模拟减速器在课程设计中的作用

黄春仙

【摘要】由于传统减速器在课程设计中受经济、时间和空间等条件的限制。迫切需要以节省教学时间，减少设备开支为目的的模拟减速器的教学模块，以改善课程设计中的教学和设计条件，提高教学质量。

【关键词】传统减速器；模拟减速器；实例

1传统减速器设计的准备

减速器的设计是机械设计基础课课程设计的主要内容，通过减速器的设计能够让学生加深机械设计基础课的学习内容，并能进一步扩展学生认识其它相关的学科，为创新设计打下基础，传统课程设计中是运用学生的手动和观察能力，通过一些减速器的拆装实验来让学生理解减速器的原理。然而减迷器拆装实验的开设就需要一大笔开支来购买一批减速器，面对减速器有限学生量又多的情况，有些学生将因无法全面的观察到模型而不能理解其减速器的原理和构造，这样在课程设计时学生就对于减速器的设计无从下手，因此也导致了学生对机械设计缺乏学习兴趣，并且实验课程开设延长了课程时问，理论课程部分将会被缩短，这样会使理论知识不到位，教学质量将得不到提高，减速器的拆装在教学上又是必不可少的，为此将模拟减速器运用在教学上，既可以减少经费的投入，还不受场地的限制，具有非常现实的应用意义。

2模拟减速器作用

2.1

通过减速器装配图结合机械设计手册和其它相关的资料构建相应模拟的减速器的零件，如：齿轮、轴、螺母、垫片、轴承盖、箱体、箱盖等。

2.2根据各零件的相互作用联系和装配图样构建模拟的减速器的整体外形。

2.3在软件平台上，能够对模拟的模型进行结构分析，以及材料的力、压力、引力、离心力、质量、轴承载荷等进行分析。2.4模拟的减速器可以被三维软件进行主题标识，对于减速器而言，它会将减速器分为连接部位、传动部位、轴系部位、以及其它部位。

2.5节约了设备开支和教学时间。

3模拟减速器的设计实例

3.1前期指导。课程设计的第一步是教师在课堂上演示减速器的拆装，了解其工作原理和运动情况，教学中运用三维建模软件Pro／E，直接调用模拟的减速器的模型(见图2)：通过Pro／E软件提供的装配建模里面的爆炸命令可以按照预先设定的方向和距离自动爆炸分离出装配构件(见右图)，使学生了解减速器的零件组成。然后，按“从外到里”的拆卸顺序将减速器的各个组件和零件拆卸，Pro／E软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，利用Pro／E的局部放大、平移和翻转等工具，能够在屏幕上可以从不同角度观察到齿轮减速器的外部结构，各个侧面及局部细节特征。通过点选拆装可以直观地显现各个零件复杂形体的外型与内腔、如模型的螺纹孔等。使教学中的知识更加清晰、生动。通过对该减速器进行一步一步虚拟拆卸并选取多个合适的角度分别展示相应零部件的拆卸过程，还可了解各个零件之间的装配关系和位置关系以及齿轮啮合时的情景。最后再将拆卸的零件按“先拆后装”的顺序装配成组件和部件。对减速器轴上各个零件进行装配时，利用多媒体着重讲解减速器各组成部分的结构、相互之间的定位关系、装配基准；演示如何进行传动件的周向和轴向固定；轴的支承、固定；轴承类型、轴承如何装配、间隙如何调整等。使学生对齿轮减速器的装配过程、轴系零部件之间的固定、定位方法、机械装置的润滑类型和密封装置及其他减速器附件结构有一个直观的了解，同时还可通过点选拆装、局部放大、平移和翻转等：亡具在指定某些加工表面来分析该零件的结构工艺性及加工要求，以利于后面课程设计的顺利开展。例如：与螺栓头部和螺母接触的支承面，应加工出沉头座坑，以减小螺栓的附加应力；安装窥视盖处应设有凸台减小机械加工表面面积；放油孔处的机体外壁应凸起一块，以便于加工成为螺塞头部的支承面；减速器的箱盖与箱体上的销孔用于在装配时箱盖能够与箱体准确的定位，所以，上下销孔要同时加工等等。这样，不仅在较短时间内能给学生提供正确的指导，培养学生的几何构思能力，同时巩固了有关的工艺知识，培养了学生合理设计思维，还活跃了课堂气氛，提高了学生的学习兴趣，增强了学生的分析、认识和记忆能力。

3.2零部件的设计。减速器的设计方案确定以后，可以通过Pro／E实体设计建立产品零件的三维模型，并对其进行参数化设计。通过参数化建模，用户只需输入一些基本几何参数，就可以重构三维模型，提高设计效率。减速器的主要零部件包括齿轮、轴、轴承、箱体和箱盖等。设计时采用的是“整体一部件一零件一装配”的设计过程。首先将箱座、箱盖放在一起作为整体来设计，进行箱盖箱框和底板体的实体建模；其次，进行箱盖前后肩台的实体建模；再次，进行箱盖封箱螺栓孔的实体建模的设计；然后产生凸缘、底座特征；构建轴承座特征；构建加强筋、窥视方孔、油尺孔特征；建立螺纹孔、倒角特征；完成后沿装配面用平面切割后即得到上、下箱体为箱座和箱盖。这样设计既简单、方便，又能保证后续的装配顺利进行。零件的设计也是如此，以齿轮设计为例，在软件的实体设计环境中，包括丰富的三维标准件库，可以很简单、方便地构建几何模型。查看“工具”菜单，把“齿轮”拖放到工作环境，得到齿轮模型窗口。在窗口中输入齿数、压力角、齿宽、分度圆直径、孔半径，然后对其进行修改，就可以得到满足设计要求的渐开线直齿圆柱齿轮模型。然后根据齿轮结构，建立各尺寸问的关系，根据需要，修改齿轮的齿数、压力角、齿宽、分度圆直径和孔半径等参数，重新生成所需的各种渐开线直齿圆柱齿轮模型，实现参数化模型设计。齿轮轴的设计也是如此快捷，齿轮轴由阶梯轴，齿轮，螺纹，键槽等结构特征构成。首先，进行阶梯轴实体建模；其次，进行齿轮的实体建模；再次，进行螺纹和键槽的实体建模；最后，进行倒角。其它零部件如轴、螺栓、螺母、垫片也可以使用相同的方法进行。

3.3虚拟装配。完成所有零件建模后，进行部件装配和减速器整体装配。减速器的虚拟装配就是把上述建立的如箱座、箱盖、轴、轴承、轴承盖、齿轮、螺栓、键、油塞、定位销等三维零件模型按照尺寸关系，加约束，组装在一起。首先将这些单一的零件组合装配成整体，在装配过程中，要严格地按照生产工序进行安装。先装配减速器的两个轴系，建立两个子装配，然后再进行整机安装。在齿轮之间的配合时，它运用了重合、平行、垂直、相切、同心轴的约束功能对齿轮轴心线进行平行约束，然后根据齿轮中心距控制齿轮啮合，调整啮合处，使齿轮啮合更完整。其他零部件也是用相同方法进行安装，使之成为一个完整的减速器。装配完成以后，可以进行零部件之间的干涉检查，以检查装配有无干涉及其干涉的部位。由于2D工程图是通用交流工具，因此在课程设计最后要求要将3D实体模型生成2D工程图(见图3)。

4结束语通过Pro／E技术的应用，学生通过自主学习，对减速器各零部件进行参数化设计和虚拟装配等，使得学生能够清楚减速器中各零件的作用、安装及各零件之间的位置关系，从而确定了各零件的结构尺寸，安装尺寸，节省了教学实验分析减速器的时间。这就为课程教学提供了可靠的保证，而且在教学上运用模拟实体与理论知识相结合更能进一步体现理论结合实际的环节，节省了设备开支，扩展了基本的设计分析技能，为以后的学习和工作打下了坚实的专业基础。