渐开线蜗杆磨削运动仿真研究毕业论文(编辑修改稿)

渐开线蜗杆磨削运动仿真研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

方程式的建立 已知蜗杆齿面  是螺旋面，且蜗杆及蜗轮都不沿轴线移动，两轮只作转动，为单自由度的空间啮合，独立的运动参数是蜗杆的角速度 1 ，而蜗轮的角速度 1212  i ，陕西理工学院毕业设计论文 第 9 页 共 54 页 1212  i ，则啮合方程式为（见吴序堂“齿轮啮合原理” 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） 本计算中两轴的交错角  090 ，啮合方程式可以简化为： 121111111112111112111)()(s inc o szyxzyxznainxnyWnynziVnznxiUWVU  （ 26） 把螺旋方程式（ 22）及其法线方程式（ 24）代入啮合方程式（ 26），经过简单的运算可以得到： WVU  )s in ()c o s ( 11  ))(()()(00002100000020000002yyxxaipWyyxxyxPVyyxxxypU （ 27） 渐开线蜗杆齿面方程式 渐开线蜗杆的齿面是渐开螺旋面。 本文采用端截形 — 渐开线作螺旋运动而产生渐开螺旋面的方法来推导齿面方程式。 为了适应各种实际情况 ,我们取齿槽对称轴 (图 )作为蜗杆的坐标轴。 在起始的端面中 ,右侧和左侧的渐开线 方程式为 ]c os ()[ s in()]s in()[ c os (rrbbyx （ 28） 陕西理工学院毕业设计论文 第 10 页 共 54 页 图 蜗杆坐标轴 式中： “土”号的选取定为 :右侧齿面方程式中 y取“ +”号 左侧齿面方程式中 y 取“一”号。 符号说明见下表。 表 符号 参数名称 符号 参数名称 rb 基圆柱半径 θ 绕蜗杆轴线的回转角 ψ 渐开线展开角 q 螺旋参数 r 节圆半径 b 基圆柱螺旋升角 η 齿槽对称线 x与 x 的夹角 a 中心距 e 端面齿槽宽度 z 蜗杆头数 α t 端面齿形角 ∑ 轴间角 α n 法向齿形角 γ 节圆柱螺旋升角 p 螺旋面的导程 Mn 法向模数 dmax 砂轮的最大直径 Sn 节圆柱上的法向齿厚 上式中  s i n2,s i n,2,s i n rerptgtgtg smsm nnnnnt  如果将蜗杆端截形沿蜗杆轴线 z 向右旋，而轴线 Z 与轴线 X， Y 构成右手系，则右、陕西理工学院毕业设计论文 第 11 页 共 54 页 左齿面的方程式为  nbtbbbbbrr t gtgqqzyxrrrrc o sc o sc o s,c o s,)]c o s ()[ s i n ()]s i n ()[ c o s (式中： （ 29） 图 为蜗杆右侧的渐开螺旋面。 它的坐标轴与上述是一致的。 由渐开螺旋面的几何构成法可知 :当基圆柱的切平面 v。 绕基圆柱纯滚动时，在 v切平面上的斜 AB 就形成渐开螺旋面。 渐开螺旋面上任一点 M的法线必位于基圆柱切平面 v内，且垂直于 AB。 设法线的单位向量为 e，则它在坐标轴上的分量为： 图 蜗杆溅开螺旋面 bzbybxeeec o s)c o s (s in)s in (s in （ 210） 陕西理工学院毕业设计论文 第 12 页 共 54 页 3 渐开线蜗杆的建模 建模原理 表示一个形体，有两种模型：数据模型和过程模型。 数据模型以数据文件的形式存在， 完全以数据描述，可进一步分为线框模型、表面模型、实体模型等，实现方法包括特征表示、空间分割表示、推移表示、边界表示、构造实体几何表示等。 线框模型将形体表示成一组轮廓线的集合，其特点是简单、处理速度快，是真实物体的高度抽象，但与形体之间不存在一一对应关系，不适合真实感显示；表面模型将形体表示成一组表面的集合，形体与其表面一一对应，适合于真实感显示：实体模型用来描述实体，主要用于 CAD／ CAM，包含了描述一个实体所需的较多信息，如几何信息、拓扑信息。 过程模型以一个过程和相应的控制参数描述，以一个数据文件和一段代 码的形式存在，例如：用一些控制参数和一个生成规则描述的植物，包括粒子系统、 L系统、迭代函数系统、 FBM等 fill”。 由于实体模型最适合于 CAD／ CAM中形体的实现，所以本论文讨论的是数据模型中的实体模型的建模。 实体就是具有一定的形状、具有封闭的边界 (表面 内部连通、占据有限的空间、经过运算后，仍然是有效的物体的形体。 实体模型是数据模型的一种，所以适用于数据模型的表示方法也适用于实体模型，常见的实体建模表示方法有特征表示法，空间分割表示法，推移表示，边界表示法，构造实体几何表示法。 特征表示法用一组特征参数表 示一组类似的物体，特征包括形状特征、材料特征等，适用于工业上标准件的表示。 空间分割表示法可细分为空间位置枚举表示，八叉树表示，单元分解表示等三种表示法，前两种表示不能精确表示物体，后一种表示不唯一，物体的有效性难以保证。 推移表示是将物体 A沿着轨迹 P推移得到物体 B，称 B为 sweep 体；其特点是表示简单、直观，但作几何变换困难，对几何运算不封闭。 构造实体几何表示法将物体表示成一棵二叉树，称为 CSG 树；表示简单、直观，也是物体的构造方法，可用作图形输入手段，容易计算物体的整体性质，物体的有效性自动得到保证；但表示 不唯一。 不能直接用于显示，且求交计算麻烦。 各种表示法之间没有本质上的优劣之分，只是适用的陕西理工学院毕业设计论文 第 13 页 共 54 页 范围不同，本论文实现实体建模的表示法是边界表示法，下面着重介绍边界表示法。 边界表示法简称 B． reps 法。 它的基本思想是一个实体可以通过它的面的集合来表示，而每一个面又可以用边来描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义，多边形平面和样条曲面是边界表示的典型例子。 边界表示法强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何信息和拓扑信息，将面 F、边 E、顶点 v的信息分层记录，利用欧拉公式 VE+F=2建立层与层之间的联系。 其优点是 能精确表示物体，表示能力强，几何变换容易，适于显示处理；缺点是表示复杂，有效性难以保证，集合运算复杂。 选定了适合的表示方法，如边界表示法；其具体的实现方法主要有两种。 一种是应用计算机高级语言，如 C、 C++等，和事先推导的模型表面数据矩阵或数据库；直接对操作系统 (如 Windows 等 )的图形接口和图形库 (如 Open/GL 等 )进行开发设计，运行时不依托于其他的图形软件；这种方法的优点是避开其他软件功能的限制，设计者有很大的自主性，然而这种方法需要的基础理论知识繁多，且程序设计较困难，开发周期长，不适于一般的机械产 品设计人员另一种方法是借助现有的三维图形软件直接建模，并可通过编程来扩大其功能，即通常所说的二次开发。 相对前一种方法而言，该方法具有与具体建模方法无关，程序编制简便，开发周期短等优点，且可利用三维软件的缩放、旋转、着色等常用功能，而无需对这些功能重新编制程序，因此是大多数机械设计人员选择的方法。 目前常用的三维图形软件，如 CATIA、 Pro／ E、 UG等一般都是采用上面所叙述的边界表示法来表示形体，在这里我们采用 Pro／ E来建模。 三维造型软件 Pro／ E （ 1） Pro／ E简介 1985 年， PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。 1988 年， V1． 0的 Pro/ENGINEER 诞生了。 经过 10 余年的发展， Pro／ ENGINEER 已经成为三维建模软件的领头羊。 目前已经发布了 Pro／ ENGINEERproewildfire5． 0。 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造和产品数据管理等。 Pro／ ENGINEER 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 （ 2） Pro／ E的主要特性 a全相关性 Pro／ ENGINEER 的所有模块都是全相关的。 这就意味着在产品开发过程中某一处进陕西理工学院毕业设计论文 第 14 页 共 54 页 行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸以及制造数据。 全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 b 基于特征的参数化造型 Pro／ ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。 这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。 例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉 的，因而易于使用 c 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征 通过给这些特征设置参数 (不但包括几何尺寸，还包括非几何属性 )，然后修改参数，很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 d 数据管理 加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。 为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。 数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro／ ENGINEER 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 e 装配管理 Pro／ ENGINEER 的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。 高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 f 易于使用 菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 （ 3） Pro／ E 的功能 Pro／ Engineer 是做模具设计最好的软件，是三维建模的领头羊。 在中国使用的 Pro／ E软件都是汉化的，存在很多漏洞，需要进 一步修复及加强。 Pro／ E是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。 a 参数化设计和特征功能 Pro／ Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意陕西理工学院毕业设计论文 第 15 页 共 54 页 勾画草图，轻易改变模型。 这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 b 单一数据库功能 Pro／ Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不像一 些传统的 CAD／ CAM 系统建立在多个数据库上。 所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。 换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变， NC(数控 )工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。 这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。 这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 （ 4） Pro／ E的工作模式 a 模型类型 在 Pro／ E中，可以使用装配模型、零件模型、和绘图模型。 在 Pro／ E中，每一个模型均伴随着一个文件。 系统会根据下列伴随在模型名称后的扩展名自动辨识出模型的类型 (辨识它是装配、零件还是绘图类型 )。 当创建类型时，系统会根据所选取的类型，自动给模型增加扩展名。 当打开模型时，可以过滤出模型的类型。 处于不同的工作模式， 可以创建或检索不同的模型类型。 草图模式 (Sketcher Mode)：允许创建一个参数化的。