引言
目前，在以网络化、智能化、信息化、全球化为基本特征的设计制造业正在蓬勃发展。减速器作为不可缺少的独立的驱动元部件，相比于与普通定轴齿轮，她具有体积小、重量轻、承载能力大、传动比大、传动平稳及传动效率高、传递动力时可以分流等众多显著优点，在建筑机械、起重运输、工程机械等工业部门有着广泛的运用。采用Pro/E来实现这一过程，不但能使系列产品的技术数据库、图形库的建立和查询成为可能，而且还可以缩短设计周期，减少设计缺陷。
1 Pro/E软件主要功能
Pro/E是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。经过多年的完善与创新，Pro/E具有很多独特之处，第一，Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员可以随意勾画草图，轻易改变模型。第二，Pro/E是建立在统一基层上的数据库，即在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。第三，Pro/E的所有模块都是全相关的。也就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。第四，Pro/E使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。第五，Pro/E的基本结构能够利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。
2 行星齿轮减速器类型的确定
根据基本参数要求，即输入功率P1，输入转速n1，传动比ip，工作时间，并且需要该行星齿轮传动结构紧凑，外轮廓尺寸较小，短期间断工作和传动效率高的要求，选定具有双齿圈行星齿轮的32(I)型行星齿轮，其传动简图如图1所示。其中a、b、e为中心轮，c、d为行星轮。
图1 3Z(I)型行星齿轮传动简图
3 3Z(I)型行星齿轮减速箱的参数化设计
3Z(I)型行星轮系是具有双齿圈行星轮的32型的行星齿轮传动。它的基本构件有三个中心轮a、b和e，其结构特点是：内齿轮b固定，而旋转的中心轮a和e分别与行星轮c和d相啮合，其转臂X不受外力矩的作用，仅用它来支承行星轮心轴，其传动比范围为20～300，传动效率是0.8～0.9，该类型减速箱结构紧凑，传动比范围较大，适用于短期，间断工作的中小功率的动力传动。
在设计行星传动时，太阳轮的结构取决于所采用的均载机构。当太阳轮不动时，它可简支安装或悬臂安装。在本设计中，由于考虑到太阳轮尺寸比较小，因此设计成齿轮轴。
行星轮和行星架是行星传动中结构较复杂的一个重要零件。行星架可分为双臂整体式、双臂分离式和单臂式三种。其中，双臂分离式行星架的结构较复杂，刚性较差。单臂式行星架，结构简单，装配方便，轴向尺寸小。双臂整体式行星架的结构刚性比较好。本次设计部分即采用双臂整体式结构。可采用铸造、锻造和焊接式等方法制造毛坯。3Z(I)型行星齿轮减速箱总装配见图2。
图2 行星齿轮减速箱总装配图
4 行星齿轮减速器的运动仿真分析
运动仿真，即机构设计扩展。Pro/E的运动分析模块，能够对设计进行模拟仿真的校验，例如运动仿真显示、运动干涉检测、运动轨迹、速度、加速度等等。
仿真的工作流程如下：
(1)建立运动模型：包括连接建立及连接轴、运动副、及伺服电机的设置。
(2)设置运动环境：包括重力、、执行电机、弹簧、阻尼、力/扭矩、初始条件的设置。
(3)运动机构的分析：运动学、动态、静态、力平衡、重复组件分析。
(4)分析结果的获取：包括了回放、运动干涉检测、轨迹曲线的获取。
为了确定该行星齿轮箱的设计是否合理，对其进行了运动仿真，运动仿真可测量任意时刻任意位置的齿轮箱运转时各个齿轮与轴的位置、转速和加速度信息等。选取主动轮节圆上一点并得到如下测量结果：齿轮c、齿轮d、输入轴的位置值分别为-27.8233mm、62.2738mm、136.347mm；输出轴、输入轴的转速分别为-1.23675deg/sec、35deg/see；输入轴加速度：9.91039mm/sec。
为了更直观的反映数据，利用Pro/E自动的将数据以图表的形式反映出来。
得到数据图表如图3所示：
图3 仿真数据图表
由仿真得到的输入轴转速和输出轴转速可知：
传动比=35÷1.23675=28.29998，本设计要求的传动比为28，仿真结果与理论值的相对误差为(28.29998-28)÷28=0.0107<，误差在合理范围内，满足传动比误差要求，故可以设计是合理的。
5 结束语
在Pro/E环境下，通过定义各种约束，在装配模块中确定了齿轮副的相对位置和啮合关系。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数，参数化设计可以大大的提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用的CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计分析，能够及时地发现设计中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配贯穿于整个计算机辅助设计的全过程，能显著地缩短开发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次设计与三维建模对现实齿轮制造过程有一定的指导意义。
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本文标题：基于Pro/E的行星齿轮减速器建模及仿真
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