件中。选择菜单“文件/保存”选项，，单击“退出”按钮关闭该文件，完成渐开线柱坐标方程的添加，单击“曲线：从方程”对话框中的“确定”按钮，完成齿槽轮廓一侧渐开线的创建。 （2）创建基准点，该点为渐开线曲线与齿轮分度圆的交点。 （3）创建基准轴，该轴为基准平面RIGHT\\TOP的交线。 （4）创建基准平面。
（5）创建齿槽另一侧的渐开线曲线。 （6）创建完整的齿槽轮廓线。 4．创建齿轮的基本实体
创建齿轮的基本实体包括以下两个方面。(1)创建过齿顶圆的圆柱形实体特征。(2)创建基本实体上的倒角特征。 5．创建齿轮的轮齿特征
创建齿轮的轮齿特征是依据实际加工齿轮的工艺原理，即在齿轮的基本实体上切出所有齿槽特征，同时生成齿轮的轮齿特征。其中生成的第一个齿槽特征如图2-36所示。
图2-36完成第一个齿槽特征的创建 图2-37 完成所有的齿轮的创建
6．创建齿轮的辅助特征
齿轮的辅助特征包括辐板、齿轮轴孔等，齿轮孔的创建需要用到阵列，完成所有
的齿轮的创建如图2-37所示。
7．小齿轮的设计方法类似，完成的小齿轮的创建如图2-38所示。
图2-38完成的齿轮创建 图2-39完成的端盖的创建
§
其它零件包括端盖、轴承、挡油环、垫片、螺钉、键、调整环、套筒、反光片、油面指示片等等, 这里不再详细叙述它们的创建步骤，其中端盖的创建如图2-39所示。 §
本章对主要零件进行了三维实体造型的设计，介绍了实体造型中常用的拉伸、旋转、阵列、倒圆角等基本操作方法和技巧。
第三章 减速器的装配
§
减速器中的零件包括上、下箱体、齿轮、齿轮轴、键、轴承、套筒、端盖等主要
零件和螺钉等辅助零件。在装配过程中为简便起见，可先将齿轮、齿轮轴、键装配成子组件，再将子组件与其他零件装配整体模型。这样可以方便零件在整体模型中的定位，简化操作过程。而分解视图的目的是为了在不改变元件间实际设计距离的前提下，清楚地表示出零件模型中元件之间的结构关系，生成组件后，还可在组件中创建并修改多个分解状态来定义所有元件的分解位置等等。 §
打开“新建”对话框，选择组件，输入文件名“asm0001”，单击“使用默认模板”复选框取消选中标志，单击“确定”按钮，打开“新文件选项对话框”。选择mmns_asm_design模板，建立单位为公制的新文件。
(1)新建子组件
单击“工程特征”工具栏中的
按钮，弹出“元件创建”对话框，选择元件类
型为“子组件”，子类型为“标准”，输入子组件名称为“zizujian_1”。单击“确定”按钮，弹出“创建选项”对话框。选择“创建特征”选项，单击“确定”按钮进入组件创建环境。这时模型树中的子组件标识显示为激活状态，可进行子组件的装配。 (2)添加zhou_1和jian_1元件到子组件
单击
按钮，弹出“文件打开”对话框，添加轴零件，，单击“打开”按钮将元
件放置到子组件中，系统将添加到子组件中的每一个元件放置到默认位置(元件坐标系与子组件坐标系重合)，不需再对该元件进行定位约束。再添加键，在“文件打开”，将元件放置到组件中，在“元件放置”对话框中设置元件的每一个约束类型为“插入”，根据提示选择正确的曲面作为两个放置参照，系统自动添加第二个约束，设置类型为“插入”，选择元件曲面作为参照，单击
按钮，添加第三个约束，设置类
型为“匹配”，选择正确的元件曲面作为放置参照，根据工作区中显示的偏移方向输入偏移值“0”。添加元件jian_1 “元件放置”对话框，单击“确定”按钮，完成元件jian_1的添加，如图3-1所示。
(3)添加元件da_chi_lun到子组件
单击
图3-1完成的子组件 图3-2 完成元件da_chi_lun的添加
按钮，在“文件打开”，将元件放置到组件中，在“元件放置”对话框
中设置第一个约束类型为“插入”，选择元件曲面和组件曲面作为两个放置参照，设置第二个约束类型为“匹配”，选择元件曲面和组件曲面作为放置参照，输入匹配值“0”，单击
按钮，添加第三个约束，设置类型为“匹配”，选择元件曲面和组件
曲面作为放置参照，根据提示输入偏移值“0”，添加元件jian_1的“元件放置”，单击“确定”按钮完成元件da_chi_lun的添加，组件如图3-2所示。添加元件xiao_chi_lun到子组件方法也是相同的。如图3-3所 示。
，弹出下拉菜单，单击“激活”按钮将组件da_chi_lun切换到激活状态，继续添加的元件将成为组件da_chi_lun中的元件。如上述步骤一样，选择xiang_ti_di_zuo放置到组件中。在“元件放置”对话框中设置第一个约束类型为“插入”，选择元件曲面和组件曲面作为放置参照。设置第二个约束类型为“匹配”，选择元件基准面TOP和组件基准面DTM3作为放置参照，输入偏移值“0”。添加元件xiang_ti_di_zuo的“元件放置”，单击“确定”按钮，完成元件xiang_ti_di_zuo的添加。如图3-4所示。
图3-3完成元件xiao_chi_lun的添加 图3-4完成元件xiang_ti_di_zuo的添加
单击按钮，在“文件打开”，将子组件放置到组件中。在“元件放置”对话框
中设置第一个约束类型为“插入”，选择元件曲面和组件曲面作为两个放置参照，设置第二个约束类型为“匹配”，选择元件曲面和组件曲面作为放置参照,输入匹配值“
0”
，
设
置第三个约束类型为“相切”，选择两齿轮啮合处的两个对应齿面作为放置参照，添加元件xiao_chi_lun的“元件放置”对话框，单击“确定”按钮，完成子组件xiao_chi_lun的添加，如图3-5所示。
单击
图3-5完成子组件xiao_chi_lun的添加 图3-6 tao_tong和zhou_cheng的添加
按钮，在“文件打开“，将元件放置到组件中，在“元件放置”对话框
中设置第一个约束类型为“插入”，选择元件曲面和组件曲面作为两个放置参照，设置第二个约束类型为“匹配”，选择元件曲面和组件曲面作为放置参照，输入匹配值“0”，单击“确定”完成tao_tong的添加，然后再单击
，用相同的方法完成
zhou_cheng的添加，完成添加后如图3-6所示，其中，另一侧轴承的添加方法也是如此。
，其它辅助元的添加也是如同上面的步骤，用到插入、匹配、相切等，只要操作的时候选好曲面与另一个曲面相配就可以了，完成的整体减速器的装配如图3-7所示。
图3-7 完成的整体的减速器的装配
§
选择菜单“视图/视图管理器”选项，弹出一个对话框，单击“分解\\新建”,接受系统默认的新名称或输入自定义的分解视图名称，创建一个新的分解视图。
在“分解位置”对话框中选择运动参照类型为“平面法向”,根据提示选择图中ASM_FRONT平面作为运动参照。用鼠标拖动需要编辑的元件到合适位置，单击确定分解位置。再用同样的方法确定另一元件的分解位置等等，可以用鼠标将元件按照运动参照平面拖到任意位置。其编辑元件的分解位置后的分解图如图3-8所示。
单击“偏距线/创建”，弹出一个“图无选取”对话框，根据分解视图设计方法及各元件的分解位置创建如图3-9所示的偏距线。
§
图3-8 编辑元件的分解位置后的分解图 图3-9 创建分解偏距线
本章主要介绍了减速器的三维装配及分解，注重说明了操作步骤、元件放置方法、元件约束类型以及基于组件的零件设计技术
第四章 减速器的运动仿真
§
利用PRO/E提供的机构仿真功能，可以分析机构的运动轨迹、位移、干涉等，还可以将仿真结果输出到其他文件中。机构仿真中常用的术语有以下几个(1)主体：就是指一个元件或没有相对运动的一组元件，作为主体的一组元件内部不存在任何自由度。(2)连接:定义并约束相对运动的各主体之间的关系，连接限制了各主体之间的相对运动，减少了系统的总自由度，并定义了一个元件在机构中可能具有的运动类型。(3)驱运器:驱动器的作用如同电动机，它以一个自由度在两个主体之间加上特殊运动，可以在连接轴或几何图元(如零件平面、基准平面和点)上放置驱动器，并指定构件之间的位置、速度和加速度运动。(4)接头:主体间的连接形式，基类型有销钉连接、轴承连接、移动杆和焊接等。(5)运动:取决于驱动器或负荷的主体运动方式。(6)基础:一个固定的主体，其他主体相对于基础运动。(7)放置约束:向组件中放置元件并限制该元件运动组件中的图元，等等，机构仿真的设计过程主要可分为两个基本步骤:一是定义一个机构,二是使其运动。 §
”da_chi_lun_zhou”组件的基准平面
启动PRO/ENGINEER Wildfire,选择菜单“文件/打开”选项，,单击工具栏中的按钮，创建与图4-1所示的“ADTM2”面偏距“”的基准平面，方向与图示方向相反，创建成功的基面如图4-1的ADTM4平面所示。
图4-1 创建的基准面 图4-2 创建的基准面
“xiao_chi_lun_zhou”组件的基准平面
打开“ ”组件，单击工具栏中的
按钮，创建与图4-2的所示的“ASM_RIGHT”
面偏距“150”的基准平面，方向与图示方向相反。创建成功的基准面如图4-2所示。 “组件”文件
单击工具栏中的按钮，选取选项，在“名称”输入框中输入“asm0_1”，
取消“使用默认模板”复选框，单击“确定”按钮，选择“mmns_asm_design”模板。 4. 连接减速器底座
单击话框，单击单击
按钮，弹出“打开”对话框，选择“”零件打开，弹出“元件放置”对
，在显示的“ 连接”对话框中选择底座的连接类型为“刚性”，
(将元件固定到当前位置)按钮，单击“确定”按钮， 连接后的减速箱如图
4-3所示。
图4-3 减速箱底座 图4-4连接” ”的减速箱
5. 连接“xiao_chi_lun_zhou”组件
单击话框，单击
按钮，弹出“打开”对话框，选择“ ”零件打开，弹出“元件放置”对
，在显示的“连接”对话框中选择底座的连接类型为“销钉”。选
取齿轮的中心轴“A_2”和减速箱的“A_12”，按对齐关系约束，选取在“xiao_chi_lun_zhou”中创建的“ ADTM2”面和减速箱的“TOP”面，按对齐关系约束。单击“确定”按钮， 连接“ ”后的减速箱如图4-4所示。 6. 连接“ da_chi_lun_zhou”组件
单击
按钮，弹出“打开”对话框，选择“ da_chi_lun_zhou. Asm”零件打开，
，在显示的“ 连接”对话框中选择底座的连
弹出“元件放置”对话框，单击
接类型为“销钉”。选取齿轮的中心轴“A_2”和减速箱的“A_10”，按对齐关系约束，选取在“ da_chi_lun_zhou”中创建的“ ADTM4”面和减速箱的“TOP”面(如图4-5所示)按对齐关系约束。单击“确定”按钮， 连接“ ”后的减速箱如图4-6所示。
图4-5 选取箱体的对称面 图4-6连接” da_chi_lun_zhou. asm”后的减速箱
7. 连接轴承1和2
单击话框，单击
按钮，弹出“打开”对话框，选择“”零件打开，弹出“元件放置”对
，在显示的“连接”对话框中选择底座的连接类型为“销钉”。选
取轴承1的中心轴“A_3”和大轴1的中心轴“A_1”，如图4-7所示，按对齐关系约束。选取轴承的端面和轴肩，按对齐关系约束，如果选取的面和所需面相反则单击“反向”。单击“确定”按钮， 连接轴承后的减速箱如图4-8所示。再选择“ zhou_cheng_1”零件打开，弹出“元件放置”对话框，单击
，在显示的“ 连接”对话框中选
择底座的连接类型为“销钉”。选取轴承2的中心轴“A_3”和小轴的中心轴“A_1”，按对齐关系约束。选取轴承的端面和轴肩，按对齐关系约束，如果选取的面和所需面相反则单击“反向”。单击“确定”按钮。
图4-7 选取轴1的中心轴 图4-8 连接轴承后的减速箱
8. 连接套筒1和2
单击
按钮，弹出“打开”对话框，选择“”，单击“打开”按钮，打开“元件
，选择套筒的中心轴“A_3”和大齿轮轴的中心轴“A_2”，
放置”对话框，单击
(如图4-9所示)按对齐关系约束。选取套筒1的端面和轴肩，按对齐关系约束，如果
选取的面和所需的相反则单击“反向”，单击“确定”按钮，连接套筒2的方法与此相同，连接套筒1和2的减速箱如图4-10所示。
§ 机构仿真
单击“应用程序\\Mechanism”，进入“机械”模式。
单击工具栏中的
图4-9 选取大齿轮轴的中心轴 图4-10 连接套筒1和2后的减速箱
按钮，弹出“齿轮副”对话框。单击“新建”按钮，弹出“齿
轮副定义”对话框。接受系统默认的名称“Gearpair1”和默认的传动类型“标准”，选取大齿轮的连接轴，如图4-11所示，系统自选取齿轮的“主体”和“托架”，在“直径”输入框中输入“240”。
图4-11 选取的连接轴 图4-12 齿轮2的连接
单击“齿轮2”选项卡，显示有关齿轮2的对话框。选取图4-12箭头所示的齿轮2的连接为连接轴，系统自动选取齿轮的“主体”和“托架”，在“直径”输入框中输入“80”，如图4-12所示。
接受“属性”中的“齿轮比”选项为“节圆直径”。
单击“确定”按钮，在“齿轮副”对话框中显示“GearPair1”齿轮副的名称，单击“关闭”按钮。此时在齿轮中显示齿轮副连接标志，如图4-13所示。
图4-13 “齿轮副”连接标志 图4-14 驱动器标志
单击工具栏中的
按钮，弹出“伺服电动机”对话框一。单击“新建”按钮，
显示“伺服电动机定义”对话框，把系统默认的名称“servoMotor1”改为“driver1”，接受系统默认的“从动实体”类型。选取图4-22箭头所示的连接为连接轴。如果驱动器的运动方向和所需方向相反，可以单击“反向”按钮。单击“轮廓”选项卡，弹出有关驱动器运动轮廓的对话框。单击“位置”旁的
按钮，选取“速度”规范，接
受当前轴的位置为零位置，接受系统默认的“模”为“常数”，输入A值“50”，即传动轴的转速为“50deg/s”。单击“确定”按钮，在“伺服电动机”对话框中显示“driver1” 驱动器的名称，单击“关闭”按钮。此时在图中显示驱动器标志，如图4-14所示。 单击
按钮，弹出“分析”对话框。单击“新建”按钮，显示“伺服电动机定义”
对话框。把系统默认的分析名“AnalysisDefinition1”改为“gear_motion”。接受系统默认的分析类型和开始时间。设置运动的结束时间为“20”，帧频为“5”，系统自动计算“帧数”和“最小间隔时间”，接受系统默认的电动机“driver1”。单击“运得”按钮可以查看齿轮的运行情况。单击“确定”按钮，在“分析”对话框中显示“gear_motion”分析结果的名称，单击“运行”按钮，把运行结果存入结果集，单击“关闭”按钮，关闭对话框。
单击工具栏中的
按钮，弹出“回放”对话框。单击“回放”对话框中的
按
钮，从中可以将仿真结果制作成动画进行播放。单击“”按钮，弹出“捕获”
对话框。单击“确定”按钮进行“mpeg”格式的动画制作。单击“浏览”按钮，弹出“保存副本”对话框，可以对制作的动画保存副本，即可以把制作的动画保存到其他的文件夹下，否则系统自动把动画保存到当前目录下。单击“捕获”对话框中的“确
定”按钮，开始“mpeg”格式动画的制作，完成的动画。
图4-15计算测量值的“测量结果” 图4-16 “图形工具”框
单击间”。单击
按钮，弹出“测量结果”对话框，接受系统默认的图形类型“测量与时按钮，弹出“测量定义”对话框，接受系统默认的名称“measure1”，
选取测量类型为“速度”，选取图4-12所示的轴为连接轴，接受系统默认的评估方法“每一时间步距”。单击“确定”按钮，则在“测量结果”对话框中多出“measure1”，双击结果集中的“gear_motion”，系统自动计算结果并把结值为定义驱动器连按轴的计算值。
单击
按钮，添加测量值2，接受系统默认的名称“measure2”，选取测量类型
为“速度”，选取图4-11，所示的轴为连接轴，接受系统默认的评估方法“每一时间步距”，单击“确定”按钮，则在“测量结果”对话框中多出“measure2”，双击结果集中的“gear_motion”，系统自动计算结果，并把结果显示的“测量”中的“值”一栏中，如图4-15所示。此计算结果是输出轴的转速，由于定义的输入轴的转速是50deg/sec，传动比是1/3，且输出轴的转的转向同输入轴相反，所以计算结果是输入轴的1/3，且符号相反。
选中“分别绘出测量图形”复选框，在“测量”框中选中名称“measure1”和
“measure2” ，单击看出测量值的变化量。 §
按钮，弹出如图4-16所示的“图形工具”框，从图中可以
本章主要对减速器的进行运动仿真,首选是将各元件进行连接，然后建立齿轮副，并添加驱动器进行运动仿真，最后进行结果分析。以保证设计的正确性。
第五章 结束语
本文主要介绍了基于POR/E的减速器的结构设计及运动仿真，对减速器各主要零件的三维造型运用POR/E进行设计，并对减速器进行装配及运动仿真，通过对减速器各方面的设计，也更熟练了PRO/E的运用技巧，比如草绘器的使用，实体造型技术，高级实体造型功能，曲面造型和应用，组件装配技术，三维模型信息检索，机构运动仿真，二维工程图设计等等。应用PRO/E技术进行产品设计，能使设计、生产维修工作快速而高效地的进行，所带来的经济效益是十分明显的。而其发展趋势是集成化、智能化、和标准化。因些我们必须不断的学习新的知识来完善自己，具有创新开发能力，以便以后可以开发出更方便，快捷的设计软件来完成设计工作。这样不仅节省了人力、物力、财力，更重要的是缩短了产品的设计周期，在时间上超越于别的国家，我们国家的发展才能长足的立于不败之地。总之本论文的完成为以后的工程设计研究奠定了基础。
谢 辞
参考文献
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