導(dǎo)桿減速裝置設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE+仿真】

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引言原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）是機(jī)械系統(tǒng)的三大基本構(gòu)成。原動(dòng)機(jī)提供基本的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，是一種把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械，常見的有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)等。工作機(jī)是指利用原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)物料或信息的傳遞，克服外載荷而作有用機(jī)械功的機(jī)械，隨機(jī)械功能的不同，工作機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)形式也千差萬別。由于原動(dòng)機(jī)的單一性、簡(jiǎn)單性與工作機(jī)的多樣性、復(fù)雜性之間的矛盾，需用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力如加速度、力或力矩的大小和方向等進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳遞給工作機(jī)的要求，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的存在就是必然的。隨著機(jī)械向高效、高速、精密和多功能方向發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能和性能的要求也越來越高。在實(shí)踐生產(chǎn)中，常常需要傳動(dòng)裝置輸出較低的轉(zhuǎn)速及較大的扭矩。但是作為動(dòng)力輸出裝置的電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速卻很高，而扭矩很小，因此需要傳動(dòng)裝置大幅度降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加輸出轉(zhuǎn)矩。目前往往通過采用多級(jí)行星輪系或少齒差星輪系來達(dá)到這個(gè)目的。這兩種類型的減速裝置，雖然可以提供大減速比，但機(jī)構(gòu)所需要的零件數(shù)量相對(duì)較多，提高了裝置的成本，降低了齒輪減速機(jī)構(gòu)的可靠性。導(dǎo)桿減速裝置不同于普通的齒輪減速裝置，它結(jié)合導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思巧妙，在許多運(yùn)用場(chǎng)合具有特殊的優(yōu)越性。例如印刷機(jī)的推板機(jī)構(gòu)、柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的控速橫臂導(dǎo)桿裝置、導(dǎo)彈發(fā)射器中的移動(dòng)導(dǎo)桿裝置等，都利用導(dǎo)桿裝置來降低速度，以滿足工作機(jī)械的需要。本文以導(dǎo)桿減速裝置的工作原理、運(yùn)動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建立三維裝配模型和運(yùn)動(dòng)仿真等基本問題為研究目標(biāo)。由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有恒功率輸出、效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械系統(tǒng)中。因此。為了改善機(jī)械系統(tǒng)的工作性能，必須重視對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的研究和開發(fā)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合，使得許多過去難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)要求成為可能，有力地推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品類型的多樣化與制造向柔性化方向發(fā)展。1.1 選題的背景及意義1.1.1 選題的背景導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械中早已獲得了廣泛應(yīng)用，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是一種以面為接觸的低副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)本身就具有齒輪機(jī)構(gòu)所沒有的特點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)有1：(1) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是低副，組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間為面接觸，因而承受的壓強(qiáng)小、便于潤(rùn)滑、磨損較輕，可以承受較大的載荷；(2) 導(dǎo)桿構(gòu)件形狀簡(jiǎn)單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是由構(gòu)件本身的幾何約束來保持的，所以構(gòu)件工作可靠；(3) 在原動(dòng)件等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度不同時(shí)，可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動(dòng)，滿足不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求；(4) 利用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可滿足不同的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也存在如下的缺點(diǎn)：(1) 根據(jù)從動(dòng)件所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡來設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且精度不高；(2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生的慣性力難以平衡，所以不適用于高速場(chǎng)合。1.1.2 本課題研究的重點(diǎn) 理論上講導(dǎo)桿分為擺動(dòng)導(dǎo)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿，理論上看來，導(dǎo)桿減速裝置是不能連續(xù)工作的，因?yàn)樗嬖诓淮_定位置，作為減速裝置，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定是不允許的。本課題研究的重點(diǎn)就是如何解決運(yùn)動(dòng)不確定的問題。1.2 虛擬建模系統(tǒng)環(huán)境1.2.1 概述虛擬設(shè)計(jì)是以“虛擬現(xiàn)實(shí)”(Virtual Reality)技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械產(chǎn)品為對(duì)象的先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，是利用計(jì)算機(jī)建造虛擬樣機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行分析、仿真，以得到最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果的一種行之有效的方法。虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三個(gè)功能:3D用戶界面；選擇參數(shù)；數(shù)據(jù)表達(dá)和雙向數(shù)據(jù)傳輸。就“虛擬設(shè)計(jì)”而言，所有的設(shè)計(jì)工作都是圍繞虛擬原型而展開的，只要虛擬原型能達(dá)到要求，則實(shí)際產(chǎn)品也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是針對(duì)物理原型，虛擬設(shè)計(jì)給物理原型的設(shè)計(jì)和制造，提出了重要的依據(jù)和參考。虛擬設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn):虛擬設(shè)計(jì)繼承了傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，便于借鑒和利用前人的成果和經(jīng)驗(yàn)；可視化特點(diǎn)，便于改進(jìn)和修正原有設(shè)計(jì):比較傳統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)制造，它不需要反復(fù)制造與實(shí)驗(yàn)物理樣機(jī)，從試制階段起就需要投入大量原料；節(jié)省大量人員、廠房，成本低，效率高，風(fēng)險(xiǎn)?。粡浹a(bǔ)了傳統(tǒng)現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)制造的缺點(diǎn)。目前，伴隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的日趨成熟，建立在軟件集成基礎(chǔ)上的虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用也獲得了迅速發(fā)展。它已經(jīng)由分析專用研究工具轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ處熞子谡莆盏墓こ碳夹g(shù)手段。虛擬樣機(jī)己經(jīng)具備處理日益復(fù)雜的工程問題的能力，其應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車制造業(yè)、越野車輛和工程機(jī)械、航空業(yè)、鐵道車輛及設(shè)備、國(guó)防工業(yè)、通用機(jī)械制造業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、人機(jī)工程學(xué)、工程咨詢業(yè)、運(yùn)動(dòng)器械及娛樂設(shè)備等。傳統(tǒng)的物理樣機(jī)制造方法是零部件設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)人員首先進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，然后將零件組裝成物理樣機(jī)，并通過試驗(yàn)，研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。物理樣機(jī)制造和試驗(yàn)，大大增加了產(chǎn)品開發(fā)周期和成本。盡管如此，由于無法在相互作用的零件中確定故障原因，因此，選用的往往不是最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。整個(gè)設(shè)計(jì)過程，耗費(fèi)了大量的人力、物力，產(chǎn)品的開發(fā)周期比較長(zhǎng)，整體效率較低。在虛擬樣機(jī)技術(shù)中，設(shè)計(jì)人員從系統(tǒng)角度出發(fā)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。通過在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，工程師就可以確定子系統(tǒng)和零件的技術(shù)要求。在虛擬樣機(jī)技術(shù)的幫助下，工程師們可以應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件，在各種虛擬環(huán)境下模擬機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)。虛擬樣機(jī)技木是優(yōu)化復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的強(qiáng)有力的工具。通過建立虛擬樣機(jī)，可以檢查零件的運(yùn)動(dòng)干涉，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的振動(dòng)水平，預(yù)測(cè)零件的變形，確定作用在零件上的載荷譜。載荷譜是有限元軟件包預(yù)測(cè)關(guān)鍵部位零部件應(yīng)變水平的重要輸入?yún)?shù)。通過反復(fù)修改系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員不必浪費(fèi)制造、試驗(yàn)物理樣機(jī)所需時(shí)間，就可以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。因此不但減少了昂貴的物理樣機(jī)制造費(fèi)用和試驗(yàn)成本，而且提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。1.2.2 國(guó)內(nèi)虛擬樣機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景目前國(guó)際上對(duì)虛擬樣機(jī)的研究已趨于成熟，商品化的軟件系統(tǒng)正逐漸在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中得以推廣、利用。但這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍存在著許多問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:目前國(guó)內(nèi)的研究范圍較窄，僅局限在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)，且停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚難以在工程實(shí)踐中應(yīng)用。一般來說，對(duì)于剛體組成的復(fù)雜系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)化。對(duì)相關(guān)技術(shù)研究不足。目前國(guó)外已開始將面向技術(shù)應(yīng)用到虛擬樣機(jī)技術(shù)中。機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及到大量描述機(jī)械系統(tǒng)機(jī)構(gòu)及組成的多樣性和復(fù)雜性，必須考慮所存數(shù)據(jù)的一致性，如何對(duì)各種相關(guān)信息進(jìn)行添加、修改、刪除、查找等操作，如何使數(shù)據(jù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)的要求和諧一致等，都要有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來解決，而國(guó)內(nèi)學(xué)者很少進(jìn)行這方面的研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者在機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件系統(tǒng)的開發(fā)和商業(yè)化工作方面所做的工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，至今尚未開發(fā)出成熟的商業(yè)化軟件，而國(guó)外早已開發(fā)出比較先進(jìn)的、商業(yè)化的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件，都具有良好的圖形用戶界面，具有直觀、自然、友好、方便等優(yōu)點(diǎn)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用是以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)為支持，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和物理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)之前，就可以了解到未來產(chǎn)品的性能或機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)，從而使人們做出前瞻性的決策，和相應(yīng)的優(yōu)化方案。1.2.3 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介CAXA電子圖板軟件簡(jiǎn)介CAXA電子圖板是我國(guó)自主版權(quán)的CAD軟件系統(tǒng)，它是為滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)界對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不斷增長(zhǎng)的需求，由CAXA鄭重推出的。CAXA電子圖板是在廣大CAXA用戶的熱切關(guān)心下精心開發(fā)出來的。自CAXA電子圖板DOS版軟件發(fā)布以來，已經(jīng)有數(shù)萬正版用戶在不斷地使用它，利用它來為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值和財(cái)富。這些熱心用戶在使用軟件的同時(shí)，不斷地提出合理化的改進(jìn)建議和功能需求，促進(jìn)系統(tǒng)的不斷完善，使其更好地符合我國(guó)工程設(shè)計(jì)人員的使用習(xí)慣，也促使CAXA始終跟蹤國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，盡力體現(xiàn)科技的最新成果，為用戶提供更為全面的軟件系統(tǒng)。CAXA電子圖板是功能齊全的通用CAD系統(tǒng)。它以交互圖形方式，對(duì)幾何模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的構(gòu)造、編輯和修改，并能夠存儲(chǔ)各類拓?fù)湫畔ⅰAXA電子圖板提供形象化的設(shè)計(jì)手段，幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)揮創(chuàng)造性，提高工作效率，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，把設(shè)計(jì)人員從繁重的設(shè)計(jì)繪圖工作中解脫出來，并有助于促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，使得整個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范化。CAXA電子圖板已經(jīng)在機(jī)械、電子、航空、航天、汽車、船舶、輕工、紡織、建筑及工程建設(shè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著CAXA電子圖板的不斷完善，它將是設(shè)計(jì)工作中不可缺少的工具。CAXA電子圖板適合于所有需要二維繪圖的場(chǎng)合。利用它可以進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)、裝配圖設(shè)計(jì)、零件圖組裝裝配圖、裝配圖拆畫零件圖、工藝圖表設(shè)計(jì)、平面包裝設(shè)計(jì)、電氣圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等。 CAXA電子圖板具有以下特點(diǎn)：（1）自主版權(quán)、易學(xué)易用 本系統(tǒng)是自主版權(quán)的中文計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖系統(tǒng)，具有友好的用戶界面，靈活方便的操作方式。其設(shè)計(jì)功能和繪圖步驟均是從實(shí)用角度出發(fā)，功能強(qiáng)勁，操作步驟簡(jiǎn)煉，易于掌握，是您充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維的有力工具。 系統(tǒng)在繪圖過程中提供多種輔助工具，對(duì)您進(jìn)行全方位的支持和幫助，從而對(duì)使用者的要求降至最低。您無需具備精深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，經(jīng)過短暫的學(xué)習(xí)使用即可獨(dú)立操作，進(jìn)入實(shí)際設(shè)計(jì)階段，從而使您的投資能在最短的時(shí)間內(nèi)獲得回報(bào)。 （2）智能設(shè)計(jì)、操作簡(jiǎn)便 系統(tǒng)提供強(qiáng)大的智能化工程標(biāo)注方式，包括尺寸標(biāo)注、坐標(biāo)標(biāo)注、文字標(biāo)注、尺寸公差標(biāo)注、形位公差標(biāo)注、粗糙度標(biāo)注等。標(biāo)注的過程中處處體現(xiàn)“所見即所得”的智能化思想，您只需選擇需要標(biāo)注的方式，系統(tǒng)自動(dòng)捕捉您的設(shè)計(jì)意圖，具體標(biāo)注的所有細(xì)節(jié)均由系統(tǒng)自動(dòng)完成。系統(tǒng)提供強(qiáng)大的智能化圖形繪制和編輯功能，包括基本的點(diǎn)、直線、圓弧、矩形等以及樣條線、等距線、橢圓、公式曲線等的繪制，提供裁剪、變換、拉伸、陣列、過渡、粘貼、文字和尺寸的修改等。繪制和編輯過程“所見即所得”。系統(tǒng)采用全面的動(dòng)態(tài)拖畫設(shè)計(jì)，支持動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、自動(dòng)捕捉特征點(diǎn)、自動(dòng)消隱，具備全程undo/redo功能。（3）體系開放、符合標(biāo)準(zhǔn) 系統(tǒng)全面支持最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通過國(guó)家機(jī)械CAD標(biāo)準(zhǔn)化審查。系統(tǒng)既備有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖框、標(biāo)題欄等樣式供選用，也可制作自己的圖框、標(biāo)題欄。在繪制裝配圖的零件序號(hào)、明細(xì)表時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零件序號(hào)與明細(xì)表聯(lián)動(dòng)。明細(xì)表還支持Access和Excel數(shù)據(jù)庫(kù)接口。系統(tǒng)為使用過其它CAD系統(tǒng)的用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，可以有效地繼承您以前的工作成果以及與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)支持對(duì)象鏈接與嵌入，您可以在繪制的圖形中插入其它Windows應(yīng)用程序如Microsoft Word的文檔、Microsoft Excel的電子表格等，也可以將繪制的圖形嵌入到其它應(yīng)用程序中。系統(tǒng)支持Truetype矢量字庫(kù)和Shx形文件，您可以利用中文平臺(tái)的漢字輸入方法輸入漢字，方便地在圖紙上輸入各種字體的文字。（4）參量設(shè)計(jì)、方便實(shí)用 系統(tǒng)提供方便高效的參數(shù)化圖庫(kù)，您可以方便地調(diào)出預(yù)先定義好的標(biāo)準(zhǔn)圖形或相似圖形進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，從而極大地減輕了您的繪圖負(fù)擔(dān)。對(duì)圖形的參量化過程既直觀又簡(jiǎn)便，凡標(biāo)有尺寸的圖形均可參量化入庫(kù)供以后的調(diào)用，未標(biāo)有尺寸的圖形則可作為用戶自定義圖符來使用。本系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上增加了大量國(guó)標(biāo)圖庫(kù)，覆蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)等各個(gè)行業(yè)。（5）運(yùn)行環(huán)境 系統(tǒng)要求：windows98/2000/xp；P3以上；內(nèi)存256M以上。推薦配置：windows2000/xp；2Ghz以上CPU；內(nèi)存512M以上；NVADIA顯卡。PRO/ENGINEER軟件簡(jiǎn)介Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）開發(fā)的三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。PTC提出的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念己成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAM/CAE領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。該軟件集零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析、NC加工等功能于一體，給設(shè)計(jì)者提供了從未有過的簡(jiǎn)易、靈活和高效的工具軟件。其核心技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）基于特征建模：特征是一種集成對(duì)象，用于在更高層次上表達(dá)產(chǎn)品的功能和形狀信息。在Pro/E中，特征是指所有的實(shí)體和對(duì)象，如孔、筋、圓角、倒角、抽殼等，特征是由參數(shù)驅(qū)動(dòng)的。也就是說，Pro/E中的所有模型都是由若干個(gè)特征組成的，特征是組成模型的最基本要素。如果改變了與特征相關(guān)的各種數(shù)據(jù)信息，則就直接改變了模型的外觀等。（2）參數(shù)化設(shè)計(jì)：所謂參數(shù)化是指特征之間具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種關(guān)系可通過一定的參數(shù)（既可以是變量，也可以是關(guān)系式）來表示。當(dāng)外部變量發(fā)生改變時(shí)，受其影響的參數(shù)也會(huì)自動(dòng)發(fā)生相應(yīng)變化。這就決定了由這些參數(shù)定義的特征以及相關(guān)特征模型也要發(fā)生相應(yīng)變化，而不需要一一修改或重新繪制。參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是通過尺寸驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。所謂尺寸驅(qū)動(dòng)就是以模型的尺寸來決定模型的形狀。一個(gè)模型是由一組具有一定關(guān)聯(lián)關(guān)系的尺寸進(jìn)行定義的。Pro/E中定義的參數(shù)包括幾何形狀參數(shù)和定位尺寸參數(shù)兩種。（3）全數(shù)據(jù)相關(guān)性：Pro/E的所有模塊都是全相關(guān)的，這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括零件模型、裝配體、工程圖、制造數(shù)據(jù)等。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一時(shí)刻進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，且不會(huì)產(chǎn)生任何損失，使并行工程成為可能。（4）單一集成數(shù)據(jù)庫(kù)：與一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)所不同的是，Pro/E是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)之上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中所使用的數(shù)據(jù)信息全部來自一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)據(jù)相關(guān)，從而可使每個(gè)獨(dú)立用戶同時(shí)開發(fā)同一件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。近年來，Pro/E在我國(guó)的東莞、深圳、廣東以及蘇、浙等地區(qū)被廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、電子、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、家用電器等行業(yè)。實(shí)踐證明，采用Pro/E軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，可有效地提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和合格率，縮短開發(fā)周期，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，Pro/E是工程技術(shù)人員從事現(xiàn)代設(shè)計(jì)的最佳選擇。在本課題中，本人選擇了Pro/E三維參數(shù)化實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，完成了導(dǎo)桿減速裝置的三維實(shí)體造型和虛擬裝配。2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的概念及其設(shè)計(jì)方法的主導(dǎo)思想2.1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的概念導(dǎo)桿是機(jī)構(gòu)中與另一運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成移動(dòng)副的構(gòu)件。連架桿中至少有一個(gè)構(gòu)件為導(dǎo)桿的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可以看成是改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中固定件的位置演化而成。如圖2-1a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)取桿1為固定件時(shí)，即可得到如圖2-1b所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，與構(gòu)件3組成移動(dòng)副的構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿。構(gòu)件3稱為滑塊，可相對(duì)導(dǎo)桿滑動(dòng)，并可隨導(dǎo)桿一起繞A點(diǎn)回轉(zhuǎn)。在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，通常取桿2為主動(dòng)件。a b c d圖2-1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)兩種，當(dāng)機(jī)架1的長(zhǎng)度l1小于桿2的長(zhǎng)度l2時(shí)，主動(dòng)件桿2與從動(dòng)件（導(dǎo)桿）A均可作整周回轉(zhuǎn)，即為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)l1l2時(shí)，主動(dòng)件桿作整周回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件只能作往復(fù)擺動(dòng)，即為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖2-2所示的牛頭刨床中擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。桿BC為主動(dòng)件，作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)桿BC從BC1回轉(zhuǎn)到BC2時(shí)，從動(dòng)件導(dǎo)桿AD由左極限位置AD1擺動(dòng)到右極限位置AD2，牛頭刨床滑枕的行程D1D2即為工作行程；當(dāng)桿BC繼續(xù)由BC2回轉(zhuǎn)到BC1時(shí)，導(dǎo)桿AD從AD2擺回AD1，滑枕行程D2D1即為空回行程。顯然擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有急回特性。為了實(shí)現(xiàn)滑枕作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，在機(jī)架A處導(dǎo)桿的導(dǎo)槽中設(shè)置了一個(gè)滑塊，使導(dǎo)桿在擺動(dòng)時(shí)能上下移動(dòng)。桿BC為傳動(dòng)絲杠，在C點(diǎn)出與鉸鏈（螺母）連接，桿BC的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)滑枕行程的調(diào)節(jié)。圖2-2 牛頭刨床中的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)取桿2為固定件（機(jī)架）時(shí)，即可得到圖2-1c所示的曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)以桿1（或桿4）為主動(dòng)件。l1l2時(shí)，桿1只能作擺動(dòng)。當(dāng)桿1作整周回轉(zhuǎn)或擺動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿4相對(duì)滑塊3滑動(dòng)，并一起繞C點(diǎn)擺動(dòng)。滑塊3只能繞機(jī)架C點(diǎn)擺動(dòng)，稱為搖塊。當(dāng)桿4為主動(dòng)件在搖塊3中移動(dòng)時(shí)，桿1則繞B點(diǎn)回轉(zhuǎn)或擺動(dòng)。圖2-3所示為應(yīng)用曲柄搖塊機(jī)構(gòu)的自翻卸料裝置。車廂2可繞車架3上的B點(diǎn)擺動(dòng)，活塞桿（導(dǎo)桿1）、液壓缸（搖塊4）可繞車架上的C點(diǎn)擺動(dòng)，當(dāng)液壓缸中的活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，車廂繞著B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，貨物自動(dòng)卸下。圖2-3 自翻卸料裝置中的曲柄搖塊機(jī)構(gòu)1-活塞桿 2-車廂 3-車架 4-液壓缸當(dāng)取構(gòu)件3為固定件時(shí)，即可得到圖2-1d所示的移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)通常以桿1為主動(dòng)件，桿1回轉(zhuǎn)時(shí)，桿2繞C點(diǎn)擺動(dòng)，桿4僅相對(duì)固定滑塊作往復(fù)移動(dòng)。圖2-4所示的抽水機(jī)即采用了移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)手柄2，在桿3的支承下，活塞桿1在固定滑塊（筒4，即機(jī)架）內(nèi)上下往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽水的動(dòng)作2。圖2-4 抽水機(jī)中的移動(dòng)導(dǎo)桿1-活塞桿 2-手柄 3-桿 4-筒2.2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)條件（如桿長(zhǎng)比恰當(dāng)?shù)龋?、?dòng)力條件（如適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)角等）和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。根據(jù)機(jī)械的用途和性能要求的不同，對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求是多種多樣的，但是這些設(shè)計(jì)要求可歸納為以下三類問題：（1）滿足預(yù)定的導(dǎo)桿位置要求：即要求導(dǎo)桿能占據(jù)一有序系列的預(yù)定位置。故這類設(shè)計(jì)問題要求機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)導(dǎo)桿按一定方位通過預(yù)定位置，因而又稱為剛體引導(dǎo)問題。（2）滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求：如要求連桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對(duì)應(yīng)位移關(guān)系；或要求在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件能準(zhǔn)確或近似地滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求（又稱函數(shù)生成問題）。（3）滿足預(yù)定的軌跡要求：即要求在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)桿上的某些點(diǎn)的軌跡能符合預(yù)定的軌跡要求（簡(jiǎn)稱為軌跡生成問題）。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方法：有解析法和作圖法。2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用及其設(shè)計(jì)過程傳動(dòng)系統(tǒng)位于原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)之間，其主要作用是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成特定的作業(yè)要求。在此過程中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)形式的改變，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成和分解，實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)和距離傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)某些操縱控制功能以及吸振、減振等。傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的重要組成部分。當(dāng)完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)的預(yù)選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力條件及原動(dòng)機(jī)的類型和性能參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。一般設(shè)計(jì)過程如下3：（1）確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比。（2）選擇傳動(dòng)類型，即根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的功能要求，執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力、傳動(dòng)比或速度變化的要求，以及原動(dòng)機(jī)的工作特性，選擇合適的傳動(dòng)裝置類型。（3）擬定傳動(dòng)鏈的布置方案，即根據(jù)空間位置、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞路線及所選傳動(dòng)裝置特點(diǎn)和適用條件，合理擬定傳動(dòng)路線，安排各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的先后順序，以完成從原動(dòng)機(jī)到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布置方案。（4）分配傳動(dòng)比，即根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成方案，將總傳動(dòng)比合理分配至各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（5）確定各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和傳動(dòng)系統(tǒng)方案評(píng)價(jià)提供依據(jù)和指標(biāo)。（6）繪制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2.3.2 傳動(dòng)的類型及其選擇傳動(dòng)裝置的類型很多，按工作原理的不同，可分為機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)。根據(jù)本課程設(shè)計(jì)要求，僅說明機(jī)械傳動(dòng)。利用機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)稱為機(jī)械傳動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定、可靠，對(duì)環(huán)境的干擾不敏感。缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，控制欠靈活。機(jī)械傳動(dòng)按傳動(dòng)原理又可分為嚙合傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)兩大類。此外，連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)等即是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在傳動(dòng)中起著改變運(yùn)動(dòng)形式的作用。選擇傳動(dòng)類型時(shí)要考慮以下幾個(gè)方面的因素：（1）符合執(zhí)行系統(tǒng)的工況要求并與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相匹配。當(dāng)原動(dòng)機(jī)的性能完全適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工況要求時(shí)，可采用無滑動(dòng)的傳動(dòng)裝置使兩者同步。當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要求正反向工作或停車反向（如提升機(jī)械）或快速反向（如磨床、刨床）時(shí)，若選用的原動(dòng)機(jī)不具備此特性，則應(yīng)在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置反向機(jī)構(gòu)。（2）考慮工作要求傳遞的功率和運(yùn)動(dòng)速度。選擇傳動(dòng)類型時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮技術(shù)指標(biāo)中的傳遞功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度兩項(xiàng)指標(biāo)。（3）有利于提高傳動(dòng)效率。效率是評(píng)定傳動(dòng)質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，大功率傳動(dòng)時(shí)尤其要優(yōu)先考慮傳動(dòng)效率。原則是：在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下，優(yōu)先選用效率高的傳動(dòng)類型；在滿足傳動(dòng)比、功率等技術(shù)指標(biāo)的條件下，盡可能選用單級(jí)傳動(dòng)，以縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)效率。（4）考慮結(jié)構(gòu)布置。應(yīng)根據(jù)原動(dòng)機(jī)輸出軸線與執(zhí)行系統(tǒng)輸入軸的相對(duì)位置和距離來考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置，并選擇傳動(dòng)類型。（5）考慮經(jīng)濟(jì)性。首先考慮選擇壽命長(zhǎng)的傳動(dòng)類型，其次考慮費(fèi)用問題，包括初始費(fèi)用（即制造、安裝費(fèi)用）、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。（6）考慮機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)和環(huán)境條件。要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，包括場(chǎng)地大小、能源條件、工作環(huán)境（包括是否多塵、高溫、易燃、易爆等），來選擇傳動(dòng)類型。3 導(dǎo)桿減速裝置的設(shè)計(jì)原理及參數(shù)的確定3.1 導(dǎo)桿減速裝置的設(shè)計(jì)原理3.1.1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸圖3-1是導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的示意圖，根據(jù)曲柄和機(jī)架的長(zhǎng)度關(guān)系導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC可以分為兩種類型：當(dāng)曲柄AB小于機(jī)架AC長(zhǎng)（即LABLAC）時(shí)，為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，但沒有討論曲柄AB長(zhǎng)等于機(jī)架AC的長(zhǎng)，即LAB=LAC的情況。 圖3-1a 圖3-1b圖3-1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖3-1b所示的是曲柄AB與機(jī)架AC等長(zhǎng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，并分析了它的構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換。分析了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)函數(shù)=（），當(dāng)LAB=LAC時(shí)，則導(dǎo)桿BC的轉(zhuǎn)動(dòng)中心C位于曲柄AC的活動(dòng)鉸鏈B的軌跡圓上，BC是軌跡圓的一個(gè)弦，設(shè)BC弦的弦切角為，BC弦的圓心角為，則該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)為： =（） =（）以解析的方式描述了主動(dòng)件曲柄AB的轉(zhuǎn)角參數(shù)和從動(dòng)件導(dǎo)桿BC的轉(zhuǎn)角參數(shù)與機(jī)構(gòu)各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸之間的關(guān)系，即只要機(jī)構(gòu)構(gòu)件能認(rèn)為是剛性的，那么傳動(dòng)函數(shù)就僅與機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸有關(guān)。下面求解導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC在LAB=LAC的情況下的運(yùn)動(dòng)函數(shù)=（）。設(shè)：圖3-1b所示為曲柄AB與機(jī)架AC等長(zhǎng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的任意位置；為曲柄AB在任意位置的轉(zhuǎn)角，為導(dǎo)桿BC在任意位置的轉(zhuǎn)角。由圖示可知：導(dǎo)桿BC為半徑AC圓上的一個(gè)弦，為弦切角；BC弦所對(duì)圓心角為曲柄AB的轉(zhuǎn)角。根據(jù)幾何定理：弦切角等于圓心角的一半，可以寫出該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)函數(shù)為=/2。由此得到曲柄AB和導(dǎo)桿BC的傳動(dòng)比為 i=/=23.1.2 導(dǎo)桿減速裝置的形成將曲柄AB與機(jī)架AC等長(zhǎng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄設(shè)為輸入軸，將導(dǎo)桿BC設(shè)為輸出軸就形成了傳動(dòng)比為i=2的導(dǎo)桿減速裝置。但這種減速裝置是不能連續(xù)工作的，因?yàn)樗嬖诓淮_定位置。作為減速裝置，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)是不允許的。在=0，=0位置機(jī)構(gòu)發(fā)生重疊，為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定位置。采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的方法是解決運(yùn)動(dòng)不確定問題的可靠方法。我們采用兩個(gè)相同的導(dǎo)桿減速機(jī)構(gòu)，180度布置，成功地解決了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定問題，如圖3-2a所示。 圖3-2a 圖3-2b圖3-2 導(dǎo)桿減速裝置求得的導(dǎo)桿減速裝置在運(yùn)動(dòng)的過程中，曲柄AB每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，移動(dòng)副B和移動(dòng)副B都要通過C點(diǎn)一次，但圖3-2a所示移動(dòng)副結(jié)構(gòu)是不通過C點(diǎn)的。為使移動(dòng)副B和B能順利通過點(diǎn)C，需要對(duì)副B和B的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，改移動(dòng)副為鋼球/導(dǎo)槽副，如圖3-2b所示。將導(dǎo)桿減速裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3-2b“物化”，即可設(shè)計(jì)出導(dǎo)桿減速裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。3.2 導(dǎo)桿減速裝置的參數(shù)確定輸入、輸出軸材料的選擇由于所設(shè)計(jì)的導(dǎo)桿減速器所傳遞功率比較小，軸所承受的載荷也比較小，所以材料可以選用45#，調(diào)質(zhì)處理就能滿足要求。 輸入、輸出軸尺寸的確定（1）輸入軸4的設(shè)計(jì)（a）軸的計(jì)算：導(dǎo)桿減速器的最大輸入功率5為kw,轉(zhuǎn)速800rpm.主要承受扭矩，根據(jù)公式：d0A0 （3-1）式中，A0與材料和載荷情況有關(guān)的系數(shù)，在這里取A0為120d0軸的截面直徑（mm）P軸的傳遞功率（kW） n軸的轉(zhuǎn)速(r/min) 軸材料的需用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）輸入軸材料取45鋼，取 =30 MPa，所以由公式（3-1），d 120 =22.1mm。由于輸入軸要通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)連接，查聯(lián)軸器尺寸確定輸入軸最小直徑為30mm，軸的具體結(jié)構(gòu)尺寸如下表：表3-1 輸入軸尺寸（mm）軸段IIIIIIIVVVIVII直徑25303431404660長(zhǎng)度553812238718需要說明的是輸入軸是懸臂支承5，采用了兩個(gè)角接觸球軸承反裝，以減少懸臂的長(zhǎng)度，以盡可能的減少軸的彎曲變形。輸入軸與輸入圓盤之間是用螺釘來連接的，之所以采用這樣的結(jié)構(gòu)是出于加工制造的方便和節(jié)約材料來考慮的。輸入軸的軸向定位是用鎖緊螺母和鎖緊墊圈實(shí)現(xiàn)的。（b）連接螺釘?shù)男：耍狠斎胼S和圓盤選用3個(gè)緊定螺釘連接，采用開槽緊定螺釘M56, 根據(jù)剪切力公式： （3-2）式中：F受到的橫向載荷，Nd螺釘直徑，mmZ螺釘數(shù)目螺釘材料的許用剪切應(yīng)力，MPa。螺釘?shù)那O限，MPa。n螺釘?shù)陌踩禂?shù)螺釘與轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離是D=30mm,輸入功率P=5KW，轉(zhuǎn)速n=800r/min,其所受的力：F= N MPa= MPa所以，螺釘滿足強(qiáng)度要求。（c）輸入軸鍵槽：輸入軸鍵槽6采用平鍵，選用b=8725。校核鍵和鍵槽工作面的擠壓和磨損：= （3-3）式中：D軸直徑，mmT扭矩，Nmmk鍵與輪轂的接觸高度，mm。 平鍵k=l鍵的工作長(zhǎng)度，l=L-b則，=80.2MPa，為6090 MPa ,所以，滿足擠壓校核。剪切應(yīng)力校核： （3-4）式中：b鍵的寬度,mmD軸的直徑,mmT扭矩,Nmml鍵的工作長(zhǎng)度,mm所以，( MPa)=60 Mpa，滿足剪切應(yīng)力校核，輸入軸鍵選擇合適。（2）輸出軸（a）軸的計(jì)算在這里我們忽略導(dǎo)桿減速器傳遞功率的損耗，即認(rèn)為其輸出功率等于輸入功率是不變的，故P=5kw d0A0 （3-5）輸出軸材料選用45鋼，=30MPa, 其他參數(shù)選取和輸入軸一樣的數(shù)值。所以，d120=27.8mm,圓整為30mm，向外伸出60mm。輸出軸的具體機(jī)構(gòu)尺寸如下表：表3-2 輸出軸尺寸(mm)軸段IIIIIIIVVVI直徑303540455170長(zhǎng)度603812401015與輸入軸一樣為了減少軸的彎曲變形，輸出軸也采用兩個(gè)角接觸球軸承反裝，以減少軸的懸臂長(zhǎng)度，從而減少軸的彎曲變形。輸出軸的軸向定位也是用鎖緊螺母和鎖緊墊圈實(shí)現(xiàn)的。（b）連接螺釘?shù)男：溯敵鲚S和輸出圓盤選用3個(gè)螺釘連接，采用開槽緊定螺釘7GB/T M68, 根據(jù)剪切力公式： （3-6）式中：F受到的橫向載荷，Nd螺釘直徑，mmZ螺釘數(shù)目螺釘材料的許用剪切應(yīng)力，MPa。螺釘?shù)那O限，MPa。n螺釘?shù)陌踩禂?shù)螺釘與轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離是D=35mm,輸入功率P=5KW，轉(zhuǎn)速n=800r/min,其所受的力：F= N MPa= MPa所以，連接螺釘滿足強(qiáng)度要求。（c）輸出軸鍵槽輸出軸鍵槽采用平鍵，選用b=1010。校核鍵和鍵槽工作面的擠壓和磨損：= (3-7)式中：D軸直徑，mmT扭矩，Nmmk鍵與輪轂的接觸高度，mm。 平鍵k=l鍵的工作長(zhǎng)度，l=L-b則，= MPa，為6090 MPa所以，滿足擠壓校核。剪切應(yīng)力校核： (3-8)式中：b鍵的寬度,mmD軸的直徑,mmT扭矩,Nmml鍵的工作長(zhǎng)度,mm所以，代入數(shù)值，得( MPa)=60 MPa（3）軸承的計(jì)算和校核輸入軸的一端與輸入圓盤通過螺釘固定，一端用一對(duì)角接觸球軸承和箱體固定。輸出軸的一端與輸出圓盤通過螺釘固定，一端用一對(duì)角接觸球軸承和箱體固定。軸承只承受徑向力，幾乎不承受軸向力，而徑向力來自于輸入輸出軸和箱體的自重，徑向力為F。Cr= （3-9）式中： Cr基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，NP當(dāng)量動(dòng)載荷。按式：P=XF+YF計(jì)算F徑向載荷，N X-徑向動(dòng)載荷系數(shù)F軸向載荷，N Y軸向動(dòng)載荷系數(shù)f壽命系數(shù)。f速度系數(shù)。f力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)f=1.5， 力矩載荷較大時(shí)f=2。f沖擊載荷因數(shù)。f溫度因數(shù)。（a）輸入軸承的校核要求軸承工作壽命為5000小時(shí)，選用7008C軸承。d=35mm, D=68mm, B=15mm, D=8mm, Z=11 , Cr=20.0KN因?yàn)镕/Fe，所以P=F。查表得，f=1， f=1， f=0.21， f=1.59， f=1 所以，Cr=7.57 P17KN，只須 P2.25KN。而該設(shè)計(jì)中輸入軸承的徑向力決達(dá)不到2.25KN，所以輸入軸承設(shè)計(jì)合理。（b）輸出軸承的校核要求軸承工作壽命為5000小時(shí)，選用7009C軸承。d=45mm, D=75mm, B=16mm, D=8mm, Z=12 , Cr=21KN因?yàn)镕/Fe，所以P=F。查表得，f=1， f=1， f=0.21， f=1.59， f=1 所以，Cr=7.57 P21KN，只須 P2.77KN而該設(shè)計(jì)中輸出軸承的徑向力決達(dá)不到2.77KN，所以輸出軸承設(shè)計(jì)合理。（4） 輸入圓盤的設(shè)計(jì)和校核為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿減速裝置的運(yùn)動(dòng)傳遞，同時(shí)考慮到安裝和加工各方面因素，輸入軸的運(yùn)動(dòng)輸出采用圓盤機(jī)構(gòu)，圓盤與軸用騎縫螺釘連接。輸入圓盤和輸出圓盤的運(yùn)動(dòng)傳遞我采用的“圓柱”和導(dǎo)軌副，“圓柱”用螺紋圓柱銷8擰在輸入圓盤上的，圓柱銷的尺寸是10mm15mm，兩個(gè)圓柱之間的距離根據(jù)設(shè)計(jì)要求定為70mm。下面對(duì)圓柱的強(qiáng)度進(jìn)行校核：剪切強(qiáng)度的校核F= （N） (3-10)其中：P=5KW，n=400r/min，D=35mmF= （3-11）其中：d=10mm，l=20mm， 在60MPa90MPa之間所以圓柱滿足剪切強(qiáng)度。4 導(dǎo)桿減速裝置三維模型的建立4.1 Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)建模功能的概述零件建模是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而組成零件的基本單元是特征。在所有CAD/CAM軟件中，建立特征是進(jìn)行三維造型最基本的操作方法。基本實(shí)體特征的建立有著極其重要的地位，它是其他放置實(shí)體特征的基體；同時(shí)，建立基本實(shí)體特征的方法，也是用于建立放置特征和曲面特征10。4.1.1 特征的分類零件的基本建模特征分為基礎(chǔ)特征和基本特征，基礎(chǔ)特征包括拉伸、旋轉(zhuǎn)特征和掃描與混合類特征?；鶞?zhǔn)特征是用于輔助建立幾何特征的特征，在零件的組裝或工程圖的建立中也扮演著重要的角色。4.1.2 特征的來源及應(yīng)用Pro/E 4.0是基于特征的參數(shù)化造型軟件，特征是零件的基本結(jié)構(gòu)要素，它代表零件的形狀，在Pro/E中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程就是特征的累計(jì)過程。（1）特征“特征”和“特征添加”的概念和方法，是由美國(guó)著名的制造業(yè)軟件系統(tǒng)供應(yīng)商PTC公司較早提出來的，并將運(yùn)用到了Pro/E 4.0軟件中。目前，“特征”或者“基于特征”的這些術(shù)語(yǔ)在CAD領(lǐng)域中頻頻出現(xiàn)，在創(chuàng)建三維模型時(shí)，普遍認(rèn)為是一種更直接、更有用的創(chuàng)建表達(dá)方法。一般來說，“特征”構(gòu)成一個(gè)零件或者裝配零件的單元，雖然從幾何形狀上看，它也包含作為一般三維模型基礎(chǔ)的點(diǎn)、線、面或者實(shí)體單元，但更重要的是，它具有工程制造意義，也就是說基于特征的三維模型具有常規(guī)幾何模型所沒有的附加的工程制造等信息。用“特征添加”的方法創(chuàng)建三維模型的優(yōu)點(diǎn)11：（a）表達(dá)更符合工程技術(shù)人員的習(xí)慣，而且三維模型的創(chuàng)建過程與其加工過程十分相近，軟件容易上手和深入。（b）添加特征時(shí)，可附加三維模型的工程制造等信息。（c）由于在模型的創(chuàng)建階段，特征結(jié)合于零件模型中，并且采用來自數(shù)據(jù)庫(kù)德參數(shù)化通用特征來定義幾何形狀，這樣在設(shè)計(jì)進(jìn)行階段就可以很容易地作出一個(gè)更為豐富的產(chǎn)品工藝，能夠有效地支持下游活動(dòng)的自動(dòng)化，如模具和刀具等的準(zhǔn)備、加工成本的早期評(píng)估等。（2）建模方法用Pro/E系統(tǒng)創(chuàng)建零件模型，其方法十分靈活，按大的方法分類，有如下3種10。（a）“積木”式的方法：這是大部分機(jī)械零件的實(shí)體三維模型的創(chuàng)建方法。這種方法是先創(chuàng)建一個(gè)反映主要形狀的基礎(chǔ)特征，然后在這個(gè)基礎(chǔ)特征上添加其他的一些特征，如伸出、切槽、倒圓、圓角等。（b）由曲面形成零件實(shí)體三維模型的方法：這種方法是先創(chuàng)建零件的曲面特征，然后把曲面轉(zhuǎn)換成實(shí)體模型。（c）從裝配中生成零件實(shí)體三維模型的方法：這種方法是先創(chuàng)建裝配體，然后在裝配體中創(chuàng)建零件。4.2 用Pro/E軟件制作的導(dǎo)桿減速裝置的零件圖及其總裝配圖以下是本次課題中完成的重要零件圖圖4-1 輸入軸圖4-2 輸出軸圖4-3 輸入圓盤圖4-4 輸出圓盤圖4-5 輸入端箱體圖4-6 輸出端箱體圖4-7 輸入端深溝球軸承圖4-8 輸出端深溝球軸承圖4-9 輸入端端蓋圖4-10 輸出端端蓋圖4-11 輸入軸套杯圖4-12 輸出軸套杯圖4-13 箱體螺母圖4-14 箱體螺栓圖4-15 輸入端鎖緊螺母圖4-16 輸出端鎖緊螺母圖4-17總裝配圖5 導(dǎo)桿減速裝置的運(yùn)動(dòng)仿真Mechanism是Pro/ENGINEER的一個(gè)內(nèi)嵌模塊，該模塊用于機(jī)構(gòu)分析，包括進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真所需的全部工具。機(jī)構(gòu)模塊的使用界面和操作風(fēng)格與其他模塊十分相似，所以對(duì)于Pro/ENGINEER使用者來說很容易上手。另外，由于該軟件系統(tǒng)的參數(shù)化，并且采用了單一的數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)修改設(shè)計(jì)模型時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將所做的修改更新到組件中，以便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，減少研發(fā)費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中，運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果既可以直觀的動(dòng)畫形式表現(xiàn)出來，又可以通過參數(shù)（曲線圖）進(jìn)行輸出，設(shè)置好運(yùn)動(dòng)環(huán)境、運(yùn)動(dòng)副后，可以進(jìn)行分析，并獲取分析結(jié)果，例如測(cè)量位置、速度、加速度等參數(shù)12。5.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的流程5.1.1 建立運(yùn)動(dòng)模型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真在裝配環(huán)境中創(chuàng)建，其基本步驟如下10。（1）創(chuàng)建連接選擇“插入”-“元件”-“裝配”命令，在“打開”對(duì)話框中選擇一零件，單擊“打開”按鈕，出現(xiàn)“插入”操控面板，單擊該操控面板中的“用戶定義”按鈕，即進(jìn)入連接的設(shè)置狀態(tài)，彈出十一種連接模式供用戶選擇（其中銷釘、滑動(dòng)桿、圓柱、槽是應(yīng)用于Mechanism主要的連接）。（2）定義運(yùn)動(dòng)副Pro/ENGINEER中提供了三種運(yùn)動(dòng)副形式：槽、凸輪、齒輪，其中后面兩個(gè)需要在Mechanism中設(shè)置。通過選擇“應(yīng)用程序”-“機(jī)構(gòu)”命令進(jìn)入Mechanism界面。（3）伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)需要選取連接軸以施加作用，能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)，可規(guī)定機(jī)構(gòu)以特定的方式運(yùn)動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)平移、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且能以函數(shù)的方式定義運(yùn)動(dòng)輪廓。在Mechanism界面中，單擊“伺服電動(dòng)機(jī)定義”按鈕，會(huì)彈出“伺服電動(dòng)機(jī)定義”對(duì)話框。5.1.2 設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境分為以下幾個(gè)方面來介紹13。（1）初始條件 設(shè)置初始條件，主要是指定定義初始速度，包括點(diǎn)速度、運(yùn)動(dòng)周軸速度、角速度、切線槽速度等。在Mechanism界面中，單擊“初始條件定義”按鈕，彈出“初始條件定義”對(duì)話框。在“快照”選項(xiàng)組中，可以選擇“當(dāng)前屏幕”選項(xiàng)或預(yù)先創(chuàng)建的快照，為初始條件定義所有主體的位置。（2）重力單擊“重力定義”按鈕，會(huì)彈出“重力”對(duì)話框，可以在該對(duì)話框中對(duì)重力加速度的數(shù)值及方向進(jìn)行設(shè)置。如果在分析的過程中，需要使組件模擬真實(shí)的重力環(huán)境，需要在“分析定義”對(duì)話框的“外部負(fù)荷”選項(xiàng)卡中選中“啟用重力”復(fù)選框。（3）執(zhí)行電機(jī)執(zhí)行電機(jī)需要選取軸施加以作用，可以為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)施加載荷。單擊“執(zhí)行電動(dòng)機(jī)定義”按鈕，會(huì)彈出“執(zhí)行電動(dòng)機(jī)定義”（4）彈簧通過彈簧可以在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生線性彈力。彈簧在壓縮、拉伸或扭轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈力。單擊“彈簧定義”按鈕，彈簧設(shè)置的操控面板中有“延伸/壓縮彈簧”和“扭轉(zhuǎn)彈簧”兩個(gè)選項(xiàng)。彈力可以使彈簧恢復(fù)到原來的位置，彈力的大小與距離平衡位置的位移成正比，彈力大小的公式“F=K*(x-U)”，其中K為彈簧剛度系數(shù)，U為彈簧未拉伸時(shí)的長(zhǎng)度。具體參數(shù)可以在控制面板上設(shè)置。（5）阻尼器阻尼器是一種負(fù)荷類型，可以用來模擬機(jī)構(gòu)的真實(shí)的力。阻尼器產(chǎn)生的力消耗運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量并阻礙其運(yùn)動(dòng)。單擊“阻尼器定義”按鈕，即可彈出阻尼器的控制面板。與彈簧的控制面板類似，有“阻尼器平移運(yùn)動(dòng)”和“阻尼器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”兩個(gè)選項(xiàng)。阻尼力與應(yīng)用該阻尼器的圖元的速度成正比，而且與其運(yùn)動(dòng)方向相反。（6）力/扭矩可應(yīng)用力或扭矩來模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的外部影響。一般來講，力/扭矩通常是表示機(jī)構(gòu)與另一主體的動(dòng)態(tài)相互作用。單擊“力/扭矩定義”按鈕，會(huì)彈出“力/扭矩定義”對(duì)話框。5.1.3 機(jī)構(gòu)分析單擊“機(jī)構(gòu)定義分析”按鈕，彈出“分析定義”對(duì)話框。在“類型”下拉列表框中提供了五種分析類型，分別為“位置”、“運(yùn)動(dòng)學(xué)”、“動(dòng)態(tài)”、“靜態(tài)”、“力平衡” 14。“位置”：位置分析可以確定機(jī)構(gòu)能否在采用伺服電動(dòng)機(jī)和連接要求下進(jìn)行裝配。“運(yùn)動(dòng)學(xué)”：運(yùn)動(dòng)分析可以在不考慮作用于系統(tǒng)上的外力的情況下，使機(jī)構(gòu)與伺服電動(dòng)機(jī)一起運(yùn)動(dòng)?！皠?dòng)態(tài)”：動(dòng)態(tài)分析用于研究作用于機(jī)構(gòu)中各主體上的慣性力、重力和外力之間的關(guān)系?！办o態(tài)”：靜態(tài)分析可以研究作用在已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)上的主體上的力?！傲ζ胶狻保毫ζ胶夥治隹汕蟪鍪固囟ㄐ螒B(tài)中保持固定所需要的力。5.1.4 機(jī)構(gòu)分析獲取分析結(jié)果主要包括以下幾部分內(nèi)容。（1）回放使用回放功能主要可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉檢測(cè)、創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)包絡(luò)和動(dòng)態(tài)影響捕捉，并將結(jié)果以MPEG、JPEG、TIFF或BMP格式進(jìn)行輸出。單擊“回放設(shè)置”按鈕，彈出“回放”對(duì)話框。（2）測(cè)量使用測(cè)量功能可以了解和分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的精確數(shù)據(jù)，為機(jī)構(gòu)的改進(jìn)提供準(zhǔn)確的信息。單擊“測(cè)量”按鈕，彈出“測(cè)量結(jié)果”對(duì)話框。（3）軌跡曲線使用軌跡曲線功能，可以直觀地了解運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的點(diǎn)、邊或曲線相對(duì)于零件的運(yùn)動(dòng)。選擇“插入/軌跡曲線”命令，彈出“軌跡曲線”對(duì)話框。5.2 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真的關(guān)鍵問題在對(duì)本課題中的導(dǎo)桿減速裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，關(guān)鍵的問題有15：(1) 正確地定義各個(gè)連桿之間的運(yùn)動(dòng)副，確保連桿之間的運(yùn)動(dòng)形式正確。(2) 輸入軸、輸出軸承確保各連桿繞正確的中心線旋轉(zhuǎn)。(3) 輸入圓盤與輸出圓盤之間的滑動(dòng)副要保證導(dǎo)軌正確。(4) 正確定義各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)方式，保證機(jī)構(gòu)按照預(yù)定的方式運(yùn)動(dòng)。結(jié)束語(yǔ)在機(jī)械傳動(dòng)裝置中，導(dǎo)桿傳動(dòng)因其鮮明的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的導(dǎo)桿減速裝置，通過這個(gè)學(xué)期三個(gè)多月的努力，基本完成了課題的任務(wù)。本次課題的完成，取得了以下的成果：(1)對(duì)Pro/E軟件和CAXA軟件的背景、現(xiàn)狀和發(fā)展有了一定的認(rèn)識(shí)。(2)通過對(duì)新型導(dǎo)桿減速裝置的運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)桿傳動(dòng)和導(dǎo)桿減速裝置有了一定了解，知道了導(dǎo)桿傳動(dòng)的特點(diǎn)、導(dǎo)桿傳動(dòng)比計(jì)算、導(dǎo)桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法等。(3)用Pro/E和CAXA完成了新型導(dǎo)桿減速裝置三維和主要零件二維圖的繪制。對(duì)UG的三維建模有了比較全面的了解，基本能夠完成各類零件的三維建模。(4)用Pro/E完成了新型導(dǎo)桿減速裝置的運(yùn)動(dòng)仿真。了解了Pro/E的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，能夠完成簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)分析和仿真。但是，由于時(shí)間、筆者對(duì)導(dǎo)桿減速裝置、Pro/E的知識(shí)有限，本設(shè)計(jì)也存在一些問題，這需要在以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)中改進(jìn)。致謝在我寫這些話的時(shí)候我的大學(xué)生活就要結(jié)束了，最重要的是長(zhǎng)達(dá)大半個(gè)學(xué)期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要結(jié)束了。在感慨時(shí)間的匆匆而過的同時(shí)心中也有很多感慨，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)里的最后一次作業(yè)，也是很重要的作業(yè)。我之所以能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和很多人的付出是分不開的。首先要感謝的是大學(xué)四年里我的所有的老師，是你們讓我有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，也教會(huì)了我學(xué)習(xí)的方法，感謝你們的默默付出。在此我要衷心的感謝我的導(dǎo)師，從課題的理論研究到最終運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定都凝結(jié)著張老師的辛勤的汗水。從最初的機(jī)構(gòu)到最后的確定機(jī)構(gòu)張老師給了我很多實(shí)際的建議，由于我缺少經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)的時(shí)候有很多不足也都是張老師孜孜不倦的給我指出并給出參考方案。在論文的撰寫上張老師也給了我很多指導(dǎo)，讓我收益匪淺。尤其讓我敬佩的是張老師淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)，這些都是我在現(xiàn)在和將來的學(xué)習(xí)和工作中的榜樣。再次衷心地感謝張老師的指導(dǎo)和幫助。也正是他在百忙之中的精心指導(dǎo)、鼓勵(lì)和支持，論文才得以最后的順利完成。感謝宿舍的舍友和我的同學(xué)和我的家人，他們?cè)谖易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)的過程中給予了很大的理解和幫助。還要感謝網(wǎng)絡(luò)上那些不知名的朋友們，感謝你們無私的指導(dǎo)。謝謝大家！參 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