基於solidworks齒輪減速器建模與模擬

SolidWorks 軟體是由SolidWorks 公司開發的，SolidWorks 公司是一家專門從事開發三維機械設計軟體的高科技公司，從1993 年，PTC公司與CV 公司成立SolidWorks 公司，並於1995 年推出該軟體，引起設計相關領域的一片驚嘆。現在SolidWorks 最新版為2009 SP0 多國語言版，本次畢業設計用的是SolidWorks2008 SP0 版本。

SolidWorks 軟體集三維建模、裝配、工程圖於一身，功能強大、易學易用和技術創新，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。具有零件建模、曲面建模、鈑金設計、有限元分析、注塑分析、消費產品設計工具、模具設計工具、焊件設計工具和裝配設計等功能。

該軟體將各個專業領域的世界級頂尖產品連接到一起，具備全面的實體建模功能，可快速生成完整的工程圖紙，還可以進行模具製造及計算機輔助工程分析、虛擬裝配、動態模擬等一些其他CAD 軟體無法完成的工作。

該軟體本身集成了較多的插件，方便設計者利用，降低了設計勞動，本次畢業設計用到如下的插件：GearTrax 主要用於精確齒輪的自動設計和齒輪副的設計，通過指定齒輪類型、齒輪的模數和齒數、壓力角以及其它相關參數，GearTrax 可以自動生成具有精確齒形的齒輪。

toolbox 提供了如iso、din 等多標準的標準件庫。利用標準件庫，設計人員不需要對標準件進行建模，在裝配中直接採用拖動操作就可以在模型的相應位置裝配指定類型、指定規格的標準件。

1.1.1 對齒輪、軸及小齒輪軸的三維建模

Ⅰ、齒輪三維模型的形成

SolidWorks 的插件GearTrax 用以生成各種齒輪模型，如圖1.1。根據機械設計數據，選擇直齒，輸入齒輪的模數m = 2，大小齒輪齒數88和22，點擊齒面厚，鍵入大小齒輪的齒輪寬度b 50mm ，。分別點1 = b 44mm 2 =擊激活大小齒輪后，點擊完成，插件自動將成型的齒輪導入SolidWorks 中，從而完成齒輪建模,如圖1.2 和圖1.3。

圖1.1 GearTrax2008 操作

圖1.3 大齒輪的大體建模圖1.3 大齒輪的大體建模

得到了大齒輪的大體建模，然後修改大齒輪：

① 通過【拉伸切除】命令構造輪轂直徑為50mm，鍵槽高、寬分別為5mm、10mm。如圖1.5。

② 修改大齒輪，按工程圖畫減重槽和減重孔，利用【拉伸切除】命令，先畫減重槽，深度為10mm,如圖1.6，利用基準面通過【鏡像】命令，畫出另一側。

③ 通過【拉伸切除】命令打一個減重孔，孔徑為36mm,如圖1.7，【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓心為基準軸，如圖1.8，通過【圓周陣列】命令，選擇基準軸和陣列的數目，完成多個減重孔成型如圖1.9。

④ 通過【倒角】命令倒角，最後成型,如圖1.10。

圖1.4 齒輪的工程圖

圖1.5 加工輪轂和鍵糟圖1.6 加工減重槽

圖1.7 加工減重孔圖1.8 插入基準軸

圖1.9 減重孔圓周整列圖1.10 大齒輪的三維建模

Ⅱ、小齒輪軸的三維建模

在Ⅰ中GearTrax 導入小齒輪的基礎上,按照二維工程圖進行建模，如圖1.11。

① 依次用【拉伸】命令構造小齒輪軸，完成小齒輪軸的大體建模，如圖1.12。

② 然後利用【插入】-【參考幾何體】-【基準面】命令，在小齒輪軸的外伸端建立基準平面1,如圖1.13，再在該基準平面上利用【拉伸切除】命令，按照高速軸和V 帶輪聯接鍵的尺寸：高速軸和V 帶輪聯接鍵為：鍵8X28 GB1096-79b ×h = 8×7,L = 28，繪製草圖，選擇切除厚度，完成鍵槽的成型，如圖1.14。

③ 利用【倒角】和【倒圓角】命令修改小齒輪軸，完成建模如圖1.15。

圖1.11 小齒輪軸工程圖

3.12 齒輪拉伸圖1.13 建立基準面1

圖1.14 拉伸鍵圖1.15 小齒輪軸的三維建模

Ⅲ、軸的三維建模

① 用【拉伸】命令，選擇任意基準平面，按照設計尺寸依次拉伸成型，如圖1.16。

② 通過【插入】-【參考幾何體】-【基準面】命令，在齒輪安裝段和外伸端建立兩個基礎平面，如圖1.17，依次用【拉伸切除】命令切出大齒輪與軸的鍵槽和低速軸（如圖1.18）和聯軸器的聯接鍵鍵槽（如圖1.19）。

③ 用【倒角】和【倒圓角】命令修改軸，完成建模，如圖1.20。

圖1.16 軸的工程圖

圖1.17 軸的拉伸圖 3.18 建立兩個基準面

圖1.19 齒輪鍵拉伸圖1.20 聯軸器的鍵拉伸

圖1.21 軸的三維建模

1.1.2 對箱體、箱蓋的三維建模

Ⅰ、箱體三維建模

① 根據箱體的二維圖，如圖1.22，圖1.23，圖1.24，用【拉伸】命令，選擇任意基準面，構造箱體大體立方體，如圖1.25 用【圓角】命令將立方體四個棱邊倒R=20mm 的圓角。

② 利用【抽殼】命令，選擇壁厚度8mm，選擇挖出材料面，完成抽殼，如圖1.26。

③ 在抽殼選擇面使用【拉伸】命令，拉伸出頂面凸緣，厚度為12mm，如圖1.27，選擇底面拉伸出箱體底板厚度為20mm，如圖1.28，並【拉伸切除】底面通槽如圖1.29。在凸緣下面【拉伸】軸承座凸台（如圖1.30）和凸台（如圖1.31），在軸承座凸台上用【拉伸切除】命令切出軸承槽，如圖1.32。

④ 用【插入】-【參考幾何體】-【基準面】命令分別在兩個軸承座建立基準平面1 和基準平面2，如圖1.33，用【筋】命令，繪製軸承座凸台的加強筋，如圖1.34。

⑤ 用【鏡像】命令選擇鏡像對稱平面，鏡像凸台、軸承座凸台、加強筋和軸承槽，如圖1.35。

⑥ 選擇中間基準平面，用【筋】命令構造兩個吊耳，如圖1.36。

⑦ 用【掃描切除】命令，繪製油溝，繪製掃描路線和掃描截面，如圖1.37，用【異形孔嚮導】在軸承槽端面上打M8 的螺紋孔，如圖1.38，【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，分別建立基準軸1 和2，圓周陣列螺紋孔，等間距，孔數為6，如圖1.39。

⑧ 用【拉伸切除】命令在頂面凸台上打d=13mm 起蓋螺釘孔和銷孔，在凸台上打d=17mm 螺栓孔，在底板上打d=18mm 地腳螺釘孔。

⑨ 用【插入】-【參考幾何體】-【基準面】命令在箱體後端面建立一個45°平面作為基準，如圖1.40，用【拉伸】命令構造凸台，如圖1.41，在凸台上打油標尺M12 的螺紋孔。在後端面上拉伸的d=30mm 的凸台，在凸台上打M20 的油塞孔。用【倒圓角】對箱體各處進行R=10mm 倒圓角，完成建模，如圖1.42。

圖1.22 箱體主視圖

圖1.23 箱體俯視圖

圖1.24 箱體左視圖

圖1.25 拉伸長方體 3.26 長方體的抽殼

圖1.27 拉伸凸緣圖1.28 拉伸底板

圖1.29 拉伸切除通糟圖1.30 拉伸軸承座

圖1.31 拉伸凸台圖1.32 拉伸切除軸承安裝槽

圖1.33 建立兩個基準圖 3.34 軸承座加強筋

圖1.41 拉伸油標尺凸台圖1.42 箱體三維建模

Ⅱ、箱蓋的三維建模

根據減速器箱蓋二維工程圖進行建模，如圖1.43，圖1.44,圖1.45。

① 【拉伸】構造箱蓋的大體輪廓，如圖1.46，【抽殼】命令，選壁厚為8mm ,選擇底面為去除材料面，如圖1.47，在去除材料面【拉伸】凸緣，厚度為12mm,如圖1.48，在凸緣上【拉伸】出軸承座（圖1.49）和凸台(圖1.50)，【拉伸切除】打52mm 和80mm 的軸承安裝槽,如圖1.51。

② 【鏡像】，選擇凸台、軸承座和軸承安裝槽為對象，選擇箱體對稱面為基準面，構造另一側，如圖1.52。

③ 【筋】命令，構造吊耳，選擇箱蓋的對稱面做草圖，如圖1.53。

④ 用【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1，用【異形孔嚮導】選擇在軸承側面打M8 的螺紋孔，【圓周陣列】選擇基準軸1 為旋轉軸，螺紋孔為陣列對象，數目選擇為6，如圖1.54。

⑤ 【拉伸切除】在吊耳上打10mm 的孔，在凸緣上打四個13mm 的起蓋螺釘孔，在凸台上打六個17mm 螺栓通孔，再【旋轉切除】出兩個8mm 銷孔。

⑥ 選擇箱蓋上表面為基準面，先【拉伸】出90X60 的，厚度為4mm 的凸台，如圖1.55，再【拉伸切除】出觀察孔，如圖1.56，再在觀察蓋凸台上【異形孔嚮導】打四個M6 螺紋孔。

⑦ 【倒圓角】、【倒角】命令，對箱蓋進行R5mm 和1mm 的倒角，完成建模，如圖1.57。

圖1.43 箱蓋的主視圖

圖1.44 箱蓋的俯視圖

圖1.45 箱蓋的左視圖

圖1.46 構造大體輪廓圖1.47 抽殼

圖1.48 拉伸凸緣圖 3.49 拉伸軸承座

圖1.50 拉伸凸台圖1.51 拉伸軸承槽

圖1.52 鏡像凸台凸緣圖1.53 建立吊耳

圖1.54 整列M8 螺紋孔圖1.55 拉伸觀察蓋凸台

圖1.56 拉伸切除觀察圖1.57 箱蓋的三維建模

1.1.3 對軸承的三維建模

Ⅰ.保持架：

① 【拉伸】選擇任意基準面，在草圖上畫一個內徑為38mm 和外徑40mm 的圓環，對稱拉伸，拉伸厚度為5mm，如圖1.58。

② 【旋轉】，對稱拉伸面作為基準面，畫通過中心的虛線為旋轉軸，畫直徑12mm 的半圓為旋轉截面，如圖1.59，用【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1，【圓周陣列】命令，選擇基準軸1 為旋轉軸，陣列對象為旋轉、拉伸出的實體，如圖1.60，【旋轉切除】，仍然選擇對稱拉伸面為基準面，在剛才旋轉出的圓體內切出一個空心為8mm 的球體，如圖1.61，然後再次整列空心球體。【拉伸切除】切掉圓環外多餘的材料，即完成建模，如圖1.62。

圖1.58 拉伸圓環圖1.59 旋轉球體

圖1.60 整列球體圖1.61 旋轉切除

圖1.62 保持架的三維建模

Ⅱ.滾動體：

【旋轉】，選擇任意基準面，畫出虛線旋轉軸，半徑為4mm 的半圓截面，如圖，3.63，完成建模，如圖1.64。

Ⅲ.內圈、外圈：

【旋轉】，選擇任意基準面，畫出虛線旋轉軸，畫出內圈外圈的截面草圖如圖1.65 和圖1.66，即完成建模如圖1.67 和圖1.68。

圖1.63 旋轉拉伸滾動體圖1.64 滾動體的三維建模

圖1.65 外圈的草圖圖1.67 外圈的三維建模

圖1.66 內圈的草圖圖1.68 內圈的三維建模

3.1.4 油標尺、觀察蓋、油塞和通孔器的三維建模

1.端蓋：

① 【旋轉】命令，任意選擇基準面，建立選線基準軸，畫出端蓋的截面草圖，旋轉得到實體，如圖1.69。

② 用【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1，【拉伸切除】在端蓋上打9mm 的孔，【圓周陣列】命令，基準軸1 為旋轉軸，9mm 的孔為陣列對象，數目為6，完成建模，如圖1.70。

圖1.69 端蓋的旋轉草圖圖1.70 端蓋的三維建模

2.油標尺：

① 【旋轉】，任意選擇基準面，建立選線基準軸，畫出油標尺的截面草圖，旋轉得到實體，如圖1.71。

② 在螺紋面，【插入】-【註釋】-【裝飾螺紋線】，選擇Ｍ１２螺紋，完成建模，如圖1.72。

圖1.71 油標尺的旋轉草圖圖1.72 油標尺的三維建模

3.觀察蓋：

① 【拉伸】厚度為4mm,長X 寬為60Ｘ90 的實體，如圖1.73。

② 【拉伸切除】在觀察蓋4 個角切4 個7mm 的通孔。

③ 在觀察蓋上【拉伸】凸台，【異形孔嚮導】在凸台上打M12 的螺紋孔。

④ 對4 條側棱進行【倒圓角】R10mm.完成建模，如圖1.74，

圖1.73 拉伸觀察蓋圖1.74 觀察蓋的三維建模

4.油塞:

① 【拉伸】,任意選擇基準面，在草圖上畫六邊形，完成拉伸。

② 用【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1【旋轉切除】切出螺帽的形狀，選擇中間對稱面畫1.5X1.5的直角三角的旋轉截面，選擇基準軸1 為旋轉軸，如圖1.75。

③ 【拉伸】構造剩下的實體，在待加工螺紋面，【插入】-【註釋】-【裝飾螺紋線】，完成建模，如圖1.76。

圖1.75 螺帽旋轉切除圖1.76 油塞的三維建模

5.通氣孔

① 【拉伸】,任意選擇基準面，在草圖上畫六邊形，完成拉伸，如圖1.76。

② 用【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1【旋轉切除】切出螺帽的形狀，選擇中間對稱面畫1.5X1.5的直角三角的旋轉截面，選擇基準軸1 為旋轉軸。

③ 【拉伸】構造剩下的實體，在待加工螺紋面，【插入】-【註釋】-【裝飾螺紋線】。

④ 【拉伸切除】打兩個交叉的4mm 的通孔，完成建模，如圖1.77。

圖1.76 螺帽拉伸圖1.77 通氣器三維建模

二減速器的裝配和模擬

2.1 減速器的裝配

裝配是將各種零件模型插入到裝配體文件中，利用零件的相應結構來限制各零件的相對位置，使構成機構的某部分，或者是一個完整的機構或機器。Solidworks 允許用戶在裝配體文件中插入數目眾多的零件進行組裝配合。

2.1.1 軸承的裝配

首先組裝軸承，【新建裝配體】。

【插入】：內圈，外圈，保持架，滾動體，如圖2.1。

【配合】：選擇滾動體和保持架的小圈內圈，同心約束，【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1，【圓周整列】，選擇基準軸1 為旋轉軸，滾動體為陣列對象，數目為12個。【配合】內圈與保持架同心、對稱面重合約束，外圈與保持架同心、對稱面重合約束，完成軸承的裝配，如圖2.2。

圖2.1 軸承的爆炸視圖圖2.2 軸承的裝配體

2.1.2 小齒輪軸的裝配

接著裝配小齒輪軸，在完成軸承的裝配基礎上。

【插入】：小齒輪軸，V 帶輪和減速器聯接鍵，套筒，如圖2.3。

【配合】：

① 小齒輪軸和套筒同心、面重合約束。

② 軸承和小齒輪軸同心約束，與套筒面重合約束。利用小齒輪的對稱面【鏡像】第二軸承。

③ V 帶輪和減速器聯接鍵和鍵槽面重合、同心、對稱面重合約束。

圖2.3 小齒輪軸的爆炸視圖

2.1.3 齒輪軸的裝配

裝配完小齒輪軸，裝配齒輪軸。

【插入】：齒輪軸的軸承的保持架、內圈、外圈、滾動體，完成軸承的裝配，再插入軸、齒輪、齒輪和軸聯接鍵、軸和聯軸器聯接鍵、套筒，如圖2.4。

【配合】：

①軸和聯軸器聯接鍵、齒輪和軸聯接鍵和軸的鍵槽面重合、同心、對稱面重合約束。

②齒輪鍵槽與齒輪和軸聯接鍵面平行約束，輪轂與軸同心約束，齒輪側面與軸肩面重合約束。

③套筒和軸同心重合，與齒輪面重合約束。

④軸承與軸同心重合，與套筒面重合約束，利用大齒輪的對稱面為基準，

【鏡像】軸承，完成裝配。

圖2.4 齒輪軸的爆炸視圖

2.1.4 齒輪軸與箱體的裝配

完成兩個軸的裝配，把軸安裝進齒輪箱體內。

【插入】：箱體如圖2.5。

【配合】：

①小齒輪軸上的軸承與軸承安裝槽同心重合，大齒輪和箱體的對稱面重合約束。

②大齒輪軸上的軸承與軸承安裝槽同心重合，大齒輪和箱的對稱面重合約束。

圖2.5 軸和箱體的裝配圖

2.1.5 箱蓋、端蓋、觀察蓋等的裝配

蓋上箱蓋，安裝上一系列的附件，完成齒輪箱大體裝配。

【插入】：箱蓋、端蓋、觀察蓋、通孔器、油塞、油標尺，如圖2.6。

【配合】：

① 箱蓋與箱體對稱面重合、接觸面面重合、同心約束。

② 端蓋與箱體同心約束，與軸承座的對稱面重合，與箱體接觸面重合約束。

③ 觀察蓋和箱蓋接觸面重合、對稱面重合約束。

④ 通孔器於觀察蓋面重合、同心約束。

⑤ 油塞和油標分別與箱體面重合、同心約束。

圖2.6 箱蓋、端蓋、觀察蓋等的爆炸視圖

2.1.6 M6、M8 螺釘的裝配

完成箱體大體裝配，裝上螺釘固定。

【插入】： M6 螺釘，M8 螺釘，如圖2.7。

【裝配】：

①M6 螺釘與觀察蓋接觸面重合、同心約束。

②M8 螺釘與軸承端蓋接觸面重合、同心約束，【鏡像】，利用箱體對稱面分別鏡像大小軸承端蓋上的螺釘，【插入】-【參考幾何體】-【基準軸】命令，選擇圓柱面，建立基準軸1，在每個端蓋上分別用【圓周整列】，選擇每個軸的基準軸為旋轉軸，數目為6，完成M8螺釘的裝配。

圖2.7 M6、M8 螺釘的爆炸視圖

2.1.7 銷、螺栓和起蓋螺釘的裝配

裝好端蓋螺釘，開始安裝銷和螺栓。

【插入】：銷、M16（螺栓、螺母、墊片）、M12（螺栓、螺母、墊片），如圖2.8。

【裝配】：

①銷和銷孔同心約束，銷基準面和箱體凸緣底面重合約束。

②M12 螺釘與箱蓋接觸面重合，螺釘與螺紋孔同心約束；墊片與螺釘同心約束，與箱體凸緣下底面面接觸；螺母與螺釘的同心約束，與墊片面重合約束。

③ M16 螺釘與箱蓋接觸面重合，螺釘與螺紋孔同心約束；墊片與螺釘同心約束，與箱體凸緣下底面面接觸；螺母與螺釘的同心約束，與墊片面重合約束。

④ 將M12 和M16 裝配好箱蓋的一半，用【鏡像】命令，選擇箱蓋的對稱面為基準面，鏡像所選螺釘和螺栓等，完成裝配，如圖2.9。

圖2.8 螺栓和銷的爆炸視圖

圖2.9 減速器的裝配體

2.2 干涉檢查

裝配完成後，進行零部件之間的干涉檢查，以檢查裝配體有無干涉及干涉位置。步驟：

（1）單擊裝配體工具欄上的【干涉檢查】。

（2）選擇需要干涉檢查的零部件。

（3）單擊【計算】，在結果中即會顯示干涉的位置及大小。

（4）存在干涉，使用零部件中的碰撞檢查，對干涉的位置進行調整，對干涉零件的尺寸或者位置進行調整，完后再進行（1）的步驟，直到干涉檢查結果顯示無即可。

通過干涉檢查，發現減速器存在的干涉主要是螺紋干涉和齒輪干涉，螺紋干涉，螺紋是固定的，不參與減速器運動，螺紋干涉被忽略不計，齒輪干涉通過碰撞干涉旋轉齒輪的位置進行調整，直至消除齒輪干涉，如圖2.10。

圖2.10 干涉檢查

2.3 Cosmosmotion 插件介紹

Cosmosmotion 三維運動模擬軟體，如圖2.11，它可以對複雜機構進行完整的運動學和動力學模擬，得到系統中各個零部件的運動情況，包塊能量、動量、位移、速度、加速度、作用力和反作用力等結果，並能以動畫、圖表、曲線等形式輸出；還可以將零部件在複雜運動情況下的載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟體中，從而進行正確的強度分析。

允許工程師通過虛擬的產品模型很容易地模擬裝配體的複雜運動，保證準確的設計，排隊產品設計錯誤。