Pro/E的“分析/測(cè)量”功能在減速器設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

曹雪玉

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇南通226010）

Pro/E的“分析/測(cè)量”功能在減速器設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

曹雪玉

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇南通226010）

在減速器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，靈活使用Pro/E中的“分析/測(cè)量”功能，能提高減速器設(shè)計(jì)的合理性及設(shè)計(jì)效率，從而實(shí)現(xiàn)Pro/E在減速器設(shè)計(jì)意義上的應(yīng)用。

減速器；設(shè)計(jì)；分析/測(cè)量

在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展和軟硬件支撐技術(shù)不斷提高的今天，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的手段和方法發(fā)生著巨大的變化，CAD/CAM/CAE在工程實(shí)際中的應(yīng)用和作用日益顯著。Pro/E是現(xiàn)今主流設(shè)計(jì)軟件之一，利用Pro/E制造虛擬樣機(jī)，不僅可以節(jié)省物理樣機(jī)的制造成本，更可以節(jié)省循環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)的時(shí)間，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，并大大提高產(chǎn)品的綜合性能[1]。

齒輪減速器涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)課程的大部分內(nèi)容[2]，大多機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)也是以減速器為例編寫(xiě)的，所以很多學(xué)校把減速器設(shè)計(jì)作為大作業(yè)的任務(wù)，不少學(xué)校已經(jīng)要求學(xué)生將三維軟件用于大作業(yè)了，但大多僅限于在所有的設(shè)計(jì)計(jì)算完成后用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行產(chǎn)品的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真，未充分利用三維設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)用途，故本文仍以減速器為設(shè)計(jì)對(duì)象，介紹使用Pro/E中的“分析/測(cè)量”功能，實(shí)現(xiàn)Pro/E在減速器設(shè)計(jì)意義上的應(yīng)用。

1　確定軸的軸向尺寸

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將每一軸段長(zhǎng)度確定后再按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，而靠近外伸端的軸段長(zhǎng)度和軸承位置、軸承座及軸承蓋尺寸、箱體外零件及固定端蓋螺釘?shù)牟鹧b要求都有關(guān)系，因此，這個(gè)軸段長(zhǎng)度的確定對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較困難的。實(shí)際上，該軸段長(zhǎng)通常不在跨距之內(nèi)，沒(méi)有必要先確定。而如果使用Pro/E輔助設(shè)計(jì)，這個(gè)軸段長(zhǎng)度無(wú)需計(jì)算確定。在用拉伸特征建立該軸段的模型時(shí)，只需隨意輸個(gè)整數(shù)值為拉伸深度，當(dāng)然這個(gè)數(shù)值最好大些，這樣在組件中創(chuàng)建軸承蓋零件，激活軸承蓋零件，再用旋轉(zhuǎn)特征進(jìn)行造型時(shí)，以此軸段圓柱的最上方素線作為參照，則軸與軸承蓋孔間的距離清晰可見(jiàn)，如圖1所示，而且在軸承蓋完成之后，此軸段在軸承蓋外側(cè)可見(jiàn)，這樣便于選擇該軸段并修改其長(zhǎng)度。接著，通過(guò)菜單“分析/測(cè)量/距離”測(cè)量軸承端蓋至該軸段端面間的距離，如圖2所示。最后再根據(jù)軸承端蓋至箱體外傳動(dòng)件間的距離應(yīng)該大于15~20 mm這個(gè)設(shè)計(jì)要求修改軸段的拉伸深度即可。

圖1　軸承蓋造型

圖2　軸承端蓋至軸段端面間的距離

2　確定箱體的尺寸

減速器的箱體通常采用剖分式，即由箱蓋和箱座組成，因?yàn)橄渖w和箱座的接觸面、內(nèi)腔、軸承座都相吻合。為了提高軸承座處的連接剛度，座孔兩側(cè)的連接螺栓應(yīng)盡量靠近，所以在軸承座附近做出凸臺(tái)，凸臺(tái)一般設(shè)計(jì)成上下對(duì)稱，而且軸承座和凸臺(tái)都有拔模斜度。用傳統(tǒng)自下向上的方法，即分別完成箱蓋和箱座、再進(jìn)行裝配，這樣要保證上述箱蓋和箱座結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是很麻煩的，而且一旦設(shè)計(jì)改變，修改工作量會(huì)很大，所以用主控件來(lái)控制箱蓋和箱座[3]。主控件如圖3所示。

2.1確定凸臺(tái)高度

圖3　主控件

凸臺(tái)的高度必須保證給擰螺母留出足夠的扳手空間，但高度過(guò)大又使箱體變得笨重，所以應(yīng)該在座孔兩側(cè)螺栓盡量靠近且保證扳手空間的前提下取盡可能小的凸臺(tái)高度。若軸承旁連接螺栓取M12的話，螺栓軸線至外箱壁的最小距離C1min=18 mm，螺栓軸線至凸緣邊緣距離C2min=16 mm.首先創(chuàng)建切于軸承座外圓的基準(zhǔn)面DTM1、DTM2，如圖4所示，此基準(zhǔn)面即為螺栓軸線所在的面。再以主控件凸緣上表面為草繪面，通過(guò)拉伸特征創(chuàng)建凸臺(tái)，截面如圖5所示，拉伸深度暫任取一小于軸承座外徑的整數(shù)。然后分析測(cè)量螺栓孔軸線到軸承座外壁的距離，修改拉伸深度，保證最終分析測(cè)量的該距離略大于C1min，如圖6所示，則此時(shí)的拉伸深度為較合適的凸臺(tái)高度。

圖4　基準(zhǔn)面

圖5　凸臺(tái)截面

圖6　螺栓孔軸線到軸承座外壁的距離

2.2確定軸中心高

一般情況下，單級(jí)傳動(dòng)每傳遞1 kW的功率，需要油量Q0=（0.35~0.7）dm3，多級(jí)傳動(dòng)所需油量按級(jí)數(shù)成比例增加。傳動(dòng)件的浸油深度一般為1個(gè)齒高，但不應(yīng)小于10 mm.為避免攪油損失過(guò)大，傳動(dòng)件的浸油深度不應(yīng)超過(guò)其分度圓半徑的1/3.為避免攪油時(shí)將油池底部的臟油撩起來(lái)，大齒輪齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x應(yīng)大于30~50 mm[4]。故傳統(tǒng)設(shè)計(jì)用）估算中心高，其中δ為壁厚，再按標(biāo)準(zhǔn)中心高進(jìn)位圓整。然后算出油池深度，計(jì)算出Q0，若Q0符合要求，則中心高合適；否則，則需重新調(diào)整油池長(zhǎng)度或是中心高（因?yàn)檎{(diào)整油池寬度通常會(huì)影響跨距，則從軸的設(shè)計(jì)開(kāi)始都需要修改，所以油池寬度一般不變）。這樣需要反復(fù)試算，所以中心高和油池深度的確定對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是比較麻煩的。

用Pro/E輔助設(shè)計(jì)，開(kāi)始時(shí)主控件上的中心高是任取的整數(shù)值。在完成齒輪、軸與箱座的裝配后，調(diào)整主控件的相關(guān)尺寸使油池長(zhǎng)度至合適。此時(shí)取個(gè)合適的Q0，先計(jì)算出所需油面高度，在Pro/E的組件環(huán)境下創(chuàng)建基準(zhǔn)面表示油池底部和油面，如圖7所示，ADTM1代表油池底部，ADTM2代表油面。再分析測(cè)量大齒輪的齒頂?shù)接统氐撞亢陀兔娴木嚯x，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)值確定中心高需要調(diào)整的大小，最后修改主控件上相關(guān)尺寸保證中心高即可。

圖7　油面高度

3　結(jié)束語(yǔ)

Pro/E是設(shè)計(jì)軟件，功能強(qiáng)大，作為設(shè)計(jì)人員，不應(yīng)該只局限于用它進(jìn)行造型和運(yùn)動(dòng)仿真，為進(jìn)一步ANSYS有限元分析或是ADAMS虛擬樣機(jī)仿真奠定基礎(chǔ)，更應(yīng)該在Pro/E的本身使用過(guò)程中，靈活使用其功能，使設(shè)計(jì)更加合理、高效，從而實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)意義上的應(yīng)用。

[1]曹雪玉.基于骨架模型的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2013，32（28）：16-17．

[2]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]郭洋.Pro/Engineer企業(yè)實(shí)施與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[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)[M].北京：高等教育出版社，2009．

Application of Pro/E“Analysis/Measurement”Function on the Reducer Design

CAO Xue-yu
（Nantong Vocational&Technical Shipping College，Nantong Jiangsu 226006，China）

In the design process of the reducer，the flexible use of the"analysis/measurement"function in Pro/E can improve the rationality and design efficiency of reducer design，so as to realize the application of Pro/E in the design of reducer.

reducer；design；analysis/measurement

TP399

A

1672-545X（2016）10-0226-03

2016-07-08

曹雪玉（1972-），女，江蘇南通人，工學(xué)碩士，副教授，主要研究方向：CAD/CAM。