基于proe的蜗轮蜗杆参数化建模及运动仿真分析毕业论文(编辑修改稿)

基于proe的蜗轮蜗杆参数化建模及运动仿真分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

术。 国内对 CAD 技术的研究，开始于 20 世纪 70 年代初期，研究工作主要集中在高等学校和科研院所，研究内容主要是计算机辅助几何设计和计算机辅助绘图进入 80 年代以后，我国的 CAD 技术的研究得到了较快的发展，在二维交互绘图系统、三维造型和几何设计、有限元分析、数控编程等方面都取得了很多成果，不少自主版权的软件己经在国内行业中得到推广应用。 但从总体上来说，我国的CAD 软件，无论是从产品开发水平方面，还是从商品化、市场化程度方面，都与发达国家存在着不小的差趾，主流的 CAD 软件基本上都是国外产品。 的发展趋势 随着 CAD 技术的不断研究、开发与广泛应用，对 CAD 技术提出越来越高的要求，因此 CAD 从本身技术的发展来看，其发展趋势是参数化、三维化、智能化、网络化、集成化和标准化日。 具体表现为 : 参数化既能为用户提供设计对象直观、准确的反馈，又能随时对设计对象加以修改，同时减少设计中的疏忽，从而在很大程度上提高机械设计的效率。 参数化是实现机械设计自动化的前提和基础。 现有的计算机辅助设计系统智能化程度越来越高，原来繁琐的操作逐渐被计算机的智能化处理所替代。 将人工智能引入 CAD 系统，使其具有专家的经验和 10 知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，以及智能化的视觉、听觉和语言的处理能力，从而达到设计自动化的目的。 随着三维图形技术的发展，在计算机内部建立相应的三维实体模型能够更直观、更全面地反映设计意图，并且在三维模型的基础上可以方便地进行虚拟装配、干涉检查、有限元分析和运动分析等应用。 集成化就是向企业提供一体化的解决方案，其出发点是企业各个环节是不可分割的，必须统一考虑。 计算机辅助设计所产生的三维模型将最大限度地被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。 络化 网络化可以充分发挥系统的总体优势，共享昂贵的设备，节省投资。 不同设计人员可以在网络上方便地交换设计数据。 随着 CAD 系统的集成化和网络化，指定各种产品设计、评测和数据交换标准势在必行，如建立符合 STEP 标准的全局产品数据模型等。 课题研究的内容 课题主要包括以下研究内容： (1)系统分析蜗轮蜗杆机构的结构。 设计参数化特征造型技术、 (2)分析了 Pro/E 平台产品设计的基本思路，提出了蜗轮蜗杆的数学模型，通过基于 Pro/E 平台的蜗轮蜗杆零件三维建模过程，归纳出蜗轮蜗杆零件三维实体建模时 的基本思路和方法 (3)利用所总结的蜗杆蜗轮零件三维实体建模的经验，以参数化设计思想作为指导，紧紧抓住蜗轮蜗杆零件三维建模这条主线，依托蜗轮蜗杆零件的数学方程式，运用条件语句将变参设计融入到零件整体建模过程中。 (4)设计初步条件，对设计完成的零件进行变参造型，进而进行虚拟装配和运动仿真， 针对运动仿真中出现的干涉问题提出行之有效的解决方案。 2 蜗轮蜗杆参数化设计基础 蜗杆传动 机构简介及 类型 蜗轮蜗杆传动用于传递交错轴间的回转运动和动力，通常两轴交错角为 11 90176。 蜗杆类似于螺杆，有左旋和右旋之分，除 特殊要求外，均采用右旋蜗杆；蜗轮可以看成是一个具有凹形轮缘的斜齿轮，其齿面与蜗杆齿面相共轭。 在蜗杆传动中，一般以蜗杆为主动件 按形状的不同，蜗杆可分为：圆柱蜗杆传动 、 环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。 圆柱蜗杆又可分： （ 1）普通圆柱蜗杆：阿基米德蜗杆（ ZA 蜗杆）；渐开线蜗杆（ ZI 蜗杆）；法向直廓蜗杆（ ZN 蜗杆）；锥面包络蜗杆（ ZK 蜗杆） （ 2）圆弧圆柱蜗杆（ ZC 蜗杆） 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 中间平面：通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面（蜗杆的轴面，蜗轮的端面）。 蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间 平面（主平面）内确定。 圆柱蜗杆传动的主要参数： m和压力角α 通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面，称为中间平面。 由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀，按范成原理切制轮齿，所以 ZA 蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。 蜗杆传动的设计计算都以中间平面的参数和几何关系为准。 它们正确啮合条件是：蜗杆轴向模数 ma1 和轴向压力角α a1 应分别等于蜗轮端面模数 mt2 和端面压力角α t2[1]。 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 设计蜗杆传动时，一般是先根据传动的功用和传动比的要求，选择蜗杆头数z1 和蜗轮齿数 z2，然后再按强度计算确定中心距 a 和模数 m，上述参数确定后，即可根据 表 21 计算出蜗杆、蜗轮的几何尺寸。 12 名称 计算公式 蜗杆 蜗轮 d1=mq d2=mz2 ha=m ha=m hf= hf= da1=m（ q+2） da2=m（ z2+2） df1=m（ ） df2=m（ ） pa1=p12=px=π m c= 蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径 齿顶高 齿根高 蜗杆齿顶圆直径，蜗轮喉圆直径 齿根圆直径 蜗杆轴向齿距，蜗轮端面齿距 径向间隙 中心距 a=(d1+d2)=(q+z2) 表 21 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 参数化特征造型技术简介 参数化设计 (Parametric Design)，也称为尺寸驱动 (DimensionDriven)，是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或者修改已经定义好的参数。 自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。 参数化设计是 CAD 技术在实际应用中提出的课题。 机械设计是一个创造性的活动，是一个反复修改、不断完善的过程。 同时，对很多企业，设计工作往往是变型或系列化设计，新的设计经常用到己有的设计结果。 据不完全统计，零件的结构要素 90%以上是通用或标准化的，零件有 70%80%是相似的。 在参数化设计技术出现以前，传统的 CAD 使用的方法是先绘制精确图形，再从中抽象几何关系，设计只存储最后的结果，而不关心设计的过程。 这种设计系统不支持初步设计过程，缺乏变参数设计功能，不能很好地自动处理对己有图形的修改，不能有效地支持变化、系列化设计，从而 使得设计周期长、设计费用高、设计中存在大量重复劳动，严重影响了设计的效率，无法满足市场需求。 在这种情况下参数化设计方法应运而生。 参数化设计以约束造型为核心、以尺一寸驱动为特征。 在参数化设计中采用参数化模型，设计者可以通过调整参数来修改和控制几何形状，实现产品的精确造型，而不必在设计时专注主于产品的具体尺寸。 参数化设计方法存储了设计的全过程，能设计出一系列而不是单一的产品模型。 对己有设计的修改，只需变动相应的参数，而无需运行产品设计的全过程。 与传统的自由约束的设计方法相比， 13 参数化设计更符合工程设计的习惯，因 此极大地提高了设计效率，缩短了设计周期，减少了设计过程中信息的存储量，降低了设计费用，从而增强了产品的市场竞争力。 参数化技术经过十多年来的发展，己经成为 CAD 技术的重要分支，也成为CAD 技术研究和产品开发的热点，参数化技术正处于不断发展之中。 现代主流CAD 软件，如 PRO/E, solid works, UG 等都实现了参数化。 蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。 蜗轮蜗杆的机构特点： ，比交错轴斜齿轮机构紧凑。 ，其承载能 力大大高于交错轴斜齿轮机构。 ，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。 当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。 如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。 ，磨损较严重。 蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。 另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。 为了保证蜗轮齿面的精确性，以 Pro/E 为平台对蜗轮蜗杆进行参数化建模设计及运动仿真分析。 3 基于 Pro/E 的蜗轮 蜗杆 参数化建模 Pro/E 的参数化建模简介 参数化设计方法使设计者构造模型时可以集中于概念设计和整体设计，充分发挥创造性，提高设计效率。 其主要思路如图 31 所示，通过对产品建模特征的解析，从特征中抽象出特征参数，再对特征参数进行分析，得到参数模型。 根据模型信息建立参数间关联与约束，并确定某些参数为设计变量，进而建立由设计变量驱动 的零件族。 14 图 31 建模流程图 参数化设计是 Pro/E 重点强调的设计理念。 参数是参数化设计的核心概念，在一个模型中，参数是通过 “尺寸 ”的形式来体现的。 参数化设计的突出 特 点在于可以通过变更参数的方法来方便的修改设计意图，从而修改设计意图。 关系式是参数化设计中的另外一项重要内容，它体现了参数之间相互制约的 “父子 ”关系。 所以，首先要了解 proe 中参数和关系的相关理论 [2]。 一、 参数的含义 参数有两个含义 ： 一是提供设计对 象的附加信息，是参数化设计的重要要素之一。 参数和模型一起存储，参数可以标明不同模型的属性。 例如在一个 “族表 ”中创建参数 “成本 ”后，对于该族表的不同实例可以设置不同的值，以示区别 ； 二是配合关系的使用来创建参数化模型，通过变更参数的数值来变更模型的形状和大小。 二、 参数的设置 在零件模式下，单击菜单 “工具 ”——参数，即可打开参数对话框，使用该对话框可添加或编辑一些参数。 (1)名称：参数的名称和标识，用于区分不同的参数，是引用参数的依据。 注意：用于关系的参数必须以字母开头，不区分大小写，参数 名不能包含如下非法字符：。 、 ”、 @和 等。 (2)类型：指定参数的类型 a)整数：整型数据 b)实数：实数型数据 c)字符型：字符型数据 d)是否：布尔型数据。 零件分析 建模策略 参数建模 零件 特征参数 特征创建 特征 设计变量 设计驱动 特征 参数 参数关系及约束 建模更新 15 (3)数值：为参数设置一个初始值，该值可以在随后的设计中修改 (4)指定：选中该复选框可以使参数在 PDM（ Product Data Management，产品数据管理）系统中可见 (5)访问：为参数设置访问权限。 a)完全：无限制的访问权，用户可以随意访问参数 b)限制：具有限制权限的参数 c)锁定：锁定的参数，这些参数不能随意更改，通常 由关系式确定。 (6)源：指定参数的来源 a)用户定义的：用户定义的参数，其值可以随意修改 b)关系：由关系式驱动的参数，其值不能随意修改。 (7)说明：关于参数含义和用途的注释文字 (8)受限制的：创建其值受限制的参数。 创建受限制参数后，它们的定义存在于模型中而与参数文件无关。 (9)单位：为参数指定单位，可以从其下的下拉列表框中选择。 可以根据实际需要增加或删除以上 9 项中除了 “名称 ”之外的其他属性项目 三、关系的概念 关系是参数化设计的另一个重要因素。 关系是使用者自定义的尺寸符 号和参数之间的等式。 关系捕获特征之间、参数之间或组件之间的设计关系。 可以这样来理解，参数化模型建立好之后，参数的意义可以确定一系列的产品，通过更改参数即可生成不同尺寸的零件，而关系是确保在更改参数的过程中，该零件能满足基本的形状要求。 如参数化齿轮，可以更改模数、齿数从而生成同系列、不同尺寸的多个模型，而关系则满足在更改参数的过程中齿轮不会变成其他的零件。 四、关系式的组成 关系式的组成主要有：尺寸符号、数字、参数、保留字、注释等。 符号类型。