【正文】 的研究： (1) 研究蝸桿加工的可視化和仿真理論，包括運(yùn)動(dòng)的仿真，數(shù)控加工的仿真等，使蝸桿的研究可視化，是深入研究嚙合理論等的基礎(chǔ)應(yīng)用工具。 (3) 改善蝸桿副嚙合瞬時(shí)接觸線(xiàn)的形狀，增大齒面接觸點(diǎn)處的誘導(dǎo)曲率半徑。 (4) 在共軛齒面做出“人工油涵”，為連續(xù)充分供油創(chuàng)造條件，使共軛齒面具備 形成動(dòng)壓油膜的條件。 (6) 其它趨勢(shì)有： a 優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)； b降低蝸桿、蝸輪齒面的粗糙度： c合理選擇蝸桿、蝸輪的材料及熱處理方法； d 合理選擇潤(rùn)滑油的種類(lèi)、粘度及潤(rùn)滑方式： e 考慮箱體散熱及通氣問(wèn)題； f采用挖窩或“聲傳動(dòng)”等辦法，除去蝸輪齒面上接觸線(xiàn)不理想的區(qū)域：g 采用非對(duì)偶法加工蝸輪輪齒，以控制嚙合區(qū)； h 使線(xiàn)接觸的共軛齒面變?yōu)榭煽攸c(diǎn)接觸的共軛齒面。 本課題的主要工作 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 主要問(wèn)題 本課題主要研究漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的磨削仿真，探討蝸桿、砂輪零件的實(shí)體建模，砂輪磨削蝸桿的運(yùn)動(dòng)仿真等問(wèn)題。研究蝸桿的磨削加工工藝，根據(jù)已知的蝸桿齒面形狀和包絡(luò)原理，求出砂輪廓型及回轉(zhuǎn)曲面的方程，并建立砂輪的實(shí)體模型。 論文的組織結(jié)構(gòu) 全文共由 6 章組成，論文的主要內(nèi)容和組織如下： 第 1章 緒論部分簡(jiǎn) 要介紹了研究背景、研究?jī)?nèi)容、研究目的意義。 第 3章 介紹了實(shí)體模型的建立方法，并利用 pro/e 建立了漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的實(shí)體模型。 第 5章 動(dòng)畫(huà)與運(yùn)動(dòng)分析。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) 2 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿嚙合理論 螺旋面及其法線(xiàn)表達(dá)式 圓柱螺旋面的形 成及其表達(dá)式 設(shè)在空間有一個(gè)固定的坐標(biāo)系（ zyxO ,? ） ,一段空間曲線(xiàn) ? 的坐標(biāo)表達(dá)式： )()()(000000uuuzzyyxx??? （ 21） 上式中 u 為參變數(shù)。此時(shí)該曲線(xiàn)在空間形成的軌跡曲面就是等升距圓柱螺旋面，以下簡(jiǎn)稱(chēng)螺旋面， ? 稱(chēng)為螺旋面的母線(xiàn)，利用矢量回轉(zhuǎn)公式可得右旋螺旋面的坐標(biāo)表達(dá)式為： ?????puzzuyuxyuyuxx??????)(c o s)(s in)(s in)(c o s)(01001001 （ 22） 式中 : ? 參變數(shù)，它表示母線(xiàn)從起始繞 z 軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 一般螺旋面的法線(xiàn)表達(dá)式 設(shè)螺旋面上一點(diǎn)的矢徑為 r ，其法矢量為 n ，該點(diǎn)兩參數(shù)曲線(xiàn)的切線(xiàn)矢量 ????? rur, ，由高等數(shù)學(xué)矢量運(yùn)算可知： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) knjninzyxuzuyuxkjirurnzyx 111111111 ?????????????????????????? （ 23） 根據(jù)行列式運(yùn)算可知： ????? ???????11111 zy uzuynx ?? ??????????? 1111 yuzzuy ????? ???????11111 xz uxuzn y ?? ??????????? 1111 zuxxuz ????? ???????11111 yx uyuxnz ?? ??????????? 1111 xuyyux 由偏導(dǎo)計(jì)算可知： )(c o s)(s in)(s in)(c o s)(01001001uzuzuyuxuyuyuxux???????????????????? 由以上運(yùn)算可得一般螺旋面的法線(xiàn)表達(dá)式為： ?????????????????0000000100011)s inc o s())c o ss in(yyxxnyzyxpnxzyxpnxyx???? （ 24） 蝸輪蝸桿嚙合方程式的建立 已知蝸桿齒面 ? 是螺旋面，且蝸桿及蝸輪都不沿軸線(xiàn)移動(dòng)，兩輪只作轉(zhuǎn)動(dòng)，為單自由度的空間嚙合，獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是蝸桿的角速度 1? ，而蝸輪的角速度 1212 ?? i? ，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 1212 ?? i? ，則嚙合方程式為（見(jiàn)吳序堂“齒輪嚙合原理” P150 式 374）： ?? ? ? ?? ? ????? ??????? s i n))(c o s1( )s i ns i nc o s(s i n)s i nc o ss i n)(c o s ( 121111121 111111211111121 zyx zyxzy nainxnyi nynzaninxanzi ?? （ 25） 本計(jì)算中兩軸的交錯(cuò)角 ?? 090 ，嚙合方程式可以簡(jiǎn)化為： 121111111112111112111)()(s inc o szyxzyxznainxnyWnynziVnznxiUWVU?????????? ?? （ 26） 把螺旋方程式（ 22）及其法線(xiàn)方程式（ 24）代入嚙合方程式（ 26），經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算可以得到： WVU ??????? )s in ()c o s ( 11 ???? ))(()()(00002100000020000002?????????????????????yyxxaipWyyxxyxPVyyxxxypU?? （ 27） 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿齒面方程式 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的齒面是漸開(kāi)螺旋面。為了適應(yīng)各種實(shí)際情況 ,我們?nèi)↓X槽對(duì)稱(chēng)軸 (圖 )作為蝸桿的坐標(biāo)軸。符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)下表。它的坐標(biāo)軸與上述是一致的。繞基圓柱純滾動(dòng)時(shí)，在 v切平面上的斜 AB 就形成漸開(kāi)螺旋面。設(shè)法線(xiàn)的單位向量為 e，則它在坐標(biāo)軸上的分量為： 圖 蝸桿濺開(kāi)螺旋面 ????????????????????????bzbybxeeec o s)c o s (s in)s in (s in （ 210） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè) 3 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的建模 建模原理 表示一個(gè)形體，有兩種模型：數(shù)據(jù)模型和過(guò)程模型。線(xiàn)框模型將形體表示成一組輪廓線(xiàn)的集合，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、處理速度快，是真實(shí)物體的高度抽象，但與形體之間不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不適合真實(shí)感顯示；表面模型將形體表示成一組表面的集合，形體與其表面一一對(duì)應(yīng)，適合于真實(shí)感顯示：實(shí)體模型用來(lái)描述實(shí)體，主要用于 CAD／ CAM，包含了描述一個(gè)實(shí)體所需的較多信息，如幾何信息、拓?fù)湫畔ⅰＳ捎趯?shí)體模型最適合于 CAD／ CAM中形體的實(shí)現(xiàn)，所以本論文討論的是數(shù)據(jù)模型中的實(shí)體模型的建模。實(shí)體模型是數(shù)據(jù)模型的一種，所以適用于數(shù)據(jù)模型的表示方法也適用于實(shí)體模型，常見(jiàn)的實(shí)體建模表示方法有特征表示法，空間分割表示法，推移表示，邊界表示法，構(gòu)造實(shí)體幾何表示法?？臻g分割表示法可細(xì)分為空間位置枚舉表示，八叉樹(shù)表示，單元分解表示等三種表示法，前兩種表示不能精確表示物體，后一種表示不唯一，物體的有效性難以保證。構(gòu)造實(shí)體幾何表示法將物體表示成一棵二叉樹(shù)，稱(chēng)為 CSG 樹(shù)；表示簡(jiǎn)單、直觀，也是物體的構(gòu)造方法，可用作圖形輸入手段，容易計(jì)算物體的整體性質(zhì)，物體的有效性自動(dòng)得到保證；但表示 不唯一。各種表示法之間沒(méi)有本質(zhì)上的優(yōu)劣之分，只是適用的陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) 范圍不同，本論文實(shí)現(xiàn)實(shí)體建模的表示法是邊界表示法，下面著重介紹邊界表示法。它的基本思想是一個(gè)實(shí)體可以通過(guò)它的面的集合來(lái)表示，而每一個(gè)面又可以用邊來(lái)描述，邊通過(guò)點(diǎn)，點(diǎn)通過(guò)三個(gè)坐標(biāo)值來(lái)定義，多邊形平面和樣條曲面是邊界表示的典型例子。其優(yōu)點(diǎn)是 能精確表示物體，表示能力強(qiáng)，幾何變換容易，適于顯示處理；缺點(diǎn)是表示復(fù)雜，有效性難以保證，集合運(yùn)算復(fù)雜。一種是應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，如 C、 C++等，和事先推導(dǎo)的模型表面數(shù)據(jù)矩陣或數(shù)據(jù)庫(kù)；直接對(duì)操作系統(tǒng) (如 Windows 等 )的圖形接口和圖形庫(kù) (如 Open/GL 等 )進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)不依托于其他的圖形軟件；這種方法的優(yōu)點(diǎn)是避開(kāi)其他軟件功能的限制，設(shè)計(jì)者有很大的自主性，然而這種方法需要的基礎(chǔ)理論知識(shí)繁多，且程序設(shè)計(jì)較困難，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，不適于一般的機(jī)械產(chǎn) 品設(shè)計(jì)人員另一種方法是借助現(xiàn)有的三維圖形軟件直接建模，并可通過(guò)編程來(lái)擴(kuò)大其功能，即通常所說(shuō)的二次開(kāi)發(fā)。目前常用的三維圖形軟件，如 CATIA、 Pro／ E、 UG等一般都是采用上面所敘述的邊界表示法來(lái)表示形體，在這里我們采用 Pro／ E來(lái)建模。 1988 年， V1． 0的 Pro/ENGINEER 誕生了。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro／ ENGINEERproewildfire5． 0。 Pro／ ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁(yè) 共 54 頁(yè) 行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙以及制造數(shù)據(jù)。 b 基于特征的參數(shù)化造型 Pro／ ENGINEER 使用用戶(hù)熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉 的，因而易于使用 c 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征 通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù) (不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性 )，然后修改參數(shù)，很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 e 裝配管理 Pro／ ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。 f 易于使用 菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線(xiàn)幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。在中國(guó)使用的 Pro／ E軟件都是漢化的，存在很多漏洞，需要進(jìn) 一步修復(fù)及加強(qiáng)。 a 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 Pro／ Engineer 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，您可以隨意陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 15 頁(yè) 共 54 頁(yè) 勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。 b 單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能 Pro／ Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)上。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。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。 （ 4） Pro／ E的工作模式 a 模型類(lèi)型 在 Pro／ E中，可以使用裝配模型、零件模型、和繪圖模型。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)下列伴隨在模型名稱(chēng)后的擴(kuò)展名自動(dòng)辨識(shí)出模型的類(lèi)型 (辨識(shí)它是裝配、零件還是繪圖類(lèi)型 )。當(dāng)打開(kāi)模型時(shí)，可以過(guò)濾出模型的類(lèi)型。 草圖模式 (Sketcher Mode)：允許創(chuàng)建一個(gè)參數(shù)化的草圖模型。 裝配模式 (Assembly)： 允許創(chuàng)建一個(gè)將零件組裝配在一起的三維模型。 b 建模準(zhǔn)則 無(wú)論在 Pro／ E 中建立什么模型，都會(huì)有一個(gè)共同的思路，既設(shè)計(jì)意圖 (Design intention)。 1)記錄設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 在尚未開(kāi)始創(chuàng)建模型之前，應(yīng)該規(guī)劃好要生成的模型的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，是后續(xù)工作在創(chuàng)建每一個(gè)特征時(shí)都能依此 準(zhǔn)則，及共同參考所謂的設(shè)計(jì)意圖。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 16 頁(yè) 共 54 頁(yè) 特征類(lèi)型 (Feature Type)。 特征的復(fù)制 (Feature Duplication)。當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)則規(guī)劃時(shí)，無(wú)論對(duì)模型作任何尺寸上的修改，設(shè)計(jì)意圖依舊保持不變。 3)Pro／ E 全相關(guān)的優(yōu)點(diǎn) 當(dāng)在裝配與繪圖中使用 Pro／ E 所提供的相關(guān)性時(shí)，它會(huì)自動(dòng)地結(jié)合在模型當(dāng)中。所以使用 Pro／ E 時(shí)可以多利用此功能所 提供的優(yōu)點(diǎn)。 創(chuàng)建骨架 (Skeleton)零件。 4)改變?cè)O(shè)計(jì)意圖 在 Pro／ E創(chuàng)建模型時(shí)，一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)決定整個(gè)設(shè)計(jì)。重定義 (Redefine)：改變特征中原來(lái)定義的元素或裝配中已定義的約束。 插入模式 (Inse