【正文】 機械中應(yīng)用的齒輪既有相同之處，又有很大差別。例如:在保證飛行安全可靠性的前提下，要求單位質(zhì)量輕、傳遞功率大、齒輪圓周速度高、精度高、工作平穩(wěn)性高。傳統(tǒng)的成形技術(shù)基本上都建立在經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，制定一個新的零件成形工藝在生產(chǎn)時往往還要進行大量修改調(diào)試。近年來，人們對普通齒輪的計算機輔助設(shè)計進行了較深入的研究，而對錐齒輪的CAD研究進行得比較少。以往雖然人們對錐齒輪的計算機輔助設(shè)計也進行過研究，編制過相應(yīng)的軟件，但由于受當時計算機技術(shù)發(fā)展水平的限制，軟件的質(zhì)量比較低，使用也不太方便。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是非線性問題的計算技術(shù)發(fā)展，使成形過程的模擬分析和優(yōu)化成為可能。雖然我國在這方面己經(jīng)進行了大量研究，一些單位也研制了一些軟件，但由于投入不足，形成商業(yè)軟件的匾乏。目前國內(nèi)外對二維圖形參數(shù)化和簡單三維實體的參數(shù)化造型較為成熟。對復(fù)雜的三維實體的參數(shù)化造型尚不多見，特別是錐齒輪這類形狀復(fù)雜、精確齒形的三維實體參數(shù)化造型設(shè)計更少。其原因是:一方面錐齒輪二維圖形參數(shù)化設(shè)計能夠滿足傳統(tǒng)的齒輪加工要求，另一方面運用低級CAD軟件對復(fù)雜的三維實體很難實現(xiàn)參數(shù)化虛擬造型設(shè)計。隨著塑料齒輪的廣泛應(yīng)用和快速成型與虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展，用大型的三維軟件實現(xiàn)錐齒輪的參數(shù)化造型將成為設(shè)計者的迫切需求。錐齒輪實體參數(shù)化造型的意義:(l)齒輪傳動的參數(shù)化設(shè)計與建模系統(tǒng)是CAD技術(shù)與齒輪設(shè)計相結(jié)合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在。(2)實現(xiàn)設(shè)計過程自動化避免了設(shè)計人員手動查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點造型的復(fù)雜過程，本系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設(shè)計的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。(3)實現(xiàn)錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計以及漸開線齒廓的精確造型，可以將設(shè)計計算、三維造型與繪制工程圖的無縫結(jié)合，同時為齒輪的有限元分析、機構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎(chǔ)。 課題研究的內(nèi)容本課題利用大型軟件 ，一是錐齒輪的三維參數(shù)化造型和整個結(jié)構(gòu)的裝配；二是利用建立的模型進行齒輪嚙合的分析研究。圍繞這兩個中心，主要完成了以下工作:，深入學(xué)習(xí)UG軟件的CAD/CAE模塊。，進行對齒輪和其他零部件的幾何參數(shù)和強度的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。，為錐齒輪的三維建模、奠定基礎(chǔ)；；；，確定約束及載荷條件，建立物理求解模型進行求解。 第二章 UG軟件的介紹 UG軟件概述UG是一個優(yōu)秀的機械CAD/CAE/CAM一體化高端軟件，它基于完全的三維實體復(fù)合造型、特征建模、裝配建模技術(shù)，能設(shè)計出任意復(fù)雜的產(chǎn)品模型，再加上技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的CAM模塊、內(nèi)嵌的CAE模塊，使CAD、CAE和CAM有機集成，可以使產(chǎn)品的設(shè)計、分析和制造一次性完成。它是當今最先進的計算機輔助設(shè)計、分析、制造軟件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。 UG軟件CAD模塊CAD模塊包括了實體建模、特征建模、自由形狀建模、裝配建模和制圖等基本模塊。／實體建模(UG／SO1id Modeling)該模塊將基于約束的特征建模和顯示幾何建模方法無縫地結(jié)合起來，提供了強有力的“復(fù)合建模”工具，使用戶可以充分利用傳統(tǒng)的實體、面、線框造型優(yōu)勢。在該模塊中，可建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉(zhuǎn)實體以及進行布爾運算及參數(shù)化編輯。另外，該模塊還提供用于快速概念設(shè)計的草圖工具和一些通用的建模、編輯工具。(UG/Features Modeling)該模塊用工程特征定義設(shè)計信息，并提供了多種標準的設(shè)計特征，如孔、槽、型腔、凸臺、柱體、塊體、錐體、球體、管道體、倒圓角和倒直角等，還可控主實體建立薄壁件。各設(shè)計特征可以用參數(shù)定義，其尺寸大小和位置均可以被編輯。用戶白定義特征會存儲在公共目錄下，可以被添加到其他設(shè)計模型中。各特征可相對于其他特征或?qū)嶓w定位，也可被引用來建立相關(guān)特征組。(UG/Freeform Modeling)該模塊用于建立復(fù)雜的曲面形狀，如機翼、進氣道和其他工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計。它將實體建模和曲面建模的技術(shù)合并，組成一個功能強大的建模工具組。此建模技術(shù)包括沿曲線掃描，用標準二次曲線建立二次曲面體，并能在兩個或更多實體間用橋接的方式建立光滑的連接曲面。它還可以用逆向工程的方法，通過曲線喘網(wǎng)格來定義曲面和通過點集來擬合曲面。另外，用戶還可以通過修改所定義的曲線、改變參數(shù)值和用數(shù)學(xué)規(guī)律來編輯修改。／用戶自定義特征(UG/UserDefined Features)該模塊用自定義特征的方式建立零件族，易于用戶送行調(diào)用和編輯。它提供了一些常用工具，如允許用存在的參數(shù)化實體模型建立特征參數(shù)之間的關(guān)系，定義特征變量、設(shè)置缺省值，以及確定調(diào)用特征時所采用的一般形式等工具。用戶自定義特征建立以后，被存放在一個目錄中，可供用戶訪問。當用戶自定義特征被加入到設(shè)計模型后，可用常規(guī)的特征編輯方法對該模型的參數(shù)進行編輯修改。／工程制圖(UG／Drafting) 該模塊使設(shè)計人員可以方便地獲得與三維實體模型完全相關(guān)的二維工程圖。UG／Draoing支持工業(yè)上頒布的主要制圖標準，如州SI／ASME、ISO、DIN、JSIS和我國的GB標準。／裝配建模(UG／Assembty Modeling)該模塊提供了并行的、自上而下和自下而上的產(chǎn)品開發(fā)方法。在裝配過程中，可以進行零部件的設(shè)計和編輯。零部件劉靈活地配對和定位，并保持其關(guān)聯(lián)性。裝配件的參數(shù)化建模，還可以描述各部件之間的配對關(guān)系。這種體系結(jié)構(gòu)允許建立非常龐大的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并在各設(shè)計紀之間進行共享，使產(chǎn)品開發(fā)組成員能夠并行工作。UG高級裝配模塊提供了數(shù)據(jù)裝載控制功能，允許用戶對裝配結(jié)構(gòu)中的部件進行過濾分析，可以管理，以完成—一個復(fù)雜產(chǎn)品的全數(shù)字化裝配過程。它提供的各種工具可對整個產(chǎn)品、指定的子系統(tǒng)或零件進行裝配分析和質(zhì)量管理。在進行間隙檢測的過程中，其檢測結(jié)果可保存?zhèn)溆?。在需要的時候，該模塊還可對硬干涉進行精確定位。當要對一個大型產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)進行修改時，該功能還可以定義區(qū)域和組件集，以便于快速修改。／WaveUG Wave提供了一個參數(shù)化產(chǎn)品開發(fā)平臺，它將概念設(shè)計與詳細設(shè)計貫穿到整個產(chǎn)品的設(shè)計過程。wave技術(shù)可對產(chǎn)品設(shè)計進行定義、控制和評估，通過定義幾何形體框架和關(guān)鍵設(shè)計變量，表達產(chǎn)品的概念設(shè)計，通過多數(shù)化的編輯控制結(jié)構(gòu)，使不同的設(shè)計概念可以被迅速地分析和評估?？刂平Y(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵幾何模型，可鏈接拷貝到經(jīng)過詳細設(shè)計的產(chǎn)品裝配中。這樣，在后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)過程中，允許高級概念設(shè)計中的變化與整個產(chǎn)品設(shè)計改變相關(guān)聯(lián)。 UG軟件CAE模塊UG將世界上最成功的CAE應(yīng)用技術(shù)融匯到自己的系統(tǒng)中來，形成了功能強大的分析模塊。（UG/Scenario for FEA）該模塊是一個集成的、相關(guān)的、直觀的CAE工具，它能快捷地對UG的零件和裝配部件進行前、后處理。該產(chǎn)品作為設(shè)計過程的一個集成部分，用于評估各種設(shè)計更改方案或“Scenario”的性能。這種分析結(jié)果是一個工程預(yù)測的過程，它可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品上市的時間。用于有限元分析的UG/Scenario for FEA提供了將幾何模型轉(zhuǎn)換為有限元模型以及圖形化評估分析結(jié)果的能力。一個可選的集成的求解器UG/FEA，可以進行線性靜力分析、模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)熱分析。（UG/FEA）該模塊是一個有限元分析求解器，它與UG/Scenario for FEA的前、后處理能力緊密地集成在一起。這兩個產(chǎn)品為在Unigraphics環(huán)境里進行建模與分析提供了一個完整的解決方案。UG/FEA為概念設(shè)計提供了廣泛的求解類型，包括線性靜力、標準模態(tài)、穩(wěn)態(tài)熱傳遞和線性屈曲分析，同時還支持裝配部件，包括間隙單元的分析。對薄壁結(jié)構(gòu)和梁的尺寸優(yōu)化是一種可選的功能。UG/FEA支持的材料類型有正交各向同性、正交各向異性和各向異性。另外，在求解中可以定義與溫度相關(guān)的材料特性。（UG/MF Part Adviser）該模塊是一個易用的、全塑流的注塑模分析系統(tǒng)，它集成在UG中，具有前處理、解算和后處理能力，并提供了在線求解器和完整的材料數(shù)據(jù)庫。分析結(jié)果將動態(tài)顯示注塑過程中的流動、填充時間、焊線位置、氣井、填充的可靠度、注塑模壓力和降溫過程。使用該模塊可以幫助模具設(shè)計人員確定其注塑模設(shè)計是否合理，不合適的注塑模幾何體會被很容易地查出來并給予修正，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的注塑模。第三章 標準直齒錐齒輪及軸的相關(guān)計算設(shè)計齒輪傳動時，考慮到錐齒輪傳動的可能發(fā)生的各種失效形式，如：點蝕、片蝕、膠合、斷損、斷齒和塑性變形，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨，抗點蝕，抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。 標準直齒錐齒輪的幾何參數(shù)相關(guān)計算齒輪傳動的參數(shù)設(shè)計的目的是確定齒輪的最基本的參數(shù)值，以便確定齒輪的基本框架，方便齒輪傳動的下一步的設(shè)計。，材料及齒數(shù)按該換向器的速度和承載能力，選用8級精度。：該裝置采用閉式，由《機械設(shè)計》表101選得兩齒輪的材料為45，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為250HRC：Z1=Z2=50，傳動比=1 錐齒輪的初步設(shè)計：由《機械設(shè)計》1026齒面接觸疲勞強度設(shè)計公式 （31）試選載荷系數(shù) =輪傳動的轉(zhuǎn)矩 （32）查《機械設(shè)計》取=，由表106彈性影響系數(shù)=根據(jù)循環(huán)次數(shù)公式設(shè)機械使用壽命10年，每年按300天計算，每天工作10小時： (33)查《機械設(shè)計》圖1019確定疲勞壽命系數(shù)= 查圖1021得疲勞極限應(yīng)力=600 取失效概率為1%安全系數(shù)S=《機械設(shè)計》1021得 (34) 齒數(shù)比u=1估算結(jié)果 (35) 查《機械設(shè)計》表102齒輪的使用系數(shù)：=, 表108齒輪的動載系數(shù)：