摘 要

行星轮减速器在诸多行业都有应用，随着技术的不断提高，变速的范围，传动比例要求也进一步提高，我们的规范也在一次次的检验中不断地逐渐完善。本次设计建模的行星轮减速器主要在自升式钻井平台中使用，需要根据实际的情况进行讨论计算，而且要把工作状况考虑进来，从而进行合理地建模设计，完成毕业设计的建模任务。

行星轮减速器分成三级，逐步把一个较高的速度降低下来，保证输出的平稳。根据收集到的资料进行计算，得到数据，之后进行CAD图纸的绘制，作为以后3D建模的依据，辅助自己所学的虚拟设计的知识，使用SolidWorks，3ds Max，以及UNIGINE软件设计建模，输出动画，这三个软件分别负责建立模型，替换材质，动画的制作。三者结合，最后完成毕业设计对于行星轮减速器建模。

关键词：虚拟设计；三维建模；行星轮减速器；

Abstract

Planetary gear reducer has been applied in many industries, with the continuous improvement of technology, the speed range, the transmission ratio requirement is further improved, we also test a standard continuously improved gradually. The design of planetary gear reducer is mainly in the modeling of self elevating drilling platform in use, the need for the discussion according to the actual situation, but also take into account the work situation, and finally carry out the reasonable modeling design, complete the task of modeling the graduation design.
Planetary gear reducer is divided into three stages, gradually to a higher speed, lower down, ensure output stable. Calculated according to the data collected by the data, then draw CAD, as 3D modeling based on virtual design aided their learned knowledge, the use of SolidWorks, 3ds Max. UNIGINE design and modeling, output animation, the three software are responsible for establishing the model, replacing material, animation production. The combination of the three, and finally completed the graduation design for planetary gear reducer model.

Key words: Virtual design; 3D modeling; Planetary gear reducer.

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外的研究现状 2

1.2.1关于减速器的理论积累 2

1.2.2关于行星减速器的制造流程以及发展状况 3

1.3课题的主要研究内容和方法 3

1.3.1准备研究的主要内容 3

1.3.2课题的研究方法 4

第二章 行星轮减速器的设计建模流程 5

2.1 基本参数的引入 5

2.2 材料的选择条件 6

2.3 减速器参数的计算及行星架的选择 6

2.3.1 行星齿轮组计算流程 6

2.3.2行星架的结构设计 7

2.4方案完善分析 7

2.5 本章小结 8

第三章 建模方案构建 9

3.1建模软件的初步选择 9

3.2软件介绍 9

3.2.1 3ds Max 软件介绍 9

3.2.2 SolidWorks 软件介绍 9

3.2.3UNIGINE软件介绍 10

3.3软件的对比与分工 11

3.4本章小结 11

第四章 虚拟设计 12

4 简述 12

4.1虚拟设计的概念 12

4.2虚拟现实的建模技术 13

4.3 虚拟环境下的装配 13

4.3.1虚拟装配的特点 13

4.3.2虚拟装配中的关系 14

4.4本章小结 14

第五章 行星轮减速器的装配及动画的设计 15

5.1 装配效果图 15

5.2 行星减速器的运动 17

5.3 动画制作 19

第六章 总结与展望 23

6.1总结 23

6.2展望 23

致谢 26

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

社会高速发展带来了人口激增，人们最开始的温饱需求早已得到了满足。越来越多的人追求高质量，高科技的生活。需求促进步，同样也促进了消耗，世界60亿人口，每天无时无刻不在消耗着地球上积累无数年的财富—煤炭，石油以及天然气，对于我们国家，更是如此，人口接近14亿，这样的人口数目带来的能源消耗，一样不可忽视，我们国家日产430万桶石油，这个数目看似巨大，实际上分分到每一个人身上却是捉襟见肘，侧面说明，我们国家正在面临“油不够”处境，所以“穷”则生变，便把目标转向了水底，因为地球上绝大部分被水覆盖着，占整个地球四分之三的海底就是巨大的宝库，据估计海底的油气储量3倍于陆地，通过开发海洋资源来满足不断增长的需求，促进世界的发展。^[1]

中国在与世界合作的同时，以可持续发展为指导，开发我们自己的海洋宝库，用以满足自己的不断增加的发展需要。虽然资源在海底储存，但是我们却没有相应的“利器”，国外早已有了先进的海上开采的经验和技术，但是他们却出于保密和限制发展中国家也就是中国的发展，垄断了这项关键技术——海洋开采勘探技术，这其中的自升式钻井平台便是关键所在，中国在自己的不断摸索下，一样在海洋勘探上取得了巨大的进步，用以开采南海的丰富储油资源。

在钻井平台中的行星齿轮减速器，可以让我们可以在资源开采上具有更高效率。过去只能不断总结前人的经验和做好的产品，直接套用，应用于新的工作地点，这种方案毕竟没有坚实的理论及数据支持，做出来的东西大多都不能经历真正的考验。工业工程专业提供给我们优化缩减的思路，就是去掉冗余无用的步骤，总结先进的设计经验，融为一体，最后导出一个行之有效的计算公式，可以投入实际的生产中用以节约时间，人力物力和财力。进一步的促进世界的发展，在现代社会，设计方案的辅助工具不会再是人力的徒手计算，这样费时费力，计算机的计算能力已经越来越强，加上我们总结出来的公式，辅助建模仿真软件，可以最快的时间优化改进设计，可以保证计算准确性的同时，改进已有的成果中的不足，进一步丰富优化。

通过电脑的辅助设计，可以有更多的辅助设计方法，比如CAD技术，SolidWorks等三维软件建模技术，这些技术可以规范化标准化我们的设计流程，最主要可以缩短时间，对于研究人员来说，时间就是生命，如何在一个较短的时间完成任务，开发出新的可以投产的产品。辅助软件可以形成一套合理地计算规范和经验，为后面的人提供了有效的参考以及设计思路。方便他们从中不断借鉴并改进相应的方案和技术。

在这方面发展比国外要晚很多，就算借助计算机技术辅助设计，优化计算流程。还是与发达国家有着不小的差距，要通过自己的努力来缩短这段差距，取得这项技术的世界领先地位。我选择行星轮减速器的设计建模，是想通过自己的努力，学会这个方法，建立完成并且优化设计方案。

1.2国内外的研究现状

1.2.1关于减速器的理论积累

为了让我们设计的电机能够应用在不同场合，需要减速器的辅助来获取较低的转速，以及较大的转矩，让运动平稳，输出稳定。而且加了减速器的系统可以降低转动惯量，保障系统的安全，以及在系统出现故障的时候及时停下，保障整个系统安全，对电动机可以做到有效的保护，延长电动机的使用寿命。其中行星轮减速器更加优秀，发达国家发现了它在诸多场合都有着很好的适应性，他们很早就开始在这个方面花了许多时间进行研究设计，积累了丰富的经验。甚至比我们国家要早上20到30年。他们的在多个领域使用行星轮减速器，取得了极好的效果，而且在行星轮减速器的一些关键技术上也不断进行深入研究，例如在机器运行时的震动控制，在不同工作状况下的响应机制，以及如何保证系统的稳定。

设计行星齿轮减速器，主要还是计算传动比例，齿轮齿数，变位系数，轴承选型，以及各种螺栓连接的搭配。^[2]自从计算机模拟仿真技术引入我们的设计中，这些操作在强有力理论和数据支持下，变得简单容易，而且准确性很高。能够作为制造生产的实际数据。不仅如此，除了二维绘图软件，三维建模软件，我们还引入了有限元分析软件—ANSYS等，进行分析零件和机械的整体受力情况，以及所受到的弯扭拉力，从而计算出零件的最低使用寿命，便于我们对机器的后期维护与维修，让我们及时检查修理，避免工厂的不必要的损失，我曾经参观了汉南玻璃厂，他们也采用了同样的技术，在设计建厂的时候，就对多个机器的使用寿命进行了的计算，形成了一套行之有效的检修方案，每半个月会对重点的零件机器设备进行检修，每三个月会对整体进行大的维修整理，还有搭配监控系统，可以在全厂自动化生产的情况下，做到及时的应急响应，节约了人力物力，为厂区的安全稳定提供强有力的保障。

虽然我们在这项技术上晚了其他发达国家几十年，但是同样我们也有了更好的实验条件，通过与一些国家建立合作关系，研究他们的先进技术，再辅助数学计算分析软件，建立相应的数学模型，然后创新开发我们自己的独创技术，把产品由中国制造变成中国智造。

1.2.2关于行星减速器的制造流程以及发展状况

时间积累了丰厚的经验，同样也造就了一批优秀的减速器制造品牌，排在前面的纽氏达特公司，德国的诺德公司，以及日本的纳博特斯克(Nabtesco)公司。虽然国内的许多企业仍旧处于不断发展的阶段，通过与国外的知名公司合作，自己开发设计新产品。缩短与外国技术上的时间差，推进我国自己技术的发展。现在由于实际场地的限制，所以利用有限空间高度集成化，效率化，变得越来越重要。这就凸显了行星轮减速器在这方面的优势，采用多级行星轮减速，节约空间。许多软件支持设计建模和多种标准库的建立，更加方便了模型的建立和选型，最后经过装配和输出，导出相应的立体模型，输入到其他软件，模拟现场的真实状况，最终取得合理结果。

1.3课题的主要研究内容和方法

1.3.1准备研究的主要内容

（1）查找计算公式和标准零件的选择：在网络上和图书馆查找相应的书籍，找到相应的计算公式，以及选择条件，把他们列出来，这样便于对于每一个所需要的数字进行计算以及后期的核算。针对计算出来的每一个零件的数值进行设计选型，包括齿轮轴承，箱体等零件。

（2）绘制CAD图纸，并使用啮合插件绘制齿轮，将得到的数据进行完善以后，绘制得出CAD的图纸，主要选择CAXA软件进行绘制，因为它的操作习惯接近中国人的需要，可以更方便的绘制和操作，将图纸保存成.dwg格式，避免需要在CAD中打开，由于后期需要对齿轮进行建模，利用齿轮插件生成啮合好的齿轮，方便满足建模的需要，生成的齿轮如下。

图1.1 齿轮啮合草图

绘制生成此图纸的目的，主要是检验自己的计算成果，以及查看齿轮的啮合是否恰当，避免自己建模时候的错误，节约时间。

（3）使用建模软件SolidWorks 建立三维模型：根据得到的二维模型，可以选择自己绘制，或者将标准的图纸的某一个视图导入到SolidWorks中，用作草图，注意导入图纸的尺寸基准，不要把尺寸基准导入错误，导致自己的建模难以后期装配。建模的时候可以多查找一些插件和对应的软件，下载一些模型，作为建模的的参考，多观察模型的各个角度的不同，让自己培养3D的模型思维，虽然自己没有看过实际的模型，但是可以根据二维图纸进行绘制，做出来的结果保证准确无误。

(4）替换材质，制作动画：模型建立完善以后，设计装配每一个零件，然后按照不同的装配配合要求，完成整个装配体，在自己手动拉动齿轮轴的一端，可以使整个行星轮减速器，转动起来，证明装配体装配成功。然后保存成STEP格式，可以导入到3ds Max中进行材质的替换，把每一个的零部件替换完毕后，使用DVS软件导出.world文件，修改其中的错误，导入UNIGINE软件中，完成动画的制作，最后编程，录制屏幕储存动画，避免在答辩期间出问题，影响答辩的进行。

1.3.2课题的研究方法

根据计算结果，进行优化讨论，寻找其中的不合理的地方，优化步骤，节约设计时间，然后将传动比分配到各级，待传动分配完毕后，然后尽可能的优化行星轮减速器的体积，规范化零件的制造，这样便于后期的维修。

让一个齿轮转动起来不需要过多的约束，而且在齿轮装配过程中，齿轮啮合同样不需要过多约束。^[3]按照齿轮配合约束可以让一组齿轮平稳的转动起来。而且能够保证啮合的合理性。在那之后按照流程，在UNIGINE软件里面编写脚本，设置动画播放步骤，完成动画。