减速器设计
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇减速器设计范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
减速器设计范文第1篇
传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6
S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。
二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计
1.主要参数
混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。
2.传动系统设计
该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。
三、减速器优化设计的数学模型
1.目标函数
对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。
2.约束条件
约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：
（1）设计变量取值的离散性约束
齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。
（2）设计变量取值的上下界约束
螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。
（3）齿轮的强度约束
齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。
（4）齿轮的根切约束
为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。
（5）零件的干涉约束
要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。
图1三级减速器示意图
四、结语
机械优化设计是在常规机械设计的基础上发展和延伸的新设计方法，而减速器的优化就是其中之一，是以传统设计为基础、沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。在实际应用中已产生了较好的技术经济效果，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量，使减速器发挥了最佳性能。
参考文献：
[1]孙元骁等著.圆柱齿轮减速器优化设计.机械工业出版社，1988.摘要：减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析，提出了减速器设计中应考虑的约束条件、目标函数和变量等。
关键词：减速器优化设计
传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6
S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。
二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计
1.主要参数
混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。
2.传动系统设计
该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。
三、减速器优化设计的数学模型
1.目标函数
对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。
2.约束条件
约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：
（1）设计变量取值的离散性约束
齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。
（2）设计变量取值的上下界约束
螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。
（3）齿轮的强度约束
齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。
（4）齿轮的根切约束
为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。
（5）零件的干涉约束
要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。
图1三级减速器示意图
四、结语
机械优化设计是在常规机械设计的基础上发展和延伸的新设计方法，而减速器的优化就是其中之一，是以传统设计为基础、沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。在实际应用中已产生了较好的技术经济效果，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量，使减速器发挥了最佳性能。
减速器设计范文第2篇
（南京农业大学，江苏南京210031）
摘要：减速器振动对机械传动危害巨大，现采用高性能处理器STM32F103ZET6和数字加速度传感器ADXL345设计了一套减速器振动监测系统，用于对减速器振动量进行快速检测，并运用高斯滤波算法对检测数据进行滤波处理，提高测量精度。实时计算X、Y、Z三轴方向的加速度和瞬时速度并在LCD液晶上予以显示，给出减速器当前的振动信息。试验表明，该系统响应速度快，测量精度较高，有良好的应用效果。
关键词 ：减速器；振动；加速度；监测
0引言
减速器在机械传动中发挥着至关重要的作用。在实际使用过程中，减速器的振动直接影响着传动轴、发动机或电机等动力设备的安全运行，甚至可能产生严重后果［1］，因而对减速器的振动量进行监测与故障分析对预防传动系统故障、降低故障损失有重要意义。振动信号作为检测分析对象，对其进行敏感而精确的检测是后续处理的重要前提。
本文采用加速度传感器和高性能处理器构建了一套减速器振动监测系统，通过对传感器输出的加速度信号进行滤波处理，获得准确的加速度输出信号，计算完成后经串口打印输出。
1方案设计
监测系统由加速度传感器、处理器、电源模块、LCD显示模块和串行接口电路组成，系统采用数字式加速度传感器，安装在减速器主轴上，系统由电源模块给处理器和加速度传感器供电，上电初始化完成后，处理器即以固定的扫描频率f周期检测加速度传感器的输出，并通过滤波处理提高检测精度，实时计算减速器的X、Y、Z三相加速度和瞬时速度，通过串行接口电路予以输出，并在液晶模块上实时显示。
2硬件
监测系统以ST公司CortexM3内核的32位STM32F103系列低功耗处理器为核心，配以3.2英寸液晶LCD模块和一路串行接口电路。STM32F103ZET6拥有512kBflash、64kBRAM、多路RS232串口和ADC转换功能等丰富的外设及接口资源，外部采用8MHz晶振，可提供高达72MHz频率的时钟，满足系统实时性需求［2］。串行接口电路基于MAX3232串行芯片进行设计，可支持双工串行通信，具有良好的经济实用性。
液晶模块采用基于ILI9320芯片的3.2英寸LCD模块，与处理器之间采用SPI接口连接，通过01h和03h寄存器来控制GRAM的刷新方向，设置AM=1，ID=01，输入地址更新方向为垂直方向。
加速度传感器采用ADLX345芯片的加速度传感器模块，ADXL345是ADI公司推出的采用MEMS技术具有SPI和IIC数字输出功能的三轴加速度传感器芯片［3］，具有小巧轻薄、低功耗、量程可变和高分辨率等特点，可选量程为±2g、±4g、±8g、±16g（g为重力加速度），可采用固定的4mg/LSB分辨率模式，可测量静态重力加速度，也可测量运动或振动总的动态加速度，在手机等移动设备上应用广泛。
本系统中处理器采用IIC接口与ADXL345通信连接，进行数据读取。使用时，CS引脚连接至VDDI/O，ALTADDRESS引脚接任一VDDI/O或接地，SCL时钟设置输入设为400kHz，此时最大输出数据速率为800Hz，ADXL345还支持多种中断处理方式，可通过数据更新中断读取加速度值，也可定周期读寄存器查询加速度输出值，本文采用定周期读取方式实时读取加速度传感器值，周期设为2s。
3软件
3.1模块及功能
MCU设定定时中断采样，采样频率为100Hz，即每秒进行100次采样，采样数据均存在数据缓冲区Buffer内，采样完成后调用滤波算法对采样数据进行滤波处理以减小偶然误差，紧接着再利用处理后的均值计算速度值并在LCD上予以显示。STM32程序采用MDK4.0开发环境以C语言进行开发，主要包括以下功能模块：
（1）Initial_device（）：硬件资源（如时钟、定时器、I/O口等）、串行接口和ADXL345加速度传感器等的初始化。
（2）Multiple_Read_ADXL345（）：连续读取ADXL345的数据并进行数据校验，确保数据的正确性。
（3）Value_Convert（）：加速度值转换函数，将读取的三轴加速度值进行高斯滤波处理，然后对每组加速度值求均值，分别记为aX、aY、aZ，并计算X、Y、Z方向的速度值vX、vY、vZ。速度按式（1）计算：
本研究中将概率密度f（x）≥0.8的数据认为是大概率事件，即有效数据，将此类数据保留，其他数据认为是扰动数据，予以删除。求取有效数据的样本均值，即可得到高斯滤波后的优化值［4］。
系统上电后即对时钟及外部电路包括加速度传感器进行初始化，初始化完成后，开启10ms定时器中断，即每10ms采样一次，每秒采样100次；完成100次采样后进行一次高斯滤波处理，并根据滤波后的数据计算速度和加速度值，然后调用液晶显示程序，在液晶模块上予以显示，并通过串口打印输出。
4试验结论
对设计的硬件和软件系统进行融合，并对集成的监测系统进行性能测试。选择一台MX18微型行星齿轮减速器（电机）来测试，减速器规格：外径180mm，速比1∶5～1∶18075，噪音55dB，效率70%，转矩20mN·m～2N·m［5］。试验中采用笔记本电脑的AccessPort调试助手对系统的振动信息进行监测，记录10s内减速器加速度输出值，并在第5秒后加大减速器的输入功率，对试验记录数据进行曲线拟合，得到加速度与时间的时域关系如图1所示。
由于每两次采样时间间隔为1s，因而图1未完全反映减速器运行过程中的完整振动响应关系。但从图中趋势可以看出，第5秒后加速度输出幅值有明显变化，达到试验预期效果。
5结语
本系统采用嵌入式处理器和数字式加速度传感器设计实现了减速器振动监测系统，系统对减速器主轴的三轴加速度和瞬时速度以固定周期进行扫描，并通过LCD液晶予以显示，同时通过串行接口电路予以输出。试验表明，该系统对减速器的振动监测效果良好，是一种经济方便的监测方案。
［
参考文献］
［1］殷芬.3R02型减速器箱体振动特性的数值模拟分析［J］.价值工程，2012，31（11）：22?23.
［2］薛延华，王志广，邵滨，等.齿轮箱箱体结构对其振动模态的影响研究［J］.机械传动，2008，32（6）：107?109.
［3］沈克伟.大型汽轮机组远程振动监测系统研究［D］.华北电力大学，2013.
［4］卢文龙，王建军，刘晓军.基于CUDA的高速并行高斯滤波算法［J］.华中科技大学学报：自然科学版，2011，39（5）：10?13.
［5］刘明红.边缘传动磨机减速器振动监测及振动限值［J］.四川水泥，2014（3）：146?150.
减速器设计范文第3篇
关键词：NGW型；行星减速器；参数化设计
NGW型行星减速器参数化设计的基本原理在于，通过程序控制与三维模型的结合，以已有的Pro/E 零件模型为基础，按照系统的实际运行需要，对完全控制模型的大小和形状进行参数化设计。NGW型行星减速器参数化设计有助于这一模型的参数化编程，进而实现参数设计的修改和检索功能，并依据全新的参数值建立新的模型[1]。
1. NGW型行星减速器参数化设计的主要内容
第一，主程序的编写。将零件模型中已经预先设计好的相关参数与减速器设计方案中的输入参数相互联系起来，实施数据通信，从而达到自动更新装配模型和减速器零件的目标，若现有的设计不符合设计规定，可以实施重新设计[2]。第二，建设SQL 数据库、装配体库及减速器零件库，为设计时调用做好相关数据准备。第三，编写Pro/E和VC的接口程序，并将减速器设计菜单项增加到Pro/E 主菜单栏中，从而实现参数化设计程序界面的启动功能。
2. NGW型行星减速器参数化设计的流程和结构
2.1. 设计流程
在开始运行程序前，程序设计人员应输入使用寿命、行星轮数目、减速器输出转速、额定转速和电动机额定功率等参数。按照系统设计输入相关数据，按照综合优化设计的基本原则，设计齿轮传动情况，同时，设计太阳轮轴、行星轮轴、行星架等减速器零件。根据模块参数化设计的计算结果，对现有三维零件模型进行系统更新，如果无需修改零件参数值，则可将零件模型直接保存，同时建立设计文档。模型更新完成后，系统可校核相应的刚度和强度，如果未达到设计条件，需要重新进行设计，并保证其满足系统运行需要[3]。
2.2 .系统结构
本文所进行的NGW型行星减速器参数化设计，指的是以VC集成开发环境为基础，通过Pro/E与MFC二次开发工具包Pro/TOOLKIT对NGW型行星减速器进行参数化设计与开发。这一设计有助于行星架等零部件参数化设计、齿轮强度校核以及齿轮机构优化设计等目标的实现，根据模块化设计的基本思路，该系统还涉及设计文档数据库、模型库、模型更新、零件强度校核与设计计算及用户参数输入等五大基本模块[4]。
五大模块的基本功能在于：第一，设计文档数据库。其主要作用在于存储减速器设计时，应用更新完成的零件尺寸设计数据，以及动载系数VK、使用系数AK等参数相关的图表，以备后续使用。第二，模型更新。利用强度校核、设计计算和修改参数，能够实现零件结构尺寸的更新，利用更新的模型，能够形成满足设计需要的新的零件模型，最终进行零件的参数化设计[5]。第三，模型库。因为类型相同的零件结构与减速器结构之间仅仅存在尺寸上的差别，所以，应建立相应的模型库，主要设计装配体库与零件库两个方面。在参数化设计过程中，仅仅需要更改现有的模型，从而实现了设计人员工作量的大大减少。第四，零件强度校核与设计计算。按照参数输入的不同，设计齿轮传动，同时，设计计算行星轮轴和行星架等零部件，以计算结果为依据，对轴和齿轮等部件进行强度校核，从而对设计的合理性进行初步检查。第五，参数输入。人机交互接口，用户需要将初始的设计参数输入，以此作为设计计算的基础。
3. 总结
本文对以Pro/Toolkit和MFC开发包为基础的Pro/E二次开发方法进行了分析，主要涉及Pro/E与VC的应用程序注册运行、编写资源文件、对话框技术、菜单技术、程序接口等。同时，建立了NGW 型行星减速器参数化设计系统，通过MFC建立了界面对话框，从而为显示设计结果与输入设计参数提供了方便。通过SQL Server2008 软件设计了零件数据库，并依据ODBC数据访问技术进行零件库的删除、添加和查询，对数据库交互技术进行了研究分析。通过Pro/E参数化模块设计了装配体库和零件库，同时涉及了相关的关系式与尺寸参数。创建了零件校核模块与设计计算方法。
参考文献：
[1]赵丽娟，张双，伍正军.基于MFC和Pro/TOOLKIT的NGW型行星减速器参数化设计[J].机械传动，2012，1（1）：58-60.
[2]李哲羽，王伟，高永顺.NGW型行星减速器可靠性优化设计[J].吉林工学院学报，1999，20（2）：58-59.
[3]江家伍，印松.NGW型行星减速器的模糊可靠性优化设计[J].合肥工业大学学报，2002，25（3）：472-474.
减速器设计范文第4篇
近年来，伴随着CAD/CAM/CAE技术的日趋成熟，建立在软件集成基础上的虚拟样机技术及其应用也获得了迅速发展。所谓虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。通过建立虚拟样机，可以检查零件的运动干涉，评价系统的振动水平，预测零件的变形，确定作用在零件上的载荷谱。通过反复修改系统动力学模型，仿真试验不同的设计方案，设计人员不必浪费制造、试验物理样机所需的时间，就可以获得最优设计方案。因此不但减少了昂贵的物理样机制造费用和试验成本，而且提高了产品设计质量，大大缩短了产品的开发周期。
减速器是在原动机和工作机之间用于降低速度、增大扭矩的传动装置，得到广泛应用。传统的减速器设计方法通常比较依赖于经验和理论公式。如果采用虚拟样机技术，就能够加快开发实际产品的速度，提高效率。本文以二级齿轮减速器作为载体，运用参数化设计技术和虚拟样机技术，通过NX软件和ADAMS软件对减速器进行了设计和运动仿真分析研究。
一、NX软件和ADAMS软件简介
1.NX软件简介
NX软件是一个集CAD/CAM/CAE于一体的CAD软件。本文运用NX软件，建立了减速器的三维数字化模型，并对该模型进行了干涉检验。
2. ADAMS软件简介
ADAMS是由美国机械动力公司开发的，被广泛应用于机械设计的各个领域。该软件有如下功能：分析运动学静定系统、分析线性系统模态、力输入运动以及模拟控制系统。本文在该软件中以建立好的减速器三维数字化模型为基体建立了减速器的虚拟样机模型，并对该模型进行运动仿真与分析。
3.NX和ADAMS软件的数据转换接口
相对于ADAMS软件强大的运动学、动力学分析功能，其实体建模功能相对较弱，难以用它创建具有复杂特征的构件。但ADAMS与常用的三维CAD软件都有着良好的接口，通过其转换接口，可以与其他软件共享数据，以充分发挥各自软件的优势。数据的转换主要是通过文件的输入输出来实现的，可输入输出的数据格式有多种。Parasolid格式是NX图形文件的内核，在NX中建立的机构三维实体模型，通常以Parasolid格式进行输出，然后输入到ADAMS中进行分析，可同时发挥NX建模功能和ADAMS分析功能的优势。
二、减速器零部件各参数设计
1.减速器应用实例设计要求
设计题目：带式输送机的专用传动装置；
原始数据：输送带的拉力 F=5000N，输送带的线速度v=0.8m/s，驱动滚筒直径 D=200mm，工作机传动效率取为1；
工作年限：10年（每年按300天计）2班制；
工作环境：清洁；
载荷性质：平稳；
生产批量：中等批量；
传动方案：两级圆柱齿轮电动机。
2.电动机选择
根据设计题目的要求，通过计算并查阅相关的数据表选择Y系列三相异步电动机型号为Y132M2―6，其相关数据如表1所示。
3.减速器轴、齿轮等关键零部件参数设计
根据设计实例题目要求，参考《机械设计》第七版（西北工业大学出版社）和《机械设计课程设计》相关内容设计出该减速器各轴参数（省略轴上的键槽）如图1～图3所示。
根据设计要求参考《机械设计》相关内容设计此减速器为两级圆柱斜齿轮传动，参数如表2所示。
4.减速器其他各参数的设计
根据设计要求参考《机械设计》相关内容设计出减速器其他部分。
三、基于NX的减速器三维图形建模
1.在NX中建模的一般步骤
在NX软件中，同一个零件可能有多种不同的建模方式，但一般常用步骤如下：第一步，选择一个基准绘图面，绘制零件轮廓草图；第二步，对草图进行拉伸、旋转及扫掠生成零件的主要部分或对称特征部分；第三步，对生成的零件进行倒角、钻孔等其他操作，完成零件实体模型。
2.基于NX的减速器零部件三维模型的生成
本节以中间轴为例说明零件三维建模在NX中的实现过程。第一步，进入草图界面，选一基准面，可以先绘制出中间轴的大致轮廓；第二步，运用软件的参数化驱动功能，对草图进行几何约束与尺寸约束使其符合尺寸要求，约束后草图如图4所示；第三步，退出草图，选择旋转命令，对草图进行旋转，生成中间轴的三维模型，如图5所示。
3.减速器虚拟装配与干涉分析
NX软件中有三种装配方法，分别为：自底向上方法、自顶向下方法及混合装配方法。本文对减速器的虚拟装配采用的是自底向上的装配方法。减速器整个虚拟装配如图6所示。
在NX中对装配好的减速器进行干涉分析，由于减速器齿轮各轴向已经定位，因此最可能发生干涉的地方是其传动作用的齿轮之间，所以选择对两级啮合齿轮进行干涉检验。检验结果为接触，齿轮间是正常啮合。
四、基于ADAMS的减速器运动仿真分析
减速器设计范文第5篇
关键词 pro/E 减速器 机械设计 虚拟装配 虚拟拆卸
中图分类号：G43
文献标识码：A
文章编号：1002-7661（2012）20-0031-02
机械设计基础是机械类专业的一门必修专业基础课程，在教学过程中起着承前启后的重要桥梁作用，是学生学习后续专业课的重要基础。本课程不但有很强的理论性，还具有很强的实践性。减速器是机械设计基础中的一个典型的教具，它具有典型的机械传动机构和机械零件结构。在以往的教学过程中，教师仅仅通过平面图来讲解各个部分的结构和设计要求；有的学校可以为学生提供减速器的模型进行拆解训练，来增强认识，但由于首先知识的学习和拆装实验在时间和空间上不合拍，影响学生对知识点的理解和吸收；其次在实际拆卸过程中，很多结构由于设计的要求不易拆卸，同样影响了学生的直观认识。
通过采用pro/E软件对减速器进行三维建模，然后模拟减速器的虚拟拆卸和装配过程。在上课期间就直接将减速器零部件实体显示在学生面前，针对零件具体讲解各部分的结构和设计中应注意的问题，可使学生直观地看到各部分结构，对设计要点和注意点有了形象的认识，有效地提高了教学的质量和增加了学习的效果。
一、减速器机械设计辅助教学软件的设计
减速器是一种用于原动机与工作机之间的封闭式机械传动装置，主要用于改变输出转速、增大输出扭矩和改变运转方向，目前已成为一种应用广泛的专用部件。减速器部件由箱体、传动轴、齿轮。轴承和连接组成。基本涵盖了机械设计中的零件设计内容。通过对减速器零部件的建模和装配，在课堂上可以调用该零件来讲解，例如在轴的设计中，调用轴的实体模型，对比讲解在设计过程要注意什么问题，设计的重点和要点。在机械设计课程设计中可以显示装配后的结构和装配拆卸的过程。
Pro/Engineer是美国PTC（Parametric Technology Corporation）公司开发的功能强大、内容丰富的大型CAD/CAM集成软件，以其强大的三维处理功能、显著的尺寸驱动下的参数化设计、特征建模及单一数据库等特点，在目前的三维造型软件领域中占有重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
Authorware是一套多媒体制作软件，它使用流程线以及一些工具图标，实现高效的多媒体管理机制和丰富的交互方式，尤其适合制作多媒体辅助教学（CAI）课件。Authorware具有的对流程可视化编程功能、流程图式的程序结构，能直观形象地体现教学思想，反映程序执行的过程。
通过pro/E对一例石油工业用二级减速器的零部件建模，生成exe可执行文件，然后在AuthorWare直接调用显示，完成以下功能（1）演示减速器零件的3D模型；（2）演示减速器组件3D模型；（3）主要零部件的设计要点和思考复习题；（4）演示减速器的整个装配过程；（5）演示减速器的整个拆卸过程。
整个软件的交互性、智能性好，内容丰富，体积小，运行速度快，方便老师在课堂讲授中使用。
二、减速器虚拟拆装过程的设计
1.减速器形式和参数
图一 减速器结构简图
2.减速器零部件的建模
通过Pro/E软件征命令和工程特征命令，很方便的生成减速器的零部件实体模型。
3.减速器虚拟装配和拆卸流程设计
减速器的装配流程如下图二减速器装配流程图：
减速器的拆卸流程为装配流程图的逆过程。
4.减速器虚拟装配和拆卸的实现
在Pro／E的装配环境中进行虚拟装配动画仿真很方便。在组件模式下，通过“工具”“动画”菜单进入动画模式，把各个零部件按照装配的反顺序，拉放到同一时刻的一个位置，进行拍照生成关键帧。最后把各个关键帧按顺序排列即可。
三、软件界面的设计
为了得到良好的使用性能和交互性能，软件采用AuthorWare设计界面来展示减速器零部件的实体。通过选择不同的菜单，对应显示各个零部件的实体，对于每一个零部件的实体，根据机械设计的方法和要求给出了较为详细的说明，方便学生自学，在说明后面还给出了一定数量的思考题，方便老师在课堂上讲解或提问。
图三 零件结构界面
四、结束语
机械设计辅助教学软件，通过用Pro/E软件对减速器实体进行建模，并完成了它的虚拟装配和拆卸过程的动画仿真，用AuhorWare软件设计界面，具有良好的交互性能。通过使用本软件教学，使学生对常见的机械零件有了直观的感性认识，对装配工艺规程的设计和减速器的装配和拆卸顺序有了深刻的了解，提高了授课的效果和质量。
通过使用本软件教学，提高了学生在机械设计学习上兴趣，学生的成绩相比原来有了一定提高。尤其是在机械设计课程设计中，对于结构的设计能力有了很大的提高，完全杜绝了一些在原来设计过程中出现的常识性问题和简单的结构性错误问题，对提高教学质量起到了重要的作用。
参考文献：
[1] 濮良贵，纪名刚.机械设计，第七版[M].北京：高等教育出版社，2001（2006重印）.
