基于UG的标准圆柱齿轮及变位齿轮的参数化建模,毕业论文

泰 山 学 院本 科 毕 业 论 文基于 UG 的标准圆柱齿轮及变位齿轮的参数化建模所 在 学 院 机械工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二零一二级（3+2） 学 生 姓 学 号 指 导 教 师 姓 名 、 职 称 完 成 日 期 2014 年 5 月 30 日 摘要 摘 要圆柱齿轮是机械设计制造行业之中被广泛使用的零部件之一，圆柱齿轮的轮齿精确三维造型常看做是齿轮的机械动态仿真、NC 加工、有限元分析的基础。然而在 UG6.0 软件上缺少专门化的模块，因此本论文详细论述的是在 UG6.0 的平台上建立直齿圆柱齿轮及变位齿轮三维模型的新方法。由于直齿轮斜、齿轮的轮廓线并不是标准曲线，想实现齿轮造型的精确建模有一定的难度。齿轮常用的成型方法是扫掠成型法，但此方法实现的建模不准确。为了改变这种缺点，本论文提出了通过建立渐开线、齿根过渡曲线对称方程，精确计算出了分界齿数与曲线起始、终止角度，以自由形式特征下的扫掠为工具的解决方案。该方法符合标准斜齿圆柱齿轮齿廓线的定义,可以实现齿轮的精确建模。通过实例建模，此方法同样适用于变位齿轮的参数化建模，提高了变位齿轮工程设计的效率。关键词：齿轮及变位齿轮，渐开线，过渡曲线，对称方程，参数化建模ABSTRACT IABSTRACTCylindrical gear is one of the parts in the mechanical design andmanufacturing industries are widely used, the cylindrical gear is often regarded as precise 3D modeling based gear mechanical dynamic simulation, NC machining, finite element analysis. But in the UG6.0 software and there is nospecialized module, this paper details the spur gear is established on the platform of UG6.0 and the new method of variable gear 3D model.Because of the straight helical gear, gear profile is not the standard curve, in order to realize the accurate modeling of gear modeling does exist some difficulties. The gear shaping methods often used is swept molding method,but this method modeling accuracy is not high. In order to change these shortcomings, this paper proposed the establishment of involute, dedendum transition curve equation by applying the symmetry, calculated the division between the tooth number and start, end angle, with the free form feature ofsweep as solution tool. The definition of this method conforms to the standardspur gear tooth profile, achieve accurate modeling of gear.Keywords: gear and gear; involute; transition curve equation; symmetry;parameterization目录II目录1 引言 .11.1 参数化定义、优势 .21.2 UG 参数化功能 .21.3 齿轮、变位齿轮简介 .31.4 课题研究内容 .42 渐开线齿轮参数化对称方程 .52.1 齿廓曲线构成的判断 .52.2 圆柱齿轮的齿廓曲线方程 .52.2.1 渐开线齿轮公式推理 .62.2.2 标准直齿圆柱齿轮渐开线方程 .62.2.3 标准斜齿轮渐开线方程 .72.2.4 齿根过渡曲线方程 .83 标准渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计 .113.1 直齿轮基本参数设置 .113.2 直齿轮计算参数设置 .123.3 直齿轮参数化建模 .123.3.1 dbdf 直齿变位轮参数化建模 .245 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设 .295.2 斜齿轮计算参数设置 .305.3 斜齿轮参数化建模 .315.3.1 dbdf 斜齿轮参数化建摸 .366 变位斜齿轮的实体建模 .436.1 概述 .436.2 变位斜齿轮基本参数设置 .446.3 变位斜齿轮计算参数设置 .456.4 变位斜齿轮的参数化设计 .456.5 dbdf 斜齿轮参数化建模 .517 齿轮参数化实现 .597.1 参数化设计步骤及其方法 .597.1.1 利用表达式进行参数化 .607.1.2 利用表达式的电子表格功能实现参数化 .607.1.3 利用部件族电子表格功能实现参数化 .61目录IV8 总结与展望 .63参考文献 .64致谢 .65泰山学院本科毕业论文01 引 言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。(1)、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。(2)、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。参数化建模技术是虚拟制造技术研究的基础和前提，也是现代制造技术研究热点之一。随着计算机仿真技术、网络等技术的发展，参数化技术的应用越来越广泛，参数化设计，有利于设计者通过设计参数来驱动产品零件的几何模型。大大简化了用户生成和修改零件模型的操作，提高了设计效率。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。泰山学院本科毕业论文11.1 参数化定义、优势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。1.2 Unigraphics 参数化功能Unigraphics(简称 UG）是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的CAD/CAD/CAE/CAM 高端软件。它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案，功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产效率。随着计算机性能的提高，现在在微机上就可以使用 UG，这样 UG 的适用范围更加广阔，三维设计已经不是人们的奢侈品，会越来越多成为设计工程师的首选。而在面对零部件批量设计的需要时，UG泰山学院本科毕业论文2就不仅仅停留在制图、建模、装配、出图等基本功能的运用上，而应实现可编辑、参数驱动等功能。1.3 齿轮、变位齿轮简介齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种传动形式，它可以传动空间任意两轴间的运动和力，其特点有：传动平稳、传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的的功率、速度和尺寸范围大。渐开线齿轮常应用于各类机械传动系统中，具有传动平稳、承载能力强、体积小等优点，是一种典型的传动机构渐开线齿轮常应用于各类机械传动系统中，具有传动平稳、承载能力强、体积小等优点，是一种典型的传动机构。但由于各类机械装备所需的齿轮型号和规格存在差异，因此齿轮的设计、生产仍以指定为主，其设计效率较低。实践证明，三维 CAD 技术对加速产品开发、提高产品质量、降低成本起着关键作用。因此开发适用的、高效的参数化齿轮造型系的统一成为各企业的迫切要求如果需要制造齿数少于 17，而又不产生根切现象的齿轮，可采用减少齿顶高系数 h 及加大压力角 的方法。但减少 将使重合度减小，而增大 要采用非标ah准刀具。除这两种方法外，解决上述问题的最好方法是加工齿轮时，将齿条刀具由标准位置相对于轮坯中心向外移动一段距离 ，从而使刀具的齿顶线不超过xm点，这样就不会再发生根切现象了。1N这种用改变刀具与轮坯的相对位置来切制齿轮的方法，即所谓的变为修正法。这时，齿轮轮坯的分度圆和刀具的分度线不再相切，加工出来的齿轮由于 已es不再是标准齿轮，故称其为边位齿轮。齿条刀具移动的距离 称为径向变位量，xm其中 为模数， 称为径向变位系数（简称变位系数）。当把刀具相对于齿轮轮mx坯中心移远时，称为正变位， 为正值，由此加工出来的齿轮称为正变位齿轮；x如果被切齿轮的齿数比较多，为了满足齿轮传动的某些要求，有时刀具也可以由标准位置移近被切齿轮的中心，此时称为负变位， 为负值，这样加工出来的齿x轮称为负变位齿轮。泰山学院本科毕业论文31.4 课题研究内容齿轮作为最重要的基础传动零部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等行业。在齿轮箱设计和生产过程中,需要大量的分析、计算和绘图工作,采用现代设计方法可彻底改变过去依靠手工计算和绘图时的效率低、易出错等局面,使齿轮设计人员借助计算机及相应软件可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图;为生产企业以高技术、高质量、低成本占领市场提供技术保障。渐开线齿轮是各种机械传动设备中常用的零件, 现代齿轮机构的设计建模、有限元分析与优化以及虚拟装配技术有着广泛的工程应用背景和研究意义，在设计制造中工程设计人员经常需要对齿轮齿形进行精确的造型。由于其复杂性,有一些软件(如 Solidworks, AutoCAD)没有提供齿形的精确造型功能。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展，三维设计软件尤其是 UG NX 在机械零件和产品设计中得以日益普及。目前，基于 UG 的渐开线齿轮的参数化设计几种方法中：(1）二次开发法对设计人员技术水平要求较高，造型过程烦琐，适用范围也受到一定限制；加工模拟法需要