模擬減速器在課程設(shè)計(jì)中的作用

黃春仙

【摘要】由于傳統(tǒng)減速器在課程設(shè)計(jì)中受經(jīng)濟(jì)、時(shí)間和空間等條件的限制。迫切需要以節(jié)省教學(xué)時(shí)間，減少設(shè)備開支為目的的模擬減速器的教學(xué)模塊，以改善課程設(shè)計(jì)中的教學(xué)和設(shè)計(jì)條件，提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】傳統(tǒng)減速器；模擬減速器；實(shí)例

1傳統(tǒng)減速器設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備

減速器的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，通過減速器的設(shè)計(jì)能夠讓學(xué)生加深機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并能進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)生認(rèn)識(shí)其它相關(guān)的學(xué)科，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中是運(yùn)用學(xué)生的手動(dòng)和觀察能力，通過一些減速器的拆裝實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生理解減速器的原理。然而減迷器拆裝實(shí)驗(yàn)的開設(shè)就需要一大筆開支來購買一批減速器，面對(duì)減速器有限學(xué)生量又多的情況，有些學(xué)生將因無法全面的觀察到模型而不能理解其減速器的原理和構(gòu)造，這樣在課程設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生就對(duì)于減速器的設(shè)計(jì)無從下手，因此也導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)缺乏學(xué)習(xí)興趣，并且實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)延長了課程時(shí)問，理論課程部分將會(huì)被縮短，這樣會(huì)使理論知識(shí)不到位，教學(xué)質(zhì)量將得不到提高，減速器的拆裝在教學(xué)上又是必不可少的，為此將模擬減速器運(yùn)用在教學(xué)上，既可以減少經(jīng)費(fèi)的投入，還不受場地的限制，具有非?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義。

2模擬減速器作用

2.1

通過減速器裝配圖結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和其它相關(guān)的資料構(gòu)建相應(yīng)模擬的減速器的零件，如：齒輪、軸、螺母、墊片、軸承蓋、箱體、箱蓋等。

2.2根據(jù)各零件的相互作用聯(lián)系和裝配圖樣構(gòu)建模擬的減速器的整體外形。

2.3在軟件平臺(tái)上，能夠?qū)δM的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以及材料的力、壓力、引力、離心力、質(zhì)量、軸承載荷等進(jìn)行分析。2.4模擬的減速器可以被三維軟件進(jìn)行主題標(biāo)識(shí)，對(duì)于減速器而言，它會(huì)將減速器分為連接部位、傳動(dòng)部位、軸系部位、以及其它部位。

2.5節(jié)約了設(shè)備開支和教學(xué)時(shí)間。

3模擬減速器的設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1前期指導(dǎo)。課程設(shè)計(jì)的第一步是教師在課堂上演示減速器的拆裝，了解其工作原理和運(yùn)動(dòng)情況，教學(xué)中運(yùn)用三維建模軟件Pro／E，直接調(diào)用模擬的減速器的模型(見圖2)：通過Pro／E軟件提供的裝配建模里面的爆炸命令可以按照預(yù)先設(shè)定的方向和距離自動(dòng)爆炸分離出裝配構(gòu)件(見右圖)，使學(xué)生了解減速器的零件組成。然后，按“從外到里”的拆卸順序?qū)p速器的各個(gè)組件和零件拆卸，Pro／E軟件創(chuàng)建的三維模型精度高、質(zhì)感好、形象逼真、色彩豐富，利用Pro／E的局部放大、平移和翻轉(zhuǎn)等工具，能夠在屏幕上可以從不同角度觀察到齒輪減速器的外部結(jié)構(gòu)，各個(gè)側(cè)面及局部細(xì)節(jié)特征。通過點(diǎn)選拆裝可以直觀地顯現(xiàn)各個(gè)零件復(fù)雜形體的外型與內(nèi)腔、如模型的螺紋孔等。使教學(xué)中的知識(shí)更加清晰、生動(dòng)。通過對(duì)該減速器進(jìn)行一步一步虛擬拆卸并選取多個(gè)合適的角度分別展示相應(yīng)零部件的拆卸過程，還可了解各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系和位置關(guān)系以及齒輪嚙合時(shí)的情景。最后再將拆卸的零件按“先拆后裝”的順序裝配成組件和部件。對(duì)減速器軸上各個(gè)零件進(jìn)行裝配時(shí)，利用多媒體著重講解減速器各組成部分的結(jié)構(gòu)、相互之間的定位關(guān)系、裝配基準(zhǔn)；演示如何進(jìn)行傳動(dòng)件的周向和軸向固定；軸的支承、固定；軸承類型、軸承如何裝配、間隙如何調(diào)整等。使學(xué)生對(duì)齒輪減速器的裝配過程、軸系零部件之間的固定、定位方法、機(jī)械裝置的潤滑類型和密封裝置及其他減速器附件結(jié)構(gòu)有一個(gè)直觀的了解，同時(shí)還可通過點(diǎn)選拆裝、局部放大、平移和翻轉(zhuǎn)等：亡具在指定某些加工表面來分析該零件的結(jié)構(gòu)工藝性及加工要求，以利于后面課程設(shè)計(jì)的順利開展。例如：與螺栓頭部和螺母接觸的支承面，應(yīng)加工出沉頭座坑，以減小螺栓的附加應(yīng)力；安裝窺視蓋處應(yīng)設(shè)有凸臺(tái)減小機(jī)械加工表面面積；放油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，以便于加工成為螺塞頭部的支承面；減速器的箱蓋與箱體上的銷孔用于在裝配時(shí)箱蓋能夠與箱體準(zhǔn)確的定位，所以，上下銷孔要同時(shí)加工等等。這樣，不僅在較短時(shí)間內(nèi)能給學(xué)生提供正確的指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的幾何構(gòu)思能力，同時(shí)鞏固了有關(guān)的工藝知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生合理設(shè)計(jì)思維，還活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的分析、認(rèn)識(shí)和記憶能力。

3.2零部件的設(shè)計(jì)。減速器的設(shè)計(jì)方案確定以后，可以通過Pro／E實(shí)體設(shè)計(jì)建立產(chǎn)品零件的三維模型，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。通過參數(shù)化建模，用戶只需輸入一些基本幾何參數(shù)，就可以重構(gòu)三維模型，提高設(shè)計(jì)效率。減速器的主要零部件包括齒輪、軸、軸承、箱體和箱蓋等。設(shè)計(jì)時(shí)采用的是“整體一部件一零件一裝配”的設(shè)計(jì)過程。首先將箱座、箱蓋放在一起作為整體來設(shè)計(jì)，進(jìn)行箱蓋箱框和底板體的實(shí)體建模；其次，進(jìn)行箱蓋前后肩臺(tái)的實(shí)體建模；再次，進(jìn)行箱蓋封箱螺栓孔的實(shí)體建模的設(shè)計(jì)；然后產(chǎn)生凸緣、底座特征；構(gòu)建軸承座特征；構(gòu)建加強(qiáng)筋、窺視方孔、油尺孔特征；建立螺紋孔、倒角特征；完成后沿裝配面用平面切割后即得到上、下箱體為箱座和箱蓋。這樣設(shè)計(jì)既簡單、方便，又能保證后續(xù)的裝配順利進(jìn)行。零件的設(shè)計(jì)也是如此，以齒輪設(shè)計(jì)為例，在軟件的實(shí)體設(shè)計(jì)環(huán)境中，包括豐富的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，可以很簡單、方便地構(gòu)建幾何模型。查看“工具”菜單，把“齒輪”拖放到工作環(huán)境，得到齒輪模型窗口。在窗口中輸入齒數(shù)、壓力角、齒寬、分度圓直徑、孔半徑，然后對(duì)其進(jìn)行修改，就可以得到滿足設(shè)計(jì)要求的漸開線直齒圓柱齒輪模型。然后根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)，建立各尺寸問的關(guān)系，根據(jù)需要，修改齒輪的齒數(shù)、壓力角、齒寬、分度圓直徑和孔半徑等參數(shù)，重新生成所需的各種漸開線直齒圓柱齒輪模型，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型設(shè)計(jì)。齒輪軸的設(shè)計(jì)也是如此快捷，齒輪軸由階梯軸，齒輪，螺紋，鍵槽等結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成。首先，進(jìn)行階梯軸實(shí)體建模；其次，進(jìn)行齒輪的實(shí)體建模；再次，進(jìn)行螺紋和鍵槽的實(shí)體建模；最后，進(jìn)行倒角。其它零部件如軸、螺栓、螺母、墊片也可以使用相同的方法進(jìn)行。

3.3虛擬裝配。完成所有零件建模后，進(jìn)行部件裝配和減速器整體裝配。減速器的虛擬裝配就是把上述建立的如箱座、箱蓋、軸、軸承、軸承蓋、齒輪、螺栓、鍵、油塞、定位銷等三維零件模型按照尺寸關(guān)系，加約束，組裝在一起。首先將這些單一的零件組合裝配成整體，在裝配過程中，要嚴(yán)格地按照生產(chǎn)工序進(jìn)行安裝。先裝配減速器的兩個(gè)軸系，建立兩個(gè)子裝配，然后再進(jìn)行整機(jī)安裝。在齒輪之間的配合時(shí)，它運(yùn)用了重合、平行、垂直、相切、同心軸的約束功能對(duì)齒輪軸心線進(jìn)行平行約束，然后根據(jù)齒輪中心距控制齒輪嚙合，調(diào)整嚙合處，使齒輪嚙合更完整。其他零部件也是用相同方法進(jìn)行安裝，使之成為一個(gè)完整的減速器。裝配完成以后，可以進(jìn)行零部件之間的干涉檢查，以檢查裝配有無干涉及其干涉的部位。由于2D工程圖是通用交流工具，因此在課程設(shè)計(jì)最后要求要將3D實(shí)體模型生成2D工程圖(見圖3)。

4結(jié)束語通過Pro／E技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，對(duì)減速器各零部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和虛擬裝配等，使得學(xué)生能夠清楚減速器中各零件的作用、安裝及各零件之間的位置關(guān)系，從而確定了各零件的結(jié)構(gòu)尺寸，安裝尺寸，節(jié)省了教學(xué)實(shí)驗(yàn)分析減速器的時(shí)間。這就為課程教學(xué)提供了可靠的保證，而且在教學(xué)上運(yùn)用模擬實(shí)體與理論知識(shí)相結(jié)合更能進(jìn)一步體現(xiàn)理論結(jié)合實(shí)際的環(huán)節(jié)，節(jié)省了設(shè)備開支，擴(kuò)展了基本的設(shè)計(jì)分析技能，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。