线上虚拟仿真实习报告
大型齿轮箱结构设计与分析虚拟仿真实验 杜静 重庆大学 http://www.ilab-x.com/details?id=2688&isView=true 一、实验目的：
大型齿轮箱集成度高、结构复杂、性能要求高，受资金、场地的限制,实物实验成本高、箱体内部结构不易见、动态运行参数不易测，难以开展系统级传动系统结构设计能力训练。依托重庆大学机械工程双一流学科、机械传动国家重点实验室和国家级机械基础实验教学示范中心、机械基础及装备制造国家虚拟仿真实验教学中心等国家级教学科研平台，与行业、企业合作共建、共享，将国家级科研成果转化为实验教学内容，充分运用信息技术开展虚拟仿真实验教学，有效解决了教学难题，提升学生机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力，满足产业发展对人才知识结构需求。
实验目的：
（1）通过交互式减速箱结构分析实验软件，了解减速器箱体内部结构，学习掌握减速器箱体结构如何综合设计满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求，学习减速器辅助部件的选择和设计；
（2）通过学习在线学习环节，学习应用现代先进设计方法和手段进行机械传动系统性能仿真分析的方法，了解传动系统参数对机械传动系统性能的影响，学习机械传动系统零部件强度和疲劳寿命分析的方法；
（3）通过工程案例虚拟仿真分析和虚拟装配实验环节，了解工程问题的复杂性，学习和掌握机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力。
（4）根据教师发布的创新应用题目，进行机械传动系统方案设计和评估，获得满足要求的机械传动系统设计方案。
二、实验原理：
实验教学系统采用交互式虚拟仿真实验软件与工程软件的集成，学生从交互式减速器结构认知到复杂齿轮箱工程案例分析实践，训练机械传动系统设计分析能力，实现知识与能力渐进提升。
按照机械传动系统设计认知规律，构建了层次化、模块化的实验教学系统：从减速器结构分析→单级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→双级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→复杂工程案例虚拟装配→复杂工程案例仿真分析。
减速器结构分析模块：通过问题导向，学习齿轮箱箱体结构如何满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求。了解轴系结构和功能特点，油面指示器、放油孔、定位销、吊装、加强筋、密封部件等辅助部件的选择和设计。
单级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析模块：建立单级圆柱齿轮减速器分析模型，并进行齿轮、轴的受力、应力、接触斑点、轴承的损伤分析，为二级圆柱齿轮分析奠定基础。此模块用于非机类、近机类专业的实验教学。
双级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析模块：建立双级圆柱齿轮减速器分析模型，并进行齿轮、轴的受力、应力、接触斑点、错位量、轴承的损伤分析，齿轮修形、箱体的变形影响分析，为工程问题求解奠定基础。此模块用于机类、近机类专业的实验教学。
工程案例虚拟装配模块：以2MW风电机组齿轮箱对象，通过交互装配练习，使学生熟悉轴系结构的装配顺序和装配工艺，拓宽学生的思路，丰富学生的知识储备。
工程案例仿真分析模块：通过问题导向，对 2MW风电机组齿轮箱工程案例，完成仿真分析，获得润滑油温升与轴承油膜厚度的关系、各轴承的损伤度分析、部件（齿轮、轴承和轴）的错位量、耐久性、箱体的变形对传动系统性能的影响。
本实验对象为机类、近机类、非机类专业大三学生，教师可以根据不同的教学要求进行模块组合，实验内容可拓展，柔性好，有效提升了实验效果。
三、实验仪器（装置或软件等）：
减速器结构分析虚拟实验软件
ROMAX机械传动系统性能分析软件
虚拟装配虚拟实验软件
单级圆柱齿轮减速器（虚拟）、双级圆柱齿轮减速器（虚拟）、2MW风电齿轮箱（虚拟）。
四、实验步骤及方法（包括实验过程记录、实验现象及原始数据记录等）：
（1）实验方法描述：
用交互式减速器结构分析虚拟仿真实验，有效解决齿轮箱箱体内部结构复杂、不可见，学生学习掌握困难问题。用行业一流软件ROMAX进行减速器性能虚拟仿真分析，有效解决解决受资金、场地的限制，系统性能参数不易测量、系统级知识集成应用能力训练和设计验证缺乏问题。用“2MW风电机组齿轮箱”工程案例做仿真分析和虚拟装配实验，将工程问题的复杂性主动融入实验教学内容中，培养学生解决复杂工程问题能力。
（2）学生操作步骤说明：
1）登录实验教学门户网站，点击实验分类下各栏目，了解各专业实验教学要求和实验环节。
2）点击实验预习，查看实验指导书、ppt课件、实验报告等。
3）单击减速器结构分析虚拟实验“操作实验”，进入减速器结构分析虚拟实验页面。
单击“开始实验”按钮，即可开始实验。实验主体内容包括减速器概述、箱体结构、附件结构和轴系结构四部分内容，通过人机交互完成减速器结构分析虚
拟实验任务。由于篇幅限制，详细操作步骤可参考《减速器结构分析虚拟仿真实验指导书》。
4）单击在线测试按钮“在线测试”，完成减速器结构分析在线测试题，系统自动批改。
5）单击图示齿轮箱系统设计仿真分析操作实验按钮，进入虚拟实验列表，单击二级圆柱齿轮仿真分析进入实验页面。单击“操作演示”按钮，打开二级圆柱齿轮减速器仿真分析任务录屏，学习应用ROMAX软件进行二级圆柱齿轮减速器建模与仿真分析方法：
a)新建一个模型，添加齿轮箱装配，并选择空齿轮箱。b)建立两个概念齿轮对。c)建立高速轴、中间轴、低速轴装配。d)添加低速级概念齿轮和刚度轴承，生成概念齿轮箱模型，定义功率载荷及工况。e)对概念齿轮对进行细化设计，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。f)选择轴承型号。g)生成详细减速器模型。h)添加各种不同的工况，进行系统仿真分析。i)轴变形及强度分析。j)轴承损伤分析。k)齿轮啮合错位分析。
7）单击门户网站在线测试按钮，键入在线测试页面，学生完成减速器仿真分析在线测试题，系统自动批改。
8）学习工程案例—风电齿轮箱虚拟仿真分析。因篇幅限制，具体不再一一详述，参照录屏步骤学习并完成2MW风电齿轮箱建模与仿真分析。
9）完成工程案例—风电齿轮箱虚拟仿真分析在线测试题。
10）完成工程案例虚拟装配实验。通过交互，完成工程案例的背景知识学习、虚拟装配实验和在线虚拟装配测试。
11）创新应用研讨
学生通过线上学习，具备运用现代设计方法进行齿轮箱系统方案设计和评估能力。线下开展项目式实验教学，学生以小组为单位，根据教师发布的创新应用题目，进行齿轮箱传动系统方案设计和分析评估。通过问题导向，研讨质疑，培养学生发现问题、解决问题的能力，促进机械传动综合设计能力养成，有效提升实验教学效果。
五、实验结果与讨论(包括数据处理及实验结果分析等)
减速器的作用：
减速器的类型
轴上传动件的布置：
箱体的成型工艺：
大型齿轮箱结构设计与分析虚拟仿真实验
