【正文】 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 。 在該環(huán)境下可以模擬剃齒刀 /齒輪在實(shí)際工況下的邊界條件與載荷等，同時(shí)能 得到相應(yīng) 的應(yīng)力與變形等結(jié)果。鑒于系統(tǒng)仿真具有以上優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、能源供應(yīng)、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、軍事作戰(zhàn)、制造過程以及社會(huì)服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 (4)系統(tǒng)仿真建模具有面向過程的特點(diǎn)，仿真模型與所研究系統(tǒng)的運(yùn)行過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。 (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。 (2)系統(tǒng)仿真在理論上體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)思考的方法論。這里，沒有限定模型的類型，它廣泛地 概括了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、數(shù)學(xué)與物理、連續(xù)與離散等模型。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)。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)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 28 頁 共 41 頁 4 剃齒刀 /齒輪嚙合仿真接觸分析 計(jì)算機(jī)仿真 “仿真”一詞對(duì)應(yīng)的英文是 Simulation，它曾被譯為“模擬 ”。如圖 所示，點(diǎn)擊應(yīng)用 圖 添加組件 圖 添加組件 再 添加組件，加入齒輪，采用通過約束 。 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。 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 共 41 頁 模擬加工過程的無側(cè)隙嚙合裝配 在剃齒刀和齒輪實(shí)體模型創(chuàng)建好后，需要進(jìn)入 UG 裝配環(huán)境進(jìn)行精確的嚙合裝配，以利于隨后的仿真分析。在此建模中，全部尺寸以符號(hào)參數(shù)或參數(shù)關(guān)系式代替具體數(shù)值給定，這樣就能實(shí)現(xiàn)參數(shù)聯(lián)動(dòng)而達(dá)到參數(shù)化建模。 圖 輸入齒輪參數(shù)方程 這樣就可以按照公式 建立漸開線及基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。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。 如圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 23 頁 共 41 頁 圖 剃齒刀實(shí)體模型 齒輪參數(shù)化造型 齒輪的選定及參數(shù)計(jì)算 由于被加工齒輪要實(shí)現(xiàn)和剃齒刀的無側(cè)隙嚙合，而剃齒刀是以標(biāo)準(zhǔn)齒輪建模，所以被加工齒輪同樣也選用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪。 由于研究問題的需要和著重點(diǎn)，只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)參數(shù)化，本課題關(guān)心的是齒廓曲線的參數(shù)化，要對(duì)此做出研究。 由于此模型對(duì)齒廓曲線單獨(dú)進(jìn)行了參數(shù)化，所以不能實(shí)現(xiàn)剃齒刀的全參數(shù)化，即當(dāng)改動(dòng)剃齒刀的基本參數(shù)，如模數(shù)、齒數(shù)、壓力角時(shí)不能對(duì)剃齒刀自動(dòng)重新生成，但是可以通過手工的部分參與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新。根據(jù)齒輪刀具設(shè)計(jì)查得容屑槽尺寸 :b=， p=2， b1=. k=。b 型容屑槽和牙齒方向垂直，兩側(cè)切削刃的切削條件相同，但因加工困難用得不多。中模數(shù)剃齒刀齒面容屑槽形式如圖 所示。此處環(huán)形陣列時(shí)，應(yīng)建立基準(zhǔn)軸 Zc，與 Zc 軸夾角 bata 角，沿其進(jìn)行環(huán)形陣列。 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。 (g)添加軸心孔、鍵槽、倒角等特征。 (e)陣列出所有的輪齒 。 (c)以剃齒刀齒根圓尺寸拉伸一圓柱基體 。對(duì)于剃齒刀造型的基本過程是： (a)首先建立所用到的基本參數(shù)，并指定參數(shù)關(guān)系 。 剃齒刀的實(shí)體造型 基于特征的造型思想將貫穿于造型的全過程。結(jié)果如圖 由于漸開線是鏡像得到齒廓，則添加一邊的樣條即可，另一邊與其相關(guān)聯(lián)。 圖 UG 中輸入方程式 這樣就可以按照公式 32 建立漸開線及基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。 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。所以重新設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)化后的剃齒刀參數(shù)如表 。其次，這種簡(jiǎn)化將突出主要矛盾，即刀齒接觸壓力對(duì)中凹誤差的影響，因而可以很大程度上減小由于螺旋角的存在所造成的干擾因素 。 因?yàn)楫?dāng)量齒數(shù) : 6 0 9 o sc o s/ 33 ??? ??ZZ V ，可以看出齒數(shù)基本相等，誤差不大，為了更清楚地反映嚙合位置與接觸壓力的關(guān)系，就以直齒圓柱齒輪來對(duì)剃齒刀建模，即令螺旋角 0?? ， 齒數(shù)仍取 z=53。 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。這個(gè)虛擬的齒輪稱為該 斜齒輪的當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)就稱為當(dāng)量齒數(shù)。用己經(jīng)比較了解的直齒圓柱齒輪來代替斜齒輪。建模的目的是為了隨后的模擬仿真分析研究，從而找到剃齒刀齒面修形的一種有效方法，所以需要在剃齒刀的建模時(shí)加以改進(jìn)以方便問題的順利研究。而在本課題中，考慮到與剃齒刀無側(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 。 本課題的重點(diǎn)研究對(duì)象是剃齒刀的齒面修形，所以為了解決問題的方便，選定一個(gè)生產(chǎn)中常用的標(biāo)準(zhǔn)盤狀剃齒刀。(5)基圓內(nèi)無漸開線。(3)漸開線齒廓各點(diǎn)具有不同的壓力角，點(diǎn) K 離基圓中心 O 愈遠(yuǎn)，壓力角愈大 。(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。 K，稱為該圓的漸開 線，如圖 和圖 。在本文中，使用在繪圖軟件 UG 下的參數(shù)化繪圖功能，通過對(duì)草圖參數(shù)化定義，達(dá)到期望的效果。而由應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的參數(shù)化繪圖功能，對(duì)圖形局部的交互修改能力較差，想要修改圖形，一般須重新運(yùn)行用戶程序 。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。 上述兩種參數(shù)化繪圖手段，各有優(yōu)勢(shì)。具體可理解為圖形的所有尺寸是參數(shù)化的，可動(dòng)態(tài)修改，但這一過程是借助應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的。即修改一個(gè)尺寸后，圖形 (包括其它視圖 )中的相關(guān)尺寸都會(huì)自動(dòng)更新 ,UG 亦可。如典型的以 CAD 支撐軟件pro/Engineer 和 MDT(MeehaniealDesktop)等。因此，可以對(duì)圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化修改，而且在修改的同時(shí)，還要滿足圖形的約束條件。 參數(shù)化 繪圖 的表現(xiàn)形式 參數(shù)化繪圖利用零件或產(chǎn)品的組成形狀上的相似性，可形成系列，其各尺寸關(guān)系可用一組參數(shù)來確定，參數(shù)的求解較簡(jiǎn)單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受參數(shù)驅(qū)動(dòng)，它以基本參數(shù)作為變量編寫相應(yīng)的程序 來定義圖形的方法，這些參數(shù)稱為零件的基本參數(shù)。參數(shù)化繪圖具有簡(jiǎn)單、方便、易開發(fā)和使用的特點(diǎn)，能夠在現(xiàn)有的繪圖系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。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 。 3D 參數(shù)化繪圖方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可很好地保持各個(gè)方向視圖的一致性，對(duì)零件的二維視圖安排也較靈活 (因?yàn)榭蓮母鱾€(gè)角度、各個(gè)位置對(duì)零件模型進(jìn)行向視或剖切 )。這就要求將圖形的尺寸與一定的設(shè)計(jì)要求 (或約束條件 )相關(guān)聯(lián)，即把圖 形的尺寸視為“設(shè)計(jì)條件”的函數(shù)值，當(dāng)設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化從而引起圖形尺寸變化時(shí)，圖形的尺寸便會(huì)得到相應(yīng)的更新。 機(jī)械零件在設(shè)計(jì)和繪制過程中，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不可避免地要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)與優(yōu)化 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 16 頁 共 41 頁 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)。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也 完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 UG 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不 像 一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。 UG 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基 于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，還可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。同時(shí)， NX 允許只在上以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。 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。 UG 簡(jiǎn)介 UG(Unigraphics NX)是 Siemens PLM Software 公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。尺寸驅(qū)動(dòng)己經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能，無此功能的造型系統(tǒng)己無法生存。 采用這種技術(shù)的理由在于 :它徹底克服了自由建模的無約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而牢牢地控制住。 (3)尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改 :通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變 。 (2)全尺寸約束 :將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。與一個(gè)幾何相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來產(chǎn)生其它幾何。促進(jìn)智能 CAD 系統(tǒng)和智能制造系陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁 共 41 頁 統(tǒng)的逐步實(shí)現(xiàn)。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。使設(shè)計(jì)的圖樣更容易修改。使設(shè)計(jì)人員將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上 。通過特征造型，可定義零件的形狀特征 (具有一定工程意義的形狀 )、精度特征 (尺寸公差、表面精度等 )、材料特征 和其他工藝特征 (材料類型、材料性能、表面處理、工藝要求等 )，從而為有關(guān)設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)環(huán)節(jié)提供充分的信息。 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。可以無歧義地確定一個(gè)點(diǎn)是在物體外部、內(nèi)部或表面上，這種模型能夠進(jìn)一步滿足物性計(jì)算、有限元分析等應(yīng)用的要求。但在該模型中，只有一張張面的信息，物體究竟存在于表面的哪一側(cè)，并沒有給出明確的定義，無法計(jì)算和分析物體的整體性質(zhì)，如物體的表面積、體積、重心等，也不能將這個(gè)物體作為一個(gè)整體去考察它與 其它物體相互關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，如是否相交等。 表面模型在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了物體中面的信息，用面的集合來表示物體，而用環(huán)來定義面的邊界。線框模型的缺點(diǎn)是明顯的，它用頂點(diǎn)和棱邊來表示物體，由于沒有面的信息，不能表示表面含有曲面的物體 。 在幾何造型系統(tǒng)中，描述物體的三維模型有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁 共 41 頁 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁 共 41 頁 幾何造型技術(shù)是一種研究在計(jì)算機(jī)中，如何表達(dá)物體模型形狀的技術(shù)。 實(shí)踐證明虛擬樣機(jī)法是一個(gè)強(qiáng)大的分析工具，設(shè)計(jì)人員可以在創(chuàng)建物理原型之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化，避免不必要的錯(cuò)誤，從而節(jié)約成本和縮短由產(chǎn)品設(shè)計(jì)到市場(chǎng)投放的周期。 (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。即以