魏義濱 丁波

沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院

基于UG輔助建模的二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)

魏義濱 丁波

沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院

本文利用集交互式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAD/CAM/CAE）于一身的UG軟件，對(duì)齒輪減速器進(jìn)行分析。利用UG軟件對(duì)其進(jìn)行三維參數(shù)化建模和裝配，并對(duì)其工作情況進(jìn)行模擬，驗(yàn)證其工作性能以及可靠性。

二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器 三維建模 UG 運(yùn)動(dòng)仿真

減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間的獨(dú)立封閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。在現(xiàn)代工業(yè)中運(yùn)用極為廣泛。二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力大、傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，可以廣泛運(yùn)用在現(xiàn)代工業(yè)中需要減速的各種設(shè)備上。二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器一般可以分為展開(kāi)式、分流式和同軸式三種見(jiàn)下圖1所示。

圖1 齒輪減速器系統(tǒng)傳動(dòng)圖

展開(kāi)式由于齒輪相對(duì)于軸承為不均勻分布所以對(duì)軸的剛度有很大要求，分流式齒輪對(duì)于軸屬于對(duì)稱式布置，常用于較大的功率、變載荷場(chǎng)合。同軸式減速器長(zhǎng)度方向尺寸較小，但軸向尺寸較大，中間軸較長(zhǎng)所以剛性較差兩級(jí)大齒輪直徑接近，有利于潤(rùn)滑。本文以展開(kāi)式齒輪減速器為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

齒輪傳動(dòng)是目前機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)形式。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造計(jì)算機(jī)輔助工程即CAD/CAM/ CAE技術(shù)在我國(guó)也已進(jìn)入廣泛普及階段。

2 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)

減速器的工作條件如表1所示。

表1.直齒圓柱齒輪減速器輸出數(shù)據(jù)

工作條件見(jiàn)下表2所示。

表2.工作條件

（三線表中間線是細(xì)線 上下兩根是粗線）

傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

電動(dòng)機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器4將I軸的動(dòng)力傳遞到帶傳動(dòng)2，帶傳動(dòng)把動(dòng)力通過(guò)Ⅱ軸傳遞給了減速器，通過(guò)兩對(duì)齒輪的嚙合傳動(dòng)，動(dòng)力從Ⅱ軸傳遞到了Ⅲ軸，又從Ⅲ軸傳遞到了Ⅳ軸，最后動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸器4傳遞給了輸送帶5。（標(biāo)號(hào)方式錯(cuò)誤，引起誤解）

1.電動(dòng)機(jī) 2.帶傳送傳送帶 3.齒輪 4.聯(lián)軸器 5.輸送帶6.軸承（還有6個(gè)減速器自帶軸承）

3 UG三維參數(shù)化建模

在零件的建模過(guò)程之中，絕大多數(shù)的零件都是通過(guò)創(chuàng)建草圖、拉伸、打孔、添加螺紋、回轉(zhuǎn)加筋板等命令，按照先前計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在減速器設(shè)計(jì)中最為重要的零件——齒輪卻無(wú)法通過(guò)以上的命令設(shè)計(jì)出。因?yàn)闈u開(kāi)線齒輪是一個(gè)復(fù)雜的零件，UG 9.0中有一個(gè)專門(mén)的功能設(shè)計(jì)。下面簡(jiǎn)單的把齒輪設(shè)計(jì)的步驟加以說(shuō)明。

3.1 打開(kāi)創(chuàng)建齒輪命令

在UG 9.0的【菜單】選項(xiàng)卡中選擇【GC工具箱】，選擇齒輪【建?！?，選擇【圓柱齒輪】如圖3所示。

圖2 齒輪減速器系統(tǒng)傳動(dòng)圖

圖3

3.2 創(chuàng)建圓柱齒輪

在漸開(kāi)線圓柱齒輪建模中選擇【創(chuàng)建齒輪】，選擇默認(rèn)的【直齒齒輪】、【外嚙合齒輪】、【滾齒法】。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是二級(jí)減速器是一般機(jī)器，所以選擇標(biāo)準(zhǔn)齒輪即可。

根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)填寫(xiě)漸開(kāi)線圓柱齒輪參數(shù)如圖4所示。

3.3 放置齒輪

在矢量中選擇默認(rèn)的【自動(dòng)判斷的矢量】，選擇齒輪的軸線。如圖5選擇Y軸為齒輪的軸線。

圖4

圖5

選擇點(diǎn)——齒輪的中點(diǎn)。如圖6將原點(diǎn)為齒輪中點(diǎn)。

這樣齒輪的基本設(shè)計(jì)就完成了，如圖7所示。

圖6

圖7

3.4 創(chuàng)建齒輪的輔助特征

其中創(chuàng)建齒輪的輔助特征包括腹板及齒輪軸孔等?？梢酝ㄟ^(guò)“繪制草圖”、“拉伸”、“布爾求差”運(yùn)算、“倒角”命令、“陣列”命令等即可完成。

4 減速器的裝配

裝配的過(guò)程就是在裝配中建立各部件之間的鏈接關(guān)系。在裝配中可以采用自頂向下或者自底向上的裝配方法或者混合使用上述的兩種方法（參考文獻(xiàn)不用反復(fù)多次強(qiáng)調(diào)，第一次引用時(shí)指出就行）。通過(guò)裝配可以形成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及繪制其裝配圖并通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真檢查零件間是否發(fā)生了相互干涉，從而及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并糾正。

在UG中采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，因此在零件設(shè)計(jì)完成后可利用UG的裝配模塊對(duì)零件進(jìn)行組裝，然后對(duì)該組件進(jìn)行修改、分析或者重新定向。

減速器中的零件有箱體、軸承、齒輪、齒輪軸等主要的零件以及螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件。為了裝配的方便，建議進(jìn)行先主后次的順序，即先裝配箱體、齒輪、齒輪軸等主要零件，之后再去裝配螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件。這樣便于整個(gè)裝配的定位。

二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的裝配過(guò)程較為簡(jiǎn)單，其重點(diǎn)在于齒輪的準(zhǔn)確裝配，即向嚙合的兩個(gè)齒輪的兩個(gè)齒面在節(jié)圓位置處嚙合。解決方法是先設(shè)定兩齒輪的中心距，兩齒輪齒面接觸對(duì)齊，最后設(shè)定任意兩齒之間的接觸對(duì)齊即可。

5 結(jié)論

本文簡(jiǎn)單的講解了基于UG軟件的二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)的總體思路，緊接著以齒輪的三維建模為例對(duì)UG的參數(shù)化建模進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)UG裝配過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)明的敘述。

[1]劉會(huì)應(yīng)，張明勤，徐寧.機(jī)械原理（第3版）[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2015,5

[2]李建功.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2015,2

[3]于文強(qiáng)，杜澤生，UG NX 9.0機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M].北京.電子工業(yè)出版社，2015,1

[4]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（第三版）[M].北京.高等教育出版社2013.12

魏義濱（1994-）,男，漢族，沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。丁波（1996-），男，漢族，沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。

曲姣（1987,6），女，漢族，沈陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院機(jī)械基礎(chǔ)教研室，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。