实验16 机械传动系统数字化设计与分析综合实验指导书Word格式.docx

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每日两班制工作，工作期限为8年。

已知条件：

输送带带轮直径d=300mm，输送带运行速度v=0.63m/s，输送带轴所需转矩T=700N﹒m[1]。

针对该实际工程问题，确定减速装装置为展开式二级圆柱齿轮减速器。

运用传统齿轮减速器设计计算方法确定的齿轮减速器中齿轮的参数、阶梯轴的结构尺寸参数及轴承型号，在RomaxDesigner软件中建立二级圆柱齿轮减速器的数字化模型，如图15-1所示，并进行性能仿真分析。

图15-1齿轮箱详细设计模型

15.2.2实验任务

1、二级圆柱齿轮减速器中间轴受力等分析。

2、分析减速器润滑油温升与轴承油膜厚度的关系曲线。

3、各轴承的损伤度分析。

4、分析各齿轮的最大应力。

5、分析轴的变形对齿轮啮合错位的影响。

15.3实验软件和建模步骤

15.3.1RomaxDesigner软件介绍

RomaxDesigner是英国Romax技术公司开发的专业机械传动系统设计分析软件，覆盖了从概念设计，部件强度、可靠性等详细设计到系统振动噪声（NVH）预估等全部传动系统设计内容，构成了齿轮传动系统的封闭求解环境。

提供包括平行轴、相交轴、行星齿轮传动系在内的多种齿轮传动模型的建立、分析和设计功能。

RomaxDesigner能对机械传动系统进行综合分析，可进行载荷工况下的系统静态分析，得到各轴及轴上的轴承、齿轮的受力和变形。

通过进行系统分析得到考虑各部件相互影响的系统分析结果，由变形引起的轴承错位和齿轮啮合错位；

分析轴承安装游隙对轴承寿命的影响并对轴承寿命进行预测，对圆锥滚子轴承和角接触球轴承进行预紧优化等。

RomaxDesigner可考虑结构柔性的影响，箱体等的柔性对箱体内各零部件的受力和使用寿命有重要影响，获得更加准确的分析结果。

15.3.2.实验步骤

以RomaxDesigner软件为实验工具，建立齿轮传动系统的数字化模型，实验可分为三个步骤：

概念设计分析，详细设计和系统分析。

1、概念设计

定义概念齿轮对，建立参数化轴模型，在轴上添加概念齿轮对和刚度轴承，并对各轴在齿轮箱中的位置进行定位，添加功率载荷和工况，进行初步系统分析。

2、详细设计

对刚度轴承和概念齿轮对进行细化设计，选择合适的轴承型号，通过定义齿轮的精度等级、材料和轮齿的表面粗糙度等把概念齿轮对转化成细节齿轮对。

3、定义功率载荷，添加各种不同的工况，进行系统仿真分析。

建模步骤

概念设计

1）新建一个模型，在组件菜单中选择添加新装配或组件，选择齿轮箱装配；

在齿轮箱类型中选择空齿轮箱，如图15-2所示：

图15-2空齿轮箱装配图

2）在组件菜单中首先添加高速级概念齿轮对，高速级概念齿轮对齿轮参数和界面如图15-3所示：

图15-3高速级概念齿轮对定义界面及齿轮参数

然后添加低速级概念齿轮对，其界面和参数如图15-4所示：

图15-4低速级概念齿轮对定义界面及齿轮参数

3）在组件菜单中定义轴装配，用如图15-5所示的轴结构尺寸参数生成高速级阶梯轴。

图15-5高速轴结构参数表

在高速轴上添加高速级概念齿轮对的小齿轮。

分别选择组件菜单中的刚度轴承和功率载荷，在高速轴上添加刚度轴承和功率载荷，高速轴概念设计装配如图15-6所示：

图15-6高速轴概念设计装配图

运用如图15-7所示的中间轴结构参数生成中间轴。

图15-7中间轴结构参数表

在中间轴上添加高速级齿轮对的大齿轮和低速级齿轮对的小齿轮，并添加刚度轴承，生成中间轴概念设计装配图，如图15-8所示：

图15-8中间轴概念设计装配图

运用如图15-9所示的低速轴结构参数生成低速轴。

图15-9输出轴结构参数表

在低速轴上添加低速级大齿轮和刚度轴承，并在低速轴最小直径处添加功率载荷，生成低速轴概念设计装配图,如图15-9所示:

图15-9输出轴概念设计装配

4）把高速轴在空齿轮箱原点进行定位，中间轴和低速轴在空齿轮箱中的定位参数分别如图15-10和图15-11所示：

图15-10中间轴定位界面及参数表图15-11低速轴定位界面及参数表

完全定位后生成的二级圆柱齿轮减速器模型如图15-12所示。

图15-12二级圆柱齿轮减速器模型图

5）选择图15-13椭圆圈中的“编辑载荷谱”，弹出工况定义对话框。

图15-13工况定义按钮位置图

工况定义对话框如图15-14所示,可通过选择“添加新载荷谱”和“添加工况”。

图15-14工况定义对话框

完成工况定义后，选择对话框中运行工况下的“功率流”按钮，进行功率流分析，若运行工况下的“功率流就绪”下面出现“√”，则分析正常，可以继续进行初步系统仿真分析。

详细设计

1）单击软件界面左边目录树中的减速器，并选中下拉菜单“编辑”中的“复制”，复制一个新减速器。

双击新减速器目录树中的概念斜齿轮对，选中对话框左下方的“转换”，如图15-15所示。

把两对概念斜齿轮对转化为细节齿轮对，概念斜齿轮对的颜色从灰色变成了绿色，最后生成的齿轮啮合图如图15-16所示。

图15-15齿轮参数定义及细节转化界面图

图15-16齿轮细节转化结果图

2）轴承型号选择。

双击目录树中的输入轴装配，选择轴承按钮

轴承型号选择界面如图15-17所示。

选择两个角接触轴承7208B，输入轴装配机构如图15-18。

图15-17轴承添加界面图

图15-18输入轴装配结构图

删除中间轴上的刚度轴承，并在中间轴上添加一对角接触球轴承7210B,中间轴装配结构如图15-19。

图15-19中间轴装配结构图

删除低速轴上的刚度轴承，并在低速轴上添加一对角接触球轴承7212B,低速轴装配结构如图15-20。

图15-20低速轴装配结构图

完成以上步骤，生成二级圆柱齿轮减速器细化模型如图15-21所示。

图15-21二级圆柱齿轮减速器细化模型

系统仿真分析

1）二级圆柱齿轮减速器中间轴应力等分析。

在目录树中双击中间轴装配界面，选择界面右上角的RunStaticAnalysis的分析按钮

。

中间轴所受弯曲应力如图15-22，中间轴在XZ平面内的受力如图15-23。

图15-22中间轴弯曲应力图

图15-23中间轴XZ平面内的受力图

2）轴承的损伤度分析。

双击目录树中的减速器模型，选择下拉菜单“报告”下的“轴承报告”,减速器中各个轴承的损伤度如图15-24，轴承D的润滑油厚度与温升的关系曲线如图15-25。

图15-24各轴承的损伤度

图15-25轴承润滑油厚度

3）齿轮分析。

双击目录树中的减速器模型，选择下拉菜单Report下的GearReport,各个齿轮的最大接触应力如图15-26，最大弯曲应力如图15-27，齿轮的啮合错位如图15-28。

图15-26各齿轮最大接触应力图

图15-27各齿轮最大弯曲应力图

图15-28齿轮1和齿轮2的啮合错位图

15.4思考题

1）简述运用RomaxDesigner进行齿轮传动系统设计的基本步骤？

2）轴的变形对轴承错位和齿轮的啮合错位有什么影响？

3）简述机械传动系统数字化设计与分析的意义？

4）箱体的柔性如何影响齿轮和轴承寿命？

5）为什么要进行轮齿修形？

常见的修形方法有哪些？

参考文献

[1]黄茂林，秦伟主编.机械原理第2版.北京机械工业出版社，2011.4

[2]申永胜编.机械原理教程2版.北京清华大学出版社2005.12

[3]李良军主编.机械设计.高等教育出版社，2010.6

[4]张春宜，郝光平，刘敏.减速器设计实例精解.机械工业出版社，2009.

[5]ROMAX技术公司培训教程（M），2003