【正文】 本文中進(jìn)行仿真試驗(yàn)的軟件是 Adams 下的 Adams/view 仿真分析平臺(tái)，所分析的模型是在 UG 下建立好 添加運(yùn)動(dòng)副后導(dǎo)入 Adams/view 的。 仿真得到如此廣泛的發(fā)展，是因?yàn)樗哂幸韵聭?yīng)用價(jià)值 : (1)系統(tǒng)仿真技術(shù)己成為繼理論分析和實(shí)物實(shí)驗(yàn)之后，認(rèn)識(shí)客觀世界規(guī)律性的新型手段，它可以將研制過(guò)程、運(yùn)行過(guò)程和實(shí)施過(guò)程放在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，具有良好的可控制、無(wú)破壞性、可復(fù)現(xiàn)性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。 如圖 315 單擊確定會(huì)彈出對(duì)話框，類型選擇距離，兩個(gè)對(duì)象選擇剃齒刀及齒輪的 Z 軸，距離數(shù)值可粗略給 150，圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 27 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 316 添加約束 圖 初步裝配位置 單擊確定，可得如圖 位置 UG 中會(huì)默認(rèn)的將剃齒刀及齒輪的兩個(gè)平面（拉伸圓柱的兩端面）進(jìn)行平行設(shè)定，接著對(duì)于之前建立的兩條基準(zhǔn)直線進(jìn)行約束，首先約束平行，之后約束距離為零，即可得到 如圖 位置 圖 添加約束 圖 添加約束 下來(lái)將之前的約束全部刪除， UG 會(huì)保留此時(shí)的裝配位置，下來(lái)是齒輪沿 Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)bata 角，在沿 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng) 360/（ 35*2）的度數(shù)，使得齒與槽正對(duì)，追后添加約束距離，使兩個(gè)分度圓距離為 0，即可得到正確裝配位置，此時(shí)約束只有一個(gè)距離約束，如圖 ，裝配完成。如圖 310 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 25 頁(yè) 共 41 頁(yè) 圖 齒輪草圖 將漸開線鏡像，修剪漸開線得到一個(gè)輪齒的齒廓，下來(lái)進(jìn)行拉伸，得到一個(gè)輪齒 ，最后，通過(guò)關(guān)系約束陣列出所有輪齒，創(chuàng)建軸心孔、鍵槽、倒角等特征得到如圖 所示的齒輪最終造型。若要改動(dòng)這些基本參數(shù)的某幾個(gè)，可在改變后先繪制出漸開線，然后提取出齒廓數(shù)據(jù)分析后再編輯保存。 剃齒刀開有容屑槽，形成切削刃并容納切屑。 (d)繪制一個(gè)齒的截面輪廓草圖，并以此掃描出一個(gè)輪齒 。如圖 圖 剃齒刀草圖 圖 齒廓樣條化 將漸開線進(jìn)行鏡像，即可得到一個(gè)齒的輪廓，然后添加樣條。首先，這種幾何模型可以大大簡(jiǎn)化剃齒刀和被剃齒輪的嚙合過(guò)程，可以更精確的確定嚙合位置 。 首先簡(jiǎn)單介紹一下當(dāng)量齒輪和當(dāng)量齒數(shù) : 加工斜齒輪時(shí)，銑刀是沿螺旋齒槽的方向進(jìn)給的，所以法向齒形是選擇銑刀號(hào)的依據(jù)。(4)漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓越大，漸開線越平直，當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開線成為直線 。另外編程量較大。 其二，參數(shù)化繪圖意指由應(yīng)用程序 (如 objectARx程序 )生成的圖形具有參數(shù)化的功能。由于 D3 實(shí)體圖形有 D2 圖形無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此 3D 參數(shù)化繪圖具有更廣闊的應(yīng)用前景。而己經(jīng)定型的產(chǎn)品，則需要形成系列，以便針對(duì)不同的需求提供相應(yīng)規(guī)格的產(chǎn)品型號(hào)。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能很好地結(jié)合起來(lái)。通過(guò)在開發(fā)周期中較早的運(yùn)用數(shù)字化仿真性能，制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減少或消除對(duì)于物理樣機(jī)的昂貴耗時(shí)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建，以及對(duì)變更周期的依賴。如打算修改零件形狀時(shí)，只需編輯一下尺寸的數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)形狀上的改變。 參數(shù) 化造型是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形約束，然后供設(shè)計(jì)者在造型時(shí)使用。 特征造型的優(yōu)點(diǎn) :在更高的層次上從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作 。表面模型擴(kuò)大了線框模型的應(yīng)用范圍，能夠滿足面面求交、線面消隱、明暗色彩圖、數(shù)控加工等需要。這樣可以運(yùn)用樣條曲線的特性，通過(guò)修改齒廓而達(dá)到修形剃齒刀齒面的受力狀況從而達(dá)到齒面受力均衡，找到合理有效的方法。其次對(duì)被剃齒輪進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體造型 。目前對(duì)消除剃齒誤差，主要研究趨勢(shì)也是在真實(shí)加工環(huán)境狀況下對(duì)其進(jìn)行研究。 b. 可微性或參數(shù)連續(xù)性 :B 樣條曲線在每一 曲線內(nèi)部它是無(wú)限次可微的，它在節(jié)點(diǎn)的曲線段端點(diǎn)處是 k 一 r 次可微的，這里的 r 是節(jié)點(diǎn)的重復(fù)度， k 是次數(shù)。 Cordon 和 Riesenfeld 又把 B 樣條理論應(yīng)用 于形狀描述，最終提出了B 樣條方法。 zier 曲線有許多優(yōu)點(diǎn)，如端點(diǎn)性質(zhì)、對(duì)稱性、保凸性、幾何不變性、變 差減小性等，但也存在一些不足 : (1)當(dāng)給定Β233。在以往的方法中，采用的都是插值方法，用戶設(shè)計(jì)的曲線形狀，不但受曲線上型值點(diǎn)的約束，而且受到邊界條 件影響，用戶不能夠靈活地調(diào)整曲線的形狀。 在某些情況下，不要求曲線嚴(yán)格通過(guò)給定的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)，只要求所構(gòu)造的曲線在某種意義上最接近給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)，稱為對(duì)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行逼近，所構(gòu)造的曲線稱為逼近曲線。模線員和繪圖員用均勻的帶彈性的木條、有機(jī)玻璃或者金屬條通過(guò)一系列點(diǎn)來(lái)繪制所需的曲線 (模線 )，依此做成樣板 來(lái) 做 為生產(chǎn)與檢驗(yàn)的依據(jù)，這些木條 (有機(jī)玻璃或者金屬條 )就被稱為“樣條”。其增量為正值，表示正變位 。采用這種修形方法， 其修形精度和穩(wěn)定性受人為因素影響較大，而且效率低。采用負(fù)變位剃齒刀雖然對(duì)減 小被剃齒輪的中凹誤差有積極的作用，但相應(yīng)帶來(lái)的問題是剃齒刀的有效重磨次數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)剃齒刀少，刀具使用壽命變短，增加了生產(chǎn)成本，應(yīng)合理地處理兩者之間的關(guān)系。 從上式可知，重合度與模數(shù)無(wú)關(guān)，而隨齒數(shù)的減少而減小。重合度越大，齒輪同時(shí)嚙合齒面的對(duì)數(shù)越多，每對(duì)齒所承受的壓力就越小，瞬時(shí)變化也小，傳動(dòng)也就越平 穩(wěn)。其中，以兩對(duì)齒面接觸點(diǎn)同時(shí)工作的“雙齒嚙合區(qū)”總是位于齒頂和齒根處，而以一對(duì)齒面接觸點(diǎn)工作的“單齒嚙合區(qū)”則總是在節(jié)圓附近。假如斜齒輪是加工刀具 (剃齒刀 )，直齒輪(或另一斜齒輪 )是被加工的工件，在刀具主動(dòng)回轉(zhuǎn)并帶動(dòng)工件自由回轉(zhuǎn)的情況下，剃齒刀上所產(chǎn)生的圓周速度 v。只有這樣，才能保證齒輪達(dá)到成品齒形、齒向的要求。這樣剃后齒形不僅影響齒輪的加工精度，而且會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)噪音，甚至縮短使用壽命。 ADAMS 環(huán)境的 PostProcess 模塊 下 ，以盡量滿足整個(gè)齒廓曲線等接觸壓力為目標(biāo)，對(duì)剃齒刀 /齒輪嚙合的最大接觸壓力進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)化，從而修形了齒廓曲線。然而用標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形剃齒刀剃齒后，在工件齒形節(jié)點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)不同程度的“中凹”現(xiàn)象。 2 在 UG 平臺(tái)上，對(duì)剃齒刀及齒輪實(shí)現(xiàn)了三維參數(shù)化實(shí)體造型并對(duì)它們進(jìn)行了嚙合裝配 。 剃齒加工方法作為齒輪精加工工藝之一，由于其效率高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛地用作齒輪修形。 剃齒加工概述 剃齒加 工原理 剃齒是齒輪形狀加工的精加工工序，它是整個(gè)齒輪加工中最關(guān)鍵的工序之一。剃齒刀能從 (未經(jīng)淬 火的 )齒輪齒面上剃下很薄的一層金屬，從而使被剃齒輪獲得較高的精度(15010095— 88 中的 6 級(jí) ~7 級(jí)精度 )并降低齒面粗糙度。剃齒刀裝在機(jī)床主軸上，被剃齒輪裝在工作臺(tái)兩頂尖間，理論上是無(wú)側(cè)隙點(diǎn)接觸，但實(shí)際剃齒時(shí)，刀齒必須壓入被剃齒輪齒面一定深度才能切下一定厚度的材料，進(jìn)而理論上的點(diǎn)接觸變成近似橢圓的面接觸。 (3)誘導(dǎo)法曲率不等值 通過(guò)微分幾何計(jì)算，可得知剃齒刀和被剃齒輪誘導(dǎo)法曲率在相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向上隨齒高的不同而不同，在齒高中部較小。 0201,?? 分別為兩齒輪齒頂壓力角。此時(shí)，剃齒刀作用在被剃齒輪上的切削力也逐漸變小而均勻，切削穩(wěn)定性增強(qiáng)。修形是解決齒形誤差的傳統(tǒng)方法。用這種隨機(jī)修形后的剃齒刀再去剃削工件時(shí)，即可消除剃齒齒形中凹現(xiàn)象。 maxn? 必需大 于 minn? ，并留有足夠的重磨量，以保證剃齒刀的使用壽命。 (2)插值與逼迫 給定一組有序的數(shù)據(jù)點(diǎn) Pi(i=0， 1，?， n)，這些點(diǎn)可 以是從某個(gè)形狀上測(cè)量得到的，也可以是設(shè)計(jì)人員給定的。 Β233。 zier 曲線的名稱來(lái)自法國(guó)雷諾汽車公司的工程師Β233。改變其中某一頂點(diǎn)位置，對(duì)整條曲線都有影響，因而Β233。 (2)B 樣條曲線的性質(zhì) B 樣條曲線除了具有變差減小性、幾何不變性以外，還有一些其他的性質(zhì) : a. 局部調(diào)整性 :由于 B 樣條的的局部性， k 階 B 樣條曲線上參數(shù)為 x∈ [ ix , 1?ix ]的 一陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 點(diǎn) r (x)至多與 k 個(gè)控制頂點(diǎn) iv （ j=ik+1， ?， i） 有關(guān)。而且由于各刀齒 (輪齒 )的變形量是剃 齒刀 (齒輪 )齒數(shù)、模數(shù)、各自變位系數(shù)、材料、刀具轉(zhuǎn)軸 (齒輪轉(zhuǎn)軸 )軸間法向壓力、溫度場(chǎng)等因素的綜合函數(shù)，加之各因素對(duì)變形量的影響程度各不相同，因此不可能將誤差產(chǎn)生的原因歸一化。 課題的研究方法及主要內(nèi)容 對(duì)于一對(duì)給定參數(shù)的剃齒刀和被剃齒輪，首先對(duì)它們分別實(shí)體建模，然后模擬仿真剃齒加工的真實(shí)工況，對(duì)它們進(jìn)行無(wú)側(cè)隙嚙合裝配，最后進(jìn)行嚙合的有限元接觸分析。 (3)基于 Adams/ Postprocessor 軟件平臺(tái)下，對(duì)以上接觸分析結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化處理，繪制設(shè)計(jì)空間，快速得到多項(xiàng)指標(biāo)皆趨向于最好的設(shè)計(jì)方案。線框模型的缺點(diǎn)是明顯的，它用頂點(diǎn)和棱邊來(lái)表示物體，由于沒有面的信息，不能表示表面含有曲面的物體 。 基于特征的實(shí)體參數(shù)化造型 特征造型技術(shù)是以實(shí)體造型為基礎(chǔ)用具有一定設(shè)計(jì)或加工功能的特征作為造型的基本單元建立零部件的幾何模型。促進(jìn)產(chǎn)品的集成信息模型的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樘卣髟煨湍軌蚝芎玫乇磉_(dá)產(chǎn)品的完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息。 (3)尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改 :通過(guò)編輯尺寸數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變 。 NX 為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決方案。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 16 頁(yè) 共 41 頁(yè) 3 剃齒刀及齒輪參數(shù)化實(shí)體建模 三維參數(shù)化繪圖 所謂參數(shù)化繪圖，就是將圖形的尺寸與一定的設(shè)計(jì)條件 (或約束條件 )相關(guān)聯(lián)，即將圖形的尺寸看成是“設(shè)計(jì)條件”的函數(shù)。從鑄造上講，還可進(jìn)行工程分析，提取工藝數(shù)據(jù)，易于與鑄造工藝 CAD/CAE 系統(tǒng)和三維快速原型技術(shù)相結(jié)合，避免重復(fù)建模，提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率 。如典型的以 CAD 支撐軟件pro/Engineer 和 MDT(MeehaniealDesktop)等。而由應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的參數(shù)化功能，原則上可處理任意復(fù)雜 關(guān)系的圖形。(2)漸開線上任意一點(diǎn)的法線必切于基圓，切于基圓的直線必為漸開線上某點(diǎn)的法線。而在本課題中，考慮到與剃齒刀無(wú)側(cè)隙嚙合的齒輪建模，這里都以標(biāo)準(zhǔn)齒形建模以方便分析研究，所以基于齒輪設(shè)計(jì)，可以算出其它參數(shù)如下表 。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，計(jì)算斜齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度時(shí)，由于兩嚙合輪齒之間的作 用力是沿輪齒的法向作用的，所以用到了當(dāng)量齒數(shù)和當(dāng)量齒輪的概念。 剃齒刀齒廓漸開線轉(zhuǎn)化為樣條曲線表示 確定 了剃齒刀的基本參數(shù)后，就可以 做 出齒廓漸開線。對(duì)于剃齒刀造型的基本過(guò)程是： (a)首先建立所用到的基本參數(shù)，并指定參數(shù)關(guān)系 。 圖 剃齒刀齒向纏繞 進(jìn)行掃略（因?yàn)椴⒎侵本€，所以不能進(jìn)行拉伸命令）選擇前面建立好的齒廓，沿著纏繞曲線進(jìn)行掃略得到單個(gè)輪齒。根據(jù)齒輪刀具設(shè)計(jì)查得容屑槽尺寸 :b=， p=2， b1=. k=。而齒輪齒數(shù)少時(shí)，剃出齒輪的齒形誤差大，所以選用一個(gè)齒數(shù)比較少的齒輪以突出問題的針對(duì)性。 圖 剃齒刀建立基準(zhǔn)軸 圖 齒輪建立基準(zhǔn)軸 在剃齒刀及齒輪的一個(gè)齒上，取其中點(diǎn)與圓心建立直線 L1 圖 , 有了基準(zhǔn)直線進(jìn)行裝配。這種定義概括了所有工程的 (技術(shù)的 )或非工程的 (非技術(shù) )系統(tǒng)。 (4)系統(tǒng)仿真建模具有面向過(guò)程的特點(diǎn)，仿真模型與所研究系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程在形式上和邏輯上存在對(duì)應(yīng)性，避免了建立抽象數(shù)學(xué)模型的困難，簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，具有直觀性，使廣大科技人員和管理、決策人員都能成為系統(tǒng)仿真的直接使用者。 首先在裝配圖中建立運(yùn)動(dòng)仿真，新建仿真，進(jìn)入仿真界面 ，如圖 。 (3)對(duì)于包含多種隨機(jī)因素的復(fù)雜系統(tǒng)，通常難以用數(shù)學(xué) 模型或解析方法作精確地描述和求解。當(dāng)今，一個(gè)比較流行于工程界的技術(shù)定義是 :仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。 圖 齒輪實(shí)體模型 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 26 頁(yè)