【正文】 。運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行二維設(shè)計(jì)存在著工作量大、不直觀、容易出錯(cuò)、難于修改的缺點(diǎn)。塑料齒輪模具的廣泛應(yīng)用和快速成型及虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展，用小型CAD軟件對(duì)齒輪三維基體和齒面進(jìn)行參數(shù)化造型設(shè)計(jì)己成為設(shè)計(jì)者的迫切需求。少數(shù)單位也開(kāi)發(fā)了較為完整的齒輪設(shè)計(jì)軟件，雖然比較適于生產(chǎn)實(shí)際的需要，價(jià)格卻很高。例如，有的軟件只具有幾何參數(shù)設(shè)計(jì)功能，后來(lái)即使實(shí)現(xiàn)了齒輪造型的功能，模型卻非常粗糙，甚至是使用圓弧等簡(jiǎn)單曲線代替漸開(kāi)線對(duì)齒廓曲線進(jìn)行造型，不能很好的表達(dá)漸開(kāi)線齒廓的幾何特性。有的企業(yè)在購(gòu)置普遍生產(chǎn)設(shè)備方面很慷慨，但在購(gòu)置計(jì)算機(jī)硬件以及軟件方面卻顯得“小家子氣”。這樣它們?cè)谧粉櫴袌?chǎng)、縮短技術(shù)準(zhǔn)備周期，保證產(chǎn)品性能方面占了很大優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展很快。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形的功能、成為初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計(jì)、多種方案比較和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的有效手段。只有建立在一定表達(dá)方式基礎(chǔ)上的產(chǎn)品模型，才能有效地為各應(yīng)用系統(tǒng)所接受和處理，作為完整表達(dá)產(chǎn)品信息的產(chǎn)品信息模型。描述特征的信息中，除表達(dá)形狀的幾何信息及約束關(guān)系信息外，還包括材料、精度等制造信息，通過(guò)定義簡(jiǎn)單的特征還可以生成組合特征。不是完整的零件。特征是80年代中后期為了表達(dá)產(chǎn)品的完整信息而提出的一個(gè)概念，它是對(duì)諸如零件形狀、工藝和功能等與零件描述相關(guān)的信息集的綜合描述，是反映零件特點(diǎn)的可按一定的規(guī)則分類的產(chǎn)品描述信息。 參數(shù)化與特征建模理論及其齒輪CAD系統(tǒng)的發(fā)展概況 建模技術(shù)是CAD的核心技術(shù)，參數(shù)化造型技術(shù)和特征造型技術(shù)是新一代繼承化CAD系統(tǒng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)理論，也是錐齒輪參數(shù)化造型的基礎(chǔ)理論依據(jù)，對(duì)齒輪建模和系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著指導(dǎo)性作用。公元前400～200年，我國(guó)古代就開(kāi)始用齒輪，在山西出土的青銅齒輪是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪，作為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機(jī)構(gòu)為核心的機(jī)械裝置。由于齒輪在工業(yè)發(fā)展中的突出地位，致使齒輪被認(rèn)為是工業(yè)化的象征。因此，它己經(jīng)成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可或缺的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。 齒輪傳動(dòng)發(fā)展史齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)方式，形式很多，應(yīng)用廣泛，是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的主要部件，是機(jī)械產(chǎn)品中一類重要的零部件。這時(shí)尋求一種簡(jiǎn)便、合理的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)工作效率，是齒輪設(shè)計(jì)工作者的迫切愿望。另外，齒輪類零件的繪圖工作(包括幾何繪圖、標(biāo)注、參數(shù)表填寫等內(nèi)容)也是一項(xiàng)繁雜而費(fèi)時(shí)的工作。齒輪設(shè)計(jì)在齒輪制造應(yīng)用過(guò)程中占有重要地位。齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的重要裝置，具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，己廣泛地應(yīng)用于汽車、船舶、機(jī)床、礦山冶金等領(lǐng)域，它幾乎適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍。本章首先就課題的來(lái)源、背景進(jìn)行了說(shuō)明，明確了課題研究的目的和意義，給出了課題研究的主要任務(wù)和內(nèi)容。計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的日益廣泛的應(yīng)用，使上述要求實(shí)現(xiàn)成為可能。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書錐齒輪換向器說(shuō)明書畢業(yè)論文目錄緒 論 1 1 齒輪傳動(dòng)發(fā)展史 1 參數(shù)化與特征建模理論及其齒輪CAD系統(tǒng)的發(fā)展概況 2 5 課題研究的意義 5 課題研究的內(nèi)容 6第二章 UG軟件的介紹 7 7 UG軟件CAD模塊 7 UG軟件CAE模塊 9第三章 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪及軸的相關(guān)計(jì)算 10 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪的幾何參數(shù)相關(guān)計(jì)算 10，材料及齒數(shù) 10 錐齒輪的初步設(shè)計(jì) 10 錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核 12 12 軸的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 13 輸入軸結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算 13 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18第四章 直齒錐齒輪的數(shù)學(xué)模型的建立與參數(shù)化建模 21 齒輪常用的齒形曲線—漸開(kāi)線 21 建模思路 23 建模過(guò)程 23 建立漸開(kāi)線齒廓曲線 23 直齒錐齒輪的建立 25第五章 基于有限元錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真分析 30 引言 30 有限元法基本原理 30 軸的有限元分析 31 仿真模型簡(jiǎn)化 31 有限元分析步驟 31總 結(jié) 36參考文獻(xiàn) 37謝 辭 38第一章 緒論隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不斷開(kāi)發(fā)研制出結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，規(guī)模更加龐大，加工更加精密，成本投入更高的產(chǎn)品和設(shè)備。這一切都要求工程師在設(shè)計(jì)階段就能精確地預(yù)測(cè)出產(chǎn)品和設(shè)備的技術(shù)性能，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力強(qiáng)度以及環(huán)境溫度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。本文主要利用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理知識(shí)、機(jī)械制圖知識(shí)以及UG軟件對(duì)錐齒輪換向器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有限元分析。錐齒輪廣泛應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品之中，如汽車、機(jī)床、航空和工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。目前齒輪傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程繁冗，效率低，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一組較為合理的齒輪副要反復(fù)修正參數(shù)、多次校核計(jì)算，花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。但齒輪類零件大部分具有相似的結(jié)構(gòu)和形狀，在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和圖紙繪制過(guò)程中，不可避免地要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化。因此，借助UG的CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)其繪圖過(guò)程的參數(shù)化和自動(dòng)化，對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、圓周速度高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列特點(diǎn)。齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。齒輪傳動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程。20世紀(jì)以來(lái)，科技人員對(duì)于齒形曲線進(jìn)行了更加深入地研究，加上新的加工方法和技術(shù)手段的出現(xiàn)以及制造工藝和水平不斷提高，齒輪傳動(dòng)獲得更快發(fā)展，先后發(fā)明了圓弧齒形齒輪、雙圓弧齒形曲線齒輪，制造出斜齒、弧齒、蝸桿等多種類型，使得齒輪應(yīng)用范圍更廣、承載能力更大、傳遞精度更高、傳遞速度更快，已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。另外，研究國(guó)內(nèi)外齒輪CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r，可以借鑒前人的研究成果，對(duì)錐齒輪的參數(shù)化研究有一定的指導(dǎo)意義。這表明:特征不是體素，不是某個(gè)或幾個(gè)加工表面。對(duì)于制造特征，其分類與其加工工藝規(guī)程密切相關(guān)，用不同的加工方法加工實(shí)現(xiàn)的表面或零件，要定義成不同的特征。一個(gè)完整的產(chǎn)品模型不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，還反映出各類數(shù)據(jù)的表達(dá)方法以及相互之間的關(guān)系。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當(dāng)前CAD技術(shù)的研究熱點(diǎn)。目前，直齒圓柱齒輪方面的基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)理論己經(jīng)非常成熟，設(shè)計(jì)資料也很豐富。在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面普遍進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。在我國(guó)，一些企業(yè)和研究所在這方面剛剛起步，大多數(shù)工程技術(shù)人員仍然在采用手工繪圖，“甩圖板”的工作仍很艱難。目前，市場(chǎng)上有很多關(guān)于齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但是都或多或少地存在著不完善的地方。還有一些軟件沒(méi)有充分地注重設(shè)計(jì)者的主觀能動(dòng)性，表現(xiàn)在:一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取直接采用了系統(tǒng)默認(rèn)值，當(dāng)輸入的唯一初始值時(shí)，只能設(shè)計(jì)出唯一的一個(gè)結(jié)果。因此在生產(chǎn)實(shí)際中，很多設(shè)計(jì)人員為了在特定的要求下進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)和造型，仍然使用手動(dòng)設(shè)計(jì)這一古老的方法，這種方法工作量大、效率很低、容易出錯(cuò)。(l)齒輪類零件參數(shù)化CAD二維設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀關(guān)于齒輪類零件參數(shù)化二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了研究。實(shí)際上，基于AutoCAD的二維設(shè)計(jì)技術(shù)還不能算是一種嚴(yán)格意義上的設(shè)計(jì)技術(shù)，它只能說(shuō)是一種輔助繪圖技術(shù)。(2)齒輪類零件參數(shù)化CAD三維設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀三維造型在可視化設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)分析、加工仿真等方面有著二維設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要手段。在我國(guó)市場(chǎng)上推出的商品化軟件中，比較優(yōu)秀的國(guó)外軟件有UG、Solidworks、Pro/Engineer、EATIA等。王穗選用大型軟件I一DEAS作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)選擇齒輪系各零部件有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)形式參數(shù)和主要的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立起各零部件及子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型庫(kù)。劉文生通過(guò)闡述基于Pro/E模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，介紹了參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理和功能，給出了在Pro/E下實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)的過(guò)程和技術(shù)，并通過(guò)圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)的步驟及關(guān)鍵技術(shù)。利用Pro/PROGRAM模塊通過(guò)提取、控制漸開(kāi)線齒輪零件的參數(shù)實(shí)現(xiàn)了三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)零件系列化的特征，以三維零件模板進(jìn)一步釁了零件族表，解決了齒輪齒廓的精確造型和齒輪零件的系列化設(shè)計(jì)問(wèn)題。程相文介紹了ProE/Wildfire的參數(shù)化功能，依據(jù)斜齒輪的形成原理，精確建立了斜齒輪的三維模型。應(yīng)用此方法可以在Solidworks環(huán)境下完成齒輪的參數(shù)化三維造型設(shè)計(jì)。我國(guó)在生產(chǎn)中廣泛使用的用于錐齒輪設(shè)計(jì)與加工的各種計(jì)算和計(jì)算機(jī)軟件大多停留在20世紀(jì)70年代初期的水平，其切齒計(jì)算中的控制參數(shù)多，不易操作使用，切齒計(jì)算結(jié)果在很大程度上取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平。錐齒輪傳動(dòng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面與普通機(jī)械中應(yīng)用的齒輪既有相同之處，又有很大差別。傳統(tǒng)的成形技術(shù)基本上都建立在經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，制定一個(gè)新的零件成形工藝在生產(chǎn)時(shí)往往還要進(jìn)行大量修改調(diào)試。以往雖然人們對(duì)錐齒輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也進(jìn)行過(guò)研究，編制過(guò)相應(yīng)的軟件，但由于受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)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。雖然我國(guó)在這方面己經(jīng)進(jìn)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。對(duì)復(fù)雜的三維實(shí)體的參數(shù)化造型尚不多見(jiàn)，特別是錐齒輪這類形狀復(fù)雜、精確齒形的三維實(shí)體參數(shù)化造型設(shè)計(jì)更少。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(shí)現(xiàn)錐齒輪的參數(shù)化造型將成為設(shè)計(jì)者的迫切需求。(2)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化避免了設(shè)計(jì)人員手動(dòng)查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過(guò)程，本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以將手算設(shè)計(jì)的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來(lái)。 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(gè)結(jié)構(gòu)的裝配；二是利用建立的模型進(jìn)行齒輪嚙合的分析研究。，進(jìn)行對(duì)齒輪和其他零部件的幾何參數(shù)和強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 第二章 UG軟件的介紹 UG軟件概述UG是一個(gè)優(yōu)秀的機(jī)械CAD/CAE/CAM一體化高端軟件，它基于完全的三維實(shí)體復(fù)合造型、特征建模、裝配建模技術(shù)，能設(shè)計(jì)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(jī)集成，可以使產(chǎn)