二级圆柱齿轮减速器课程设计的教学
课程设计是中职《机械制图》课程学习的重要实践环节,它可以使学生感到课本理论上空洞的东西变清楚明了,让学生感到“实践出真知”的真谛,所以《机械制图》教学应安排一定课时的实体零件测绘课程设计环节。本文以二级直齿圆柱齿轮减速器装配体的测绘为载体,利用工nve七。:三维软件完成所有零件和总装配图的绘制。通过工nven七。r走三维路线可以更直观的完成所有零件图和总装配图的绘制,让学生进一步巩固《机械制图》中已掌握的绘图和识图技能,并且在此基础上使绘图和识图能力上一个新的台阶,为后续课程打下坚实的基础。
二级圆柱齿轮减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置,具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点,如图l。而传统的减速器课程设计环节教学手段,通常是采用直接手工铅笔或者计算机二维软件绘制二维工程图来实现。这种做法不仅不能以模型直观逼真地显现出减速器的结构特征,而且对于一个视图上某些尺寸的修改,还不能自动反应在其它对应视图上;这种传统的教学手段对学生的制图能力还提出了较大的要求,使相当大的一部分学生感觉完成任务吃力。所以现在改变传统的教学观念,建立以三维软件NvENTOR为载体来实施满足教学,体现参数化内涵—修改一个尺寸参数所有的将会自动更新,降低任务难度,提升学生兴趣。建立减速器三位数字模型后,同学们还可以进行运动模拟仿真,通过运动模拟仿真同学们还可以非常直观的认识零件的结构、干涉、强度、刚度、动力情况,运动是否正确。
1 测绘零件,实现参数化三维建模与生成零件图
教师讲解减速器的拆装过程,讲清绘图尺寸是通过对实体减速箱的测绘得来。首先观察减速器各部分的结构,判断传动方式、级数、输人、输出轴如图2;其次用扳手拆下观察孔的盖板,观察观察孔的位置是否恰当,大小是否合适。再拧下箱盖和箱座联接螺栓以及轴承端盖螺钉,拔出定位销,打开箱盖。
分析整个结构,测量各零件尺寸;如先测量齿轮端面与箱体内壁的距离,大齿轮的顶圆与箱体内壁之间的距离,轴承内端面到箱体内壁之间的距离;再测量底座与上盖的各部分尺寸与结构、轴承的组合结构与尺寸、齿轮的尺寸与结构、键与键槽的尺寸与结构,如图3。
得到零件参数的同时,学生就可以利用工nventor开始参数化建模。箱体模型也是建模过程当中最复杂的部分,在建模过程当中需要大量地使用系统提供的建模特征,当然可以分析到上盖和底座有相同的基本结构比如螺栓孔、定位销和相互贴合面,建模时画上盖和底座可以充分利用共同结构,减少工作量,降低画图难度如图4。工nventor有标准件模块,在齿轮建模时,可以直接调取使用,当然也可以参数化建模,通过草图、拉伸、扫略、阵列命令来实现。同样也是适用标件轴承、键、端盖、螺栓、螺母等,这些标准件在绘制的时候要特别注意标准值的使用,要能正确配合其他零件的装配尺寸,这样才能保证齿轮的正常啮合,如图5。建立了三维零件就可以通过nVentor工程图模块生成工程图,结合制图模块能够充分利用三个基本视图、半剖、阶梯剖、断面图等表达形式正确合理的表达工程图,进而充分培养学生机械制图的视图表达能力。并对工程图进行标注。
2 参数化装配的建立与生成装配图
在所有零件参数化建模完成以后,就可以实现虚拟装配。利用软件满足装配要求,可以让学生清楚的认识到该产品的性能与结构是否满足要求,通过分析评估改进产品的设计和装配体的结构,实现产品装配的高效性。而且虚拟的展现了减速器的整个装配过程,并规划减速器的装配步骤和路线。打开nIventor,进人装配环境,调人下盖,这样就以下盖为基准实现有效有序的自下而上、自里而外的装配。Inventor里面的装配功能有面对齐、同轴、距离等多种标准配合关系,通过这些功能可以让同学们实现齿轮与轴、轴承等所有零件的装配。要注意的是齿轮与齿轮一定要正确的啮合关系,装配体如图6。
装配完成以后,就让学生对整个装配体进行干涉检查,主要是装配过程的碰撞检查,以及装配完成之后的干涉检查。零件按装配路线移动,若与其他零件发生碰撞,则零件无法移动到正确的位置,就会影响减速器的正常装配。利用碰撞检查,可以检测装配过程中的碰撞问题,碰撞部分会以高亮显示,以此对装配体进行修改和规划合理的装配路线。对已建立好的静态模型,可采用干涉检查装配完成的模型,并不一定完全正确,之间是否发生重叠现象,需要反复地检查和修改在干涉检查中,装配体会高亮地显示干涉区域,通过在装配体中直接点击或单独打开零件,即可快速地对零件进行调整修改,达到正确合理状态。
3 运动仿真分析
工nventor自带的运动仿真模块,可以让学生自己实现减速器的动态仿真,该模块主要进行机械系统运动仿真,可分析减速器各运动部件的速度、位移、受力、干涉等情况,并可以输出相应的实验数据作为分析产品性能的保障和依据。注意指导在进行运动仿真之前要解除多余的约束关系,不然将影响接下来的运动仿真参数设置。
点击环境下的运动仿真功能,进人仿真模块。学生因为初次进人仿真模块,系统会自动定义固定件,所以应该取消“自动将约束转换为标准联接”和“当机械装置被过约束时发出警告”。隐藏上盖,以便不会影响分析传动结构,如图7。
把每一轴上的构件设置为一个部件整体,其中包括构件有轴、齿轮、轴承、键,这样构件将会作为一个整体转动起来,设置主动轴。在减速器中涉及到的约束主要有固定副、旋转福、齿轮副。首先定义传动形式为外齿轮啮合运动,并且保证为一个约束传动,特别要注意的定义齿轮传动关系时,一定要保证齿轮与齿轮之间的啮合关系,一个很好的处理办法就是分别画出两齿轮的分度圆周,设置齿轮外啮合就直接点取两分度圆。依次定义好两两传动关系,形成传动结构。分析机构状态,包括自由度、实体数和运动实体数,保证整个机构有确定的运动方案。为齿轮添加运动动力,选择高速级输人轴,定义运动为恒定角速度为绕z轴旋转。齿轮实际工作中会受到力的相互作用,可以添加作用力矩,分析受力,也可以导出受力分析表,至此就可以运动仿真了。点击“仿真播放器”,运行播放,观察整个系统运行情况,分析运行状态,查看有没有运动干涉情况。若有,则修改装配关系和调整各零件基本尺寸,无则可以录制动画视频。这样学生就掌握了齿轮的传动关系,认识了二级减速器的运转情况。
4 总结
通过工nVentor实现二级减速器零件和装配图的绘制,首先,为中职《机械图》实践环节—课程设计提供一个全新的学习手段和方法,改变原有传统二制图为三维制图的教学手段,并在制图过程中体现引导作用,使其更为直观、形象、生动。其次,通过这种教学手段更好地理解、掌握零部件的结构及装配关系,并且可以实现二级圆柱齿轮减速器的运动仿真,使整个齿轮传动系统的分析具有良好的交互性。最后,分析二级圆柱齿轮减速器各部件之间的尺寸约束关系,并运用自底向上的思路建立二级圆柱齿轮减速器总装图,并对整个系统进行动力分析。这让学生更有感觉学习,更有兴趣学习,收获更多知识。
