毕业论文：基于ug的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计终稿

毕业论文：基于ug的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计终稿内容摘要：

由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。 因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。 大端的模数 m的值为标准值，按下表选取。 在 GB1236990中规定了大端的压力角 a=20。 ，齿顶高系数 ha*=1，顶隙系数 c*=。 锥齿轮模数（摘自 GB1236890） „ 1 2 3 4 5 6 7 8 „ 当量齿数 当量齿轮的齿数 zv 称为锥齿轮的当量齿数。 zv 与锥齿轮的齿数 z 的关系可由上图求出，由图可得当量齿轮的分度圆半径 rv  c o s2c o s mzrrv  （ ） 而 2vv mzr  （ ） 则有 coszzv  （ ） 式中： d 为锥齿轮的分度锥角。 zv 一般不是整数，无须圆整。 [1] 表 22 锥齿轮模数 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计 14 ．直齿锥齿轮传动的运动设计 背锥和当量齿轮 如 图 （ 29） 为一对锥齿轮的轴向剖面图。 该对锥齿轮的轴角等于两分度锥角之和，即 21   （ ） udduzzdd  12221211 t a n,1t a n  （ ） 112c o s 222221  uuuddRd （ ） 112c o s 212  uRd （ ） 图 2－ 9 锥齿轮传动的几何关系 由于直齿锥齿轮传动强度计算及重合度计算的需要引进一对当量齿轮（上图），它们是用该对锥齿轮齿宽中点处的背锥展开 所得到的。 当量齿轮的分度圆半径dv1/2 和 dv2/2分别为这对锥齿轮齿宽 b 中点处背锥的母线长；模数即为齿宽中点的模数，称为平均模数 mm。 [2] 直齿圆锥齿轮的啮合传动特点 一对锥齿轮的啮合传动相当于其当量齿轮的啮合传动。 因此有如下特点： 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数 化、可视化设计 15 (1) 正确啮合条件 212121 ,   mmm (2) 连续传动条件 e1，重合度 e可按其齿宽中点的当量齿轮计算。 (3) 不根切的最少齿数 cosminmin vzz  （ ） （ 4）传动比 i12 因 2211 s in2,s in2  RdRd  ， 故 1212122112 s ins in   ddzzi 当 S=90176。 时 ，有 几何尺寸计算 根据锥齿轮传动的特点，其基本几何尺寸按大端计算，但锥齿轮齿宽中点处及其当量齿轮的几何尺寸必须通过大端导出。 （ 1） 齿宽系数 FR RbR。 一般取 31RF ， bbb  21 （ 2） 齿宽中 点的分度圆直径（平均分度圆直径） dm和平均模数 mm    RdRbRdd m  111 ()  Rdd m  （ ）  Rmzdm mm  （ ） (3) 齿宽中点处当量齿轮的分度圆直径 dmv、当量齿数 zv及齿数比 uv   uuRddd mmv o s 21111   （ ）   os 22222  uRddd mmv  （ ） 2112 tancos  i基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计 16 uuzzz v 1c o s21111   （ ） 1c o s 22222  uzzz v  （ ） 212 uzzuvvv  （ ） 式中齿数比影响分度锥顶角的大小，一般取 3u ,最大不超过 5。 将锥齿轮齿宽中点的背锥展开，即可画出直径分别为 1vd 和 2vd 的两个当量直齿圆柱齿轮。 参考上图 （ 29） 导出标准直齿锥齿轮传动的几何尺寸计算公式列于标准直齿锥轮传动的主要几何尺寸 计算公式表中。 直齿锥齿轮传动的强度计算 锥齿轮传动常用于传递两相交轴间的运动和动力。 根据轮齿方向和分度圆母线方向的相互关系，可分为直齿、斜齿和曲线齿锥齿轮传动。 本节仅介绍常用的轴交角为 90176。 的直齿锥齿轮传动的强度条件。 锥齿轮加工较为困难，不易获得高的精度，因此在传动中会产生较大的振 动和噪声，所以直齿锥齿轮传动仅适合于 ≤5 m/s 的传动。 表 23 锥齿轮主要几何尺寸公式 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数 化、可视化设计 17 直齿锥齿轮的标准模数为大端模数，几何尺寸按大端计算。 由于锥齿轮沿齿宽方向截面大小不等，引起载荷沿齿宽方向分布不均，其受力和强度计算都相当复杂，故一般以齿宽中点的当量直齿圆柱齿轮作为计算基础。 、直齿锥齿轮传动的当量齿轮的几何关系 图 210 直齿锥齿轮传动的受力分析 (a) 齿数比： （ ） 分度圆锥角： ， ， （ ） 当量齿数： ， （ ） 当量齿数比： （ ） 齿宽系数： （ ） 当量齿轮直径： ， （ ） 齿宽中点直径： （ ） 齿宽中点模数： （ ） 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计 18 受力分析和计算载荷 图 211 直齿锥齿轮传动的受力分析 (b) (1) 受力分 析 (2) 在齿宽中点节线处的法向平面内，法向力 可分解为三个分力：圆周力 、径 向力 和轴向力 (图 211)。 (3) 力的大小 （ ） （ ） （ ） 力的方向 圆周力 Ft：主动轮上的与转向相反，从动轮上的与转向相同； 径向力 FV ：分别指向各自轮心； 轴向力 Fa ：分别由各轮的小端指向大端 力的对应关系 , , （ ） (2)计算载荷 （ ） 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数 化、可视化设计 19 式中： 按表查取； ； ； ＝ 1。 齿面接触疲劳强度条件 齿面接触疲劳强度按齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮进行计算。 因直齿圆锥齿轮一般制造精度较低，可忽略重合度的影响，即略去 ，并取有效齿宽，将当量齿轮的有关参量代入直齿圆柱齿轮的强度计算公式，得 (MPa) （ ） 代入上式，得到直齿锥齿轮的接触强度计算的校核 式： (MPa) （ ） 计算式： (mm) （ ） 式中： 、 、 与直齿圆柱齿轮相同。 与接触疲劳强度的计算相同，忽略重合度系数 ，按齿宽中点的当量直齿圆柱齿轮进行计算，将当量齿轮的参数代入，得： (MPa) （ ） 再将 、 、 等代入上式，得锥齿轮的齿根弯曲疲劳强度条件校核式： (MPa) () 设计式： (mm) () 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计 20 注意： (1) 、 按当量齿数 来计算 ； (2) 与直齿圆柱齿轮的相同； (3)采用弯曲强度的设计式时，用大的 值代入 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数 化、可视化设计 21 第三 章 直齿锥齿轮的参数化设计 参数化设计 参数化设计的概念 参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。 参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。 程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只要输入几个参始值就可生成所要求的模型。 尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这 些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户的模型。 传统的 CAD 绘图技术都用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置，要想修改图面内容，只有删除原有的线条后重画。 而新产品的开发设计需要多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调和优化。 对于定型产品的设计，需要形成系列化，以便针对用户的生产特点提供不同功率、规格的产品型号，参数化设计可使产品的设计随着某些结构尺寸修改和使用环境的变化而自动修改图形参数化的实现大致如下 :利用草图技术生成二维轮廓 (Profile)，这个轮廓的准确位置和 尺寸都不必在草图输入时给出，可以在以后的参数设计过程中得到。 再利用系统的拉伸和旋转等手段来生成三维特征。 有了这个基础，再加上一个记录造型过程的 CSG 树，就可以完成模型的参数设计。 需要强调的是这里的参数并不是最后模型的设计参数，而是完成造型过程的造型参数。 [3] 参数化设计的优点 参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动，修改图形功能，为初始产品设计、产品建模、修改系列产品设计提供了有效的手段，能够充分满足设计具有相同或相近几何拓扑结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要。 参数化技术以约 束为核心，是一种比约束自由造型技术更新颖、更好的造型技术。 该技术将复杂的设计过程分解为三个子过程，即草图设计、对草图施加约束以及约束求解。 参数化技术具有以下三方面的优点 : (1)设计人员的初始设计要求低。 无须精确绘图，只须勾绘草图即可，然 后可通过适当的约束得到所需精确图形。 (2)便于系列化设计。 一次设计成型后，可通过尺寸的修改得到同种规格零件的不同尺寸系列。 (3)便于编辑、修改，能满足反复设计需要。 当在设计中发现有不适当的 部分时，设计者可通过修改约束而方便地得到新的设计。 这些优 点使得参数化技术非常适合于对整个设计过程的支持。 因为设计的目 的是为了满足一定的功能需求，而这些功能需求往往可以转化为适当的设计约 束。 设计者通过对一设计约束的控制可以方便灵活地实现产品的功能。 UG 的参数化功能 参数化建模 基于 UG 的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计 22 在明确了设计意图后，我们要确定一种建模的方法。 根据设计意图创建一个存在若干自由变量的、可以通过数值驱动的模型的过程就是参数化建模。 参数化建模创建的模型可以作为一系列几何拓扑关系相同的零件的模板，因此必须具备该系列零件的自由变化参数，这些参数的值可以在设计要求的范围内 进行调节而怒会出现错误信息。 参数化设计过程 参数化设计是机械零件设计的一个重要部分，参数化设计的零部件对于系列化产品尤其重要。 广义上讲，参数化设化过程是指从功能分析到创建参数化模型的整个过程。 首先根据零部件的功能，以及零部件与其他零件之间的关系，确定零部件是否可能进行参数化设计。 有些零部件是专有零件，有的甚至是单件生产，像这样的零件不必进行参数化设计。 如果零部件需要量大，并且需要系列化生产，这样的零件应该考虑进行参数化设计。 确定了参数化设计的方法后，要根据零部件间的几何和位置关系确定待设计零 件的自由变化的参数并确定参数之间的关系。