减速器的三维设计 毕业设计

摘要
减速器是一种用于原动机和工作机之间的封闭式传动装置，其主要功能是降低转速，增大扭矩，以便带动大扭矩的机械，故在现代机械中应用很广，它具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点,传统圆柱齿轮减速器的手工设计方法过程繁琐、周期长、效率低,随着科学技术和国民经济的发展,圆柱齿轮减速器的需求量越来越大,且对品质提出了更高的要求,传统设计方法已远远不能够满足技术发展的需要。

传统的减速器手工设计通常采用二维工程图表示三维实体模型的做法。

这种做法不仅不能以三维实体模型直观逼真地显现出减速器的结构特征，而且对于一个视图上某一尺寸的修改，不能自动反映在其他对应视图上。

同时，用这种方法生成的模型几何数据不能直接用于计算机数控加工(CNC)、模具设计、有限元分析和机构运动分析中。

并且要做大量分析与计算，因而费工费时，设计效率低。

目前,在产品开发中用的绘图软件比较多,如常用的AutoCAD、Pro/ENGINEER、UG等。

面对激烈的市场竞争,各生产厂家在满足产品功能的同时,为迎合消费者的需求,更加注重产品外观造型的设计。

在设计产品时,设计者如果使用二维图纸描述,其结构很难表达清楚,特别是光滑曲面二维图纸是无法表达的;而三维软件则显示了其独特的优势,不但能准确、直观地表达产品的外观,而且会大大缩短设计周期,降低设计者的劳动强度,提高设计效率,Pro/E软件便是其中一个典型例子。

本文主要以圆柱齿轮减速器作为典型产品，基于pro/E软件系统平台，就减速器的装配设计，实体造型设计，工程视图等内容进行研究分析。

关键词：减速器；装配设计；实体造型设计；工程视图
Abstract：
Reducer is a working machine for the original motivation and closed between the gear, its main function is to reduce speed, increase torque, in order to drive high torque of the machine, so in modern machinery is widely used, it has a compact structure, high transmission efficiency, transmission movement accurate, reliable and easy to maintain and use the characteristics of batch production, the traditional cylindrical gear reducer cumbersome process of manual design methods, a long cycle, low efficiency, with the science and technology and the national economy the development of cylindrical gear reducer increasing demand, and the right quality and put forward higher requirements, the traditional design approach has been far from able to meet the technology needs.
The traditional manual design reducer commonly used two-dimensional engineering drawings indicated that the practice of three-dimensional solid model. This approach not only can not be an intuitive three-dimensional solid model reducer vividly reveals structural features, but also for a view on a certain size changes, can not automatically be reflected in the corresponding view on the other. At the same time, using this method to generate the model geometry can not be directly used in computer numerical control machining (CNC), mold design, finite element analysis and kinematic analysis. And to do a large number of analysis and calculation, and therefore a lot of work and time-consuming to design and low efficiency.
At present, using a mapping software product development, are more commonly used, such as AutoCAD, Pro / ENGINEER, Ug and so on. The face of fierce market competition, the manufacturers to meet the product features at the same time, in order to meet consumer demand, pay more attention to product exterior design. In the design of products, the designer if you are using two-dimensional drawings describe its structure is difficult to express clearly, especially smooth surfaces can not be expressed in two-dimensional drawings; and three-dimensional software showed its unique advantages, not only accurate, visually Expression of the product's appearance, but will greatly shorten the design cycle, reduce labor intensity designers to improve design efficiency, Pro / E software is one classic example.
This paper mainly cylindrical gear reducer as a typical product, based on pro / E software system platform, the speed reducer assembly design, solid modeling design, engineering, etc. view the content of research and analysis.
Keywords: reducer assembly design solid modeling design Engineering View
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
第一章绪论 (5)
1.1课题研究背景及意义 (5)
1.2 CAD国内外相关研究现状 (6)
1.3 本课题主要研究内容 (9)
第二章、减速器零部件pro/E的三维造型设计 (9)
2.1 pro/E (9)
2.3 减速器基本组成 (10)
2.4 减速器零部件造型设计 (11)
a.箱体零件的造型设计 (11)
b.轴类零件的造型设计 (15)
c.轮类零件的造型设计 (17)
第三章减速器装配设计及工程视图的形成 (19)
3.1装配设计 (18)
3.2工程视图形成 (19)
3.3标注 (20)
3.4 PRO/E与其它CAD/CAM系统的交互 (21)
总结 (23)
参考文献 (24)
第一章绪论
1.1课题研究背景及意义
由齿轮、轴、轴承及箱体组成的圆柱齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

圆柱齿轮减速器作为普遍使用的传动装置，其设计过程几乎涉及机械设计各个方面，如结构设计、动力学设计、标准件选型设计、润滑与密封设计、几何参数设计、强度设计等。

设计齿轮减速器时，若凭经验设计，则设计结果偏于保守;若用传统的设计方法，则因计算过程繁琐，容易出错，且设计周期长、浪费人力。

而利用CAD手段进行设计，可提高设计质量，缩短设计周期。

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。

随着现代社会的快速发展，各种产品日新月异，产品的寿命缩短，产品更新换代的速度逐渐加快，对产品设计与制造的要求也越来越高，日益激烈的市场竞争要求现代化企业必须低成本高效率的开发新产品。

但是产品从设计到投产是一个复杂的过程，它包括产品总体方案设计、概念设计、制造加工与装配等多个环节。

其间还要进行一些分析与校核.传统的设计与制造方法难以全面考虑这些环节。

企业必须具备新产品的开发、研制及创新能力，有自己的便于更新的产品设计平台，才能不断快速地推出适应市场需求、满足顾客需要的新产品，才能在激烈的市场竞争中生存下来。

CA D 技术作为加速产品创新设计的有效途径，越来越得到设计人员的重视。

众多行业的实践经验表明，采用CAD技术可以显著地缩短设计周期，提高设计质量和生产效率，是加速产品更新换代的有效手段，也是改造传统生产过程的必由之路。

CAD技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。

因此，国家“863”计划专门投资，支持三计算维CAD软件的开发和产业化，以此为背景，国内CAD技术的研究和应用进入了新的发展阶段。

作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，减速器的计算机辅助设计、模拟分析与制造，即以CAD/以CAE/CAM一体化，也一直是国内外普遍关注的热点。

随着我国CAD应用工程的普及和推广，CAD技术已在许多企业转化为现实生产力。

传统的二维CAD软件正逐渐被三维CAD软件所替代。

在减速器的传统设计中，原有的几何模型是设计者利用固定的尺寸值得到的，零件的结构形状不能灵活的改变，一旦零件尺寸发生变化，必须重新绘制其对应的几、何模型。

为了能够更直观、更全面地反映设计意图，可借助参数化设计软件Pro/ENGINEER建立相应的减速器零件三维实体模型。

1.2 CAD国内外相关研究现状
计算机辅助设计(ComputerA ided Design，简称CAD)是指工程技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程:包括资料检索、方案构思、分析计算、工程绘图和编制技术文件等，是随着计算机、外围设备及软件的发展而形成的一门综合性很高的新技术[1].广义的CAD包括设计和分析两个方面。

CAD技术本身是一项综合性的、技术复杂的系统工程，涉及许多学科领域，如计算机科学和工程、计算数学、几何造型、计算机图形显示、数据结构和数据库、仿真、数控、机器人和人工智能学科和技术以及与产品设计和制造有关专业知识等。

CAD技术可以承担产品设计中的零件设计、装配设计、模具设计、机构设计与分析、有限元分析、数控加工与仿真等环节的关键工作，与传统的设计内容和方式相比产生了根本性的变革。

CAD/CAM 技术起源于50年代的航空工业，随后逐渐延伸到航天、汽车、造船、机械、电子、轻工、建筑工程设计、服装设计等领域。

近40多年来，工业发达国家的CAD/CAM
技术不断创新、系统不断完善，逐渐发展形成了一个从研究开发、生产制造、推广应用到销售服务一条龙的高技术产业。

CAD技术由二维绘图、三维线架、参数化和变量化特征造型发展到支持混合造型的行为建模乃至动作建模，同时促进了模型真实感渲染、有限元分析、机构仿真计算等相关技术的发展:CAM技术则朝着以提高加工效率、质量和可靠性为前提，以基于知识的加工、自动化NC和基于毛坯残留知识三大技术为基础的智能NC的方向发展，并形成了一系列比较完善的加工方法和相对优化的加工策略，为制造业的高效率、高精度提供了强有力的保证。

经过几十年的探索，计算机辅助造型技术己发展到特征造型和参数化、变量化设计阶段，为实体模型向产品模型的转化铺平了道路。

同时，CIMS、并行工程、虚拟制造等设计制造模式的发展，使得产品模型必须实现全生命周期中的信息共享、各种模型数据的转换和网络传输等问题。

60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD开始迅速发展。

在70年代初CAD技术的应用有了较大突破。

此后，CAD技术迅速发展并经历了四次技术革命:曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术及变量化技术[1]，其主要发展阶段和特点如下:20世纪60年代，CAD的主要特点是交互式二维绘图和三维线框模型。

20世纪70年代，CAD的主要技术特点是自由曲线曲
面生成算法和表面造型理论。

这期间CAD开始实用化，从二维的电路设计发展到三维的飞机、造船、汽车等设计。

曲面造型技术带来了第一次CAD技术革命。

20世纪80年代，CAD 的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法。

实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，有助于CAD, CAM, CAE的集成，被认为是新一代CAD系统在技术上的突破性进展。

20世纪90年代，参数化造型理论日趋成熟，形成了基于特征的实体造型技术，为建立产品的信息模型奠定了基础。

其以PTC公司的Pro/ENGINEER为代表。

可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。

随着CAD技术的发展，其系统性能提高，价格降低，CAD开始在设计领域全面普及，成为必不可少的设计工具CAD之所以在短短的30年内发展如此迅速，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，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。

应用CAD技术来进行产品设计，能使设计、生产、维修工作快速而高效地进行，所带来的经济效益是十分明显的。

近几年来，随着计算机技术的飞速发展，CAD技术已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CAD技术。

我国 CAD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。

国家逐步认识到开展CAD应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广CAD技术，同时展开CAD技术的开发和研制工作。

近年来，我国CAD技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还诞生了不少具有自主版权的CAD系统，如高华CAD、开目CAD等，由于这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。

但是，我国CAD/CAM 软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距。

由于国外CAD/CAM 软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，所以它们发展比较成熟，现在基本上已经占领了国际市场。

这些国外软件公司利用其技术和资金的优势，开始大力向我国市场进军，目前，国外一些优秀软件，如UG, SolidWorks, Pro/Engineer, CATIA等，已经占领了一部分国内市场。

所以，我国CAD/CAM 软件前景不容乐观。

但是，我们也应该看清自己的优势，比如了解本国市场、提供技术支持方便、价格便宜等。

在这些前提下，我们不仅要跟踪国际最新动态，更要立足国内，开发出符合中国人习惯的CAD/CAM软件。

随着 CAD技术的不断研究、开发与广泛应用，对CAD技术提出越来越高的要求。

随着计算机和网络技术的高速发展，CAD技术和CAD软件也不断发展。

新形势、新技术必将导致CAD技术呈现以下发展趋势151:集成化、智能化、并行化、网络化、虚拟设计和标准化。

这里不一一叙述。

从CAD技术的发展趋势，可以看出，CAD正经历着由传统技术向现代技术的转变，为此，提出“现代CAD技术”的概念，可表述如下:现代CAD技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法、设计环境、设计工具各相关技术的总称，它们能使设计工作实现集成化、网络化和智能化，达到提高产品设计质量、降低产品成本和缩短设计周期的目的。

从产品设计的角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，人们对设计过程会有更深的认识，对设计思维的模拟也将达到新的境界，传统的设计方法必然会朝着多元化、一体化的方向发展，人机交互方式也将变得更加自然，创新设计的手段更为先进和有效.从整个产品设计与制造的发展趋势看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟轴类产品设计及工程图自动生成技术与实现设计、敏捷设计、全生命周期设计等
设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向。

随着技术的进一步发展，产品设计模式在信息化的要求下，必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的方向发展，计算机辅助工业产品设计的发展趋势必然与上述发展趋势相一致，最终建立统一的设计支撑模型。

1.3 本课题主要研究内容
以圆柱齿轮减速器作为典型产品，基于pro/E软件系统平台，就以下内容进行研究分析。

1.pro/E主要性能、各个模块简介；
2.利用 Pro/E软件平台实现了减速器零部件快速、准确的三维建模。

基于特征的实体造型,容易修改,能及时响应市场需求，缩短生产周期和制造成本，一定程度上减慢了环境的污染和资源的浪费．减轻了劳动强度，改善了工作条件，部分实现了劳动密集型向知识密集型的转变；
3.利用 Pro/E软件平台实现了减速器零部件之间的快速装配设计；
4.由减速器的三维实体模型创建工程视图，基于Pro/E系统的参数化、单一数据库功能，实现了三维实体模型和二维工程图之间的数据修改互动。

并利用其交互性将二维视图在AutoCAD中进行编辑修改。

第二章、减速器零部件pro/E的三维造型设计
2.1 pro/E
Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。

PTC公司于1985年在美国波士顿最早开始参数化建模软件的研究，并在1988年推出三维建模软件Pro/E。

在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，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。

Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。

另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。

Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。

它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

自从面世以来以全参数化尺寸驱动基于特征单一全关联的数据库等优点深受用户好
评，并成为国际参数化的行业标准该系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理功能仿真制造产品数据管理等等，Pro/E还提供了目前所能达到的最全面集成最紧密的产品开发环境，在中国自90年代中期许多大型企业开始选用Pro/E 发展至今已拥有相当多的用户，国内许多大学也选用Pro/E作为进行研究开发的基础软件平台。

2.2 pro/E的特性
Pro/E的主要特性如下：
（1）以特征为设计单位
Pro/E以最自然的思考方式从事设计工作，例如钻孔、开槽、圆角等，均视为零件设计的基本特征，通过基本特征的创建，逐步完善产品的总体设计。

（2）单一数据库
所谓单一数据库就是在模型创建过程中，实体造型模块、工程图模块、模型装配模块以及数控加工模块等重要功能单元共享一个公共数据库。

（3）参数化设计
Pro/E创建的模型以尺寸数值作为依据。

设计者只需更改三维零件的尺寸，则二维工程试图、三维装配图和模具等则按照修改的尺寸自动作几何形状的改变，不会遗漏所需要修改的尺寸。

（4）全相关性
Pro/E所有模块都全相关联，某一处的改变都会贯穿整个设计过程中，同时自动更新所有文档，以确保设计的准确性。

2.3 减速器基本组成
减速器一般由箱体、轴系部件和附件三大部分组成。

箱体是减速器中所有零件的基座，是支撑和固定轴系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。

为了保证减速器正常工作和具备完善的性能，如检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于安装等。

减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件。

附件包括通气器、轴承盖、定位销、油塞、起盖螺钉、窥视孔和窥视盖。

轴系部件包括轴、键、轴承、齿轮、垫圈等。

2.4 减速器零部件造型设计
a.箱体零件的造型设计
1．上箱体造型设计
（1）以 FRONT面为草绘平面，以RIGHT面为参照平面进行草绘，再进行拉伸、倒圆角，生成如下所示的图形：
（2）以（1）中的上箱体毛坯的下端面为草绘平面进行草绘，再进行拉伸切除、倒圆角命令生成如下图所示的特征：
（3）以TOP面为草绘平面，进行草绘，并进行拉伸生成如下图所示的特征生成如下图所示的特征，并以DTM1基准平面进行镜像，生成另一侧的拉伸特征。

（4）以FRONT面为草绘平面，进行草绘，并进行拉伸生成如下图所示的特征，并选中该特征进行镜像生成上箱体另一侧的特征。

（5）以DTM1为草绘平面，草绘后进行拉伸生成如下图所示的筋特征
（6）通过孔特征、拉伸切除、倒圆角命令生成上形体特征。

2．下箱体造型设计
（1）以TOP面为基准平面，以RIGHT面为参照平面进行草绘，草绘一个长368宽104的矩形，并且矩形的中心在坐标原点，然后进行拉伸。

生成下箱体毛坯。

（2）以步骤(1)中的毛坯侧面为草绘平面，草绘坐垫平面，然后进行拉伸生成坐垫，并进行倒圆角。

（3）以下箱体上端面为草绘平面，绘制上端面，然后进行拉伸生成下箱体与下箱体的连接面；再以上端面为草绘平面，草绘拉伸切除面，得到下箱体如下图所示
（4）以箱体侧面为草绘平面，FRONT面为参照平面进行草绘，再进行拉伸生成如下图所示特征，再进行镜像，生成另一侧的拉伸特征。

（5）以步骤（4）中的草绘平面为基准平面进行草绘，并进行拉伸生成如下图所示的特征，再进行镜像生成另一侧的特征。

（6）以TOP面为参照平面，以DTM1、DTM2为草绘平面，生成如下图所示的筋特征，再进行镜像生成另一侧的筋特征。

（7）选取孔特征，再进行打孔，并进行倒圆角生成如下图所示的特征。

（8）最后通过打孔、拉伸、倒圆角等特征生成最终的下箱体。

b.轴类零件的造型设计
轴为减速器的核心零件，其上安装有齿轮，起传递运动和扭矩的作用，低速轴为转矩输出轴，通过齿轮配合将小扭矩、高转速的输入转化为大扭矩、低转速的输出。

在机械设计中，轴系是经常见到的一类零件，其造型简单，其建模过程为：由旋转体特征生成轴体，一个或多个切除拉伸实体特征构成键槽，最后添加倒角,具体过程如下：首先进入建立零件实体的环境，选择ISO制式的“mmns_part_solid”模板，选择默认的基准面体系，进入草图状态，绘制如b_1所示的图形，选择默认的旋转角度360度，生成轴实体特征。

再选择拉伸切除命令，选择旋转轴的基准平面为草绘截面，进行草绘，然后切除产生键槽特征，在进行倒角，生成如b_2所示的轴。

轴的草绘图 b_1
实体轴b_2
c.轮类零件的造型设计
该减速器轮类零件主要是齿轮，齿轮是各种机构中应用最为广泛的一种传动机构，它用来传递空间两轴间的运动和动力，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点，属常用件，部分参数已标准化。

因为是标准圆柱齿轮，因此我们可以通过创建标准齿轮渐开线来创建齿轮。

（1）建立齿轮毛坯实体
以齿顶圆直径为外径，以配合轴直径为内径，采用拉伸的方式生成齿轮毛坯。

（2）创建标准齿轮渐开线
打开基准特征工具栏上的曲线命令，选取“从方程”选项，再在“曲线：从方程”对话框中设置坐标类型为“笛卡尔”，后在弹出的“记事本”界面中进行渐开线的定义。

创建渐开线的过程
（3）齿廓间隙草图绘制
对步骤（2）中的渐开线曲线进行镜像，得到另一侧的渐开线曲线，再用复制、镜像命令得到一个齿廓间隙的另一侧的渐开线，再通过草绘来完成齿廓间隙的草绘。

（4）拉伸切除得到齿廓间隙
（5）通过阵列命令完成齿轮造型
在阵列中选择轴阵列，阵列数目为50，阵列角度为7.2度。

第三章.减速器装配设计及工程视图的形成
3.1装配设计
装配的大致过程是：
➢把一个基础元件放进空组件文件作为基准，开始装配；
➢然后使用“放置约束”添加后续元件，并相对于基准元件定向。

这些约束确定面或边是否对齐、匹配或偏移，并确定它们之间的约束或偏移值。

减速器模型装配设计是按一定的顺序进行的,先进行部件装配,然后用部件装配成减速器。

（1）输出轴系装配结果如下图所示
输出轴模型装配设计
（2）输入轴装配结果如下图所示
输入轴模型装配设计
（3）箱体装配如下图所示
箱座部件的装配模型
（4）减速器总装配结果如下图所示
3.2工程视图形成
二维工程图是由不同类型的视图和截面组成的，视图布局与选型非常重要，往往需要工程技术人员由良好的绘图技术和经验技巧。

实际上要完成一张完美的PRO/E软件工程图不是一件很轻松的事，需要做大量的系统设置和了解软件的特性，并要求根据自己的实际需要创建符合要求的视图或截面。

工程视图中有五种基本视图类型即一般视图、详细视图、投影视图、辅助视图和旋转视图；有四种基本视图截面类型即完整剖截面、半截面、局部剖截面和完整&局部剖截面。

下面简单介绍减速器装配工程图的形成：
要表达减速器的装配视图需要四个视图：主视图、左视图、局部剖视图和俯视图。

放置好图形后，确定比例、参考面等后，将得到装配图如下图所示。