基于UG的齿轮泵三维设计与仿真

广西水电职院机电工程系机械设计及制造专业UG造型广西水利电力职业技术学院题目：基于UG的齿轮油泵三维建模与仿真班 级：2011机制 姓 名：廖 建专 业：机械设计及制造 指导教师：陈小芹 答辩日期：2014年5月26日 II广西水电职业技术学院机电工程系2011届毕业生毕业设计任 务 书2014年 10 月姓名：廖建 班级：2011 专业：机械设计入制造 学号：20110301106 设计题目： 基于UG的齿轮泵三维建模与仿真 内容 ：运用UG NX 8.0软件，对齿轮泵油泵这类常用的液压元件进行三维建模设计，虚拟装配以及工作原理的运动仿真。 进度：第一周，图纸分析及各组件的三维设计。第二周，齿轮泵的虚拟装配及爆炸图的创建。第三周，工作原理的运动仿真。第四周，设计说明书的撰写 。第五周，制作PPT准备答辩。 要求：能熟练运用UG NX 8.0开发系统中的基本指令进行设计，装配以及工作原理的运动仿真。 前言UG 是目前市场上功能最极致的产品设计工具，它不仅拥有现金现今CAD/CAM软件中功能最强大的Parasolid实体建模核心技术，更提供高效能的曲面建构功能，能够完成最复杂的造型设计。UG提供工业标准之人机接口，不但易学易用，更有无限次数的undo功能、方便好用的弹出窗口指令、快捷图像操作说明、自订造作功能指令及中文操作接口等特色，并且拥有一个强固的档案转换工具，能转换各种不同CAD软件的图文件，以及重复使用原有资料。UG是一套复杂产品设计制造的最佳系统，从概念设计到生产产品，UG广泛的使用在汽车业、航天业、磨具加工以及设计业、医疗器材产业等等，近年来更将触角深及消费性市场产业中最为复杂的领域工业设计。运用其功能强大的复合式建模工具设计者可以工作的需求选择最合适的建模方式：关联性的单一数据库，是大量的零件处理更加方稳定。除此之外，组立功能、2D出图功能、模具加工功能及与PDM之间的紧密结合，使得UG在工业界成为一套无可匹敌CAD/CAM系统。 本设计从齿轮泵的三维设计、虚拟装配以及运动仿真方面着手，就UG的一些常用的基本功能进行一个综合运用，是对自己三年来所学的一个检验，更是对自己的一个挑战！限于学生本人水平有限，书中难免有错误和不妥之处，希望导师批评指正。目录前言3设计概述4第一章各组件的三维设计51.1 泵体的三维设计51.2齿轮轴三维设计101.3端盖三维设计131.4螺钉三维设计151.5其余构建的模型17第二章 各组件的装配182.1 新建装配文件与添加组件182.2装配齿轮与齿轮轴192.3配对端盖212.4螺钉的配对21第三章创建爆炸图233.1 自动爆炸233.2编辑爆炸图23第四章运动仿真244.1 新建仿真244.2定义连杆254.3定义质量特性254.4定义运动副264.5定义齿轮副274.6解算方案274.7解算28总结29致 谢30设计概述本设计主要围绕齿轮油泵设计这个实例展开。液压油泵作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大，UG作为一款高效快捷的CAD/CAM软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，本文将着重就UG的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。齿轮油泵包含多个零部件，本设计巧妙利用UG关联性的单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法进行。设计的具体要求为：（1） 齿轮油泵零件建模设计；（2） 齿轮油泵装配设计；（3）齿轮油泵爆炸图的创建；（4） 齿轮油泵机构仿真设计；关键词：齿轮泵；UG；建模；装配；运动仿真第一章 各组件的三维设计 1.1 泵体的三维设计1.1.1新建文件单击“标准”工具条中的“新建”按钮，系统弹出“文件新建”对话框，在“模板”栏中选择“模型”然后选择“单位”为“毫米”，在”新文件名” 栏的“名称”文本框中输入“beng ti”, 在“文件夹”文本框中输入文件的保存位置，单击，完成新文件的建立。如图1.11所示图1.11 文件新建1.1.2设置草图首选项系统进入模型设计界面。单击主菜单中的“首选项”菜单，在弹出的下拉菜单中选择“草图”，系统弹出“草图首选项”对话框，将“小数位数”改成“1”，“文本高度”改成“2.5”，“尺寸标签”改成“值”，其他采用默认设置，如图1.12所示。单击完成草图首选项的设置。图1.12 草图首选项1.1.3创建拉伸特征。1）选择草图绘制平面。设图层21为工作图层，单击“特征”工具条中的“草图”按钮，系统要求选择绘制草图平面如图1.1-3，在绘制区选择基准CSYS的XZ的平面，单击完成。绘制如图1.14所示的草图。图1.13 CSYS基准 图1.14 泵体草图2）创建拉伸特征1。单击“特征”工具条中的“拉伸”按钮，系统弹出拉伸对话框，单击“界面”栏中的“选择曲线”，在绘图区选择如图1.15所示的草图轮廓为拉伸轮廓，在“限制”栏的终点“距离”中输入“36”，其余采用默认，单击完成本次拉伸。如图1.15所示3）创建拉伸特征2。单击“特征”工具条中的“拉伸”按钮，系统弹出拉伸对话框，单击“界面”栏中的“选择曲线”，在绘图区选择如图1.16所示的草图轮廓为拉伸轮廓，在“限制”栏的终点“距离”中输入“18，在“布尔运算”栏的布尔下拉列表中选择“求差”，其余采用默认。如图1.16 图1.15 拉伸泵体 图1.16 拉伸泵腔4）创建拉伸特征3。击“特征”工具条中的“拉伸”按钮，系统弹出拉伸对话框单击“界面”栏中的“选择曲线”，在绘图区选择如图1.17示的草图轮廓为拉伸轮廓，在“限制”栏的开始“距离”中输入“4”,终点“距离”中输入“45”，不运算栏中的“布尔”下拉菜单中选择“求和”，其余采用默认。如图1.17所示 图1.17 拉伸3 图1.18 选择草图平面5）创建拉伸特征4的草图。在泵体侧面（图1.19所示）建立如图1.110所示的草图。 图1.19 草图 图1.110 拉伸螺纹孔6）创建拉伸特征4。击“特征”工具条中的“拉伸”按钮，系统弹出拉伸对话框，单击“界面”栏中的“选择曲线”，在绘图区选择如图1.110示的草图轮廓为拉伸轮廓，在“限制”栏的开始“距离”中输入“0”,终点“距离”中输入“12”，不运算栏中的“布尔”下拉菜单中选择“求差”，其余采用默认。 图1.111 拉伸退刀槽 图1.112 拉伸输油孔创建拉伸特征5。击“特征”工具条中的“拉伸”按钮，系统弹出拉伸对话框，单击“界面”栏中的“选择曲线”，在绘图区选择如图1.111示的草图轮廓为拉伸轮廓，在“限制”栏的开始“距离”中输入“10”,终点“距离”中输入“12”，不运算栏中的“布尔”下拉菜单中选择“求差”，其余采用默认。如图1.111。1.1.4创建镜像特征。执行特征工具条中的“镜像特征”命令，选择如图1.1-12所示的三个拉伸特征，选择CSYS基准中的XZ平面，单击完成镜像特征。图1.112 镜像特征 图1.113 回转草图1.1.5创建回转特征。首先在YZ平面内建立如图1.113所示草图，然后单击特征工具条中的“回转”命令。限制栏开始“角度”为“0”终点“角度”为“360”。如图1.1-14所示 图1.113 回转特征 图1.114 附着特征1.1.6创建突台特征。单击特征工具条中的“突台”命令，“直径”填写“25”，“高度”填写“10”，“锥角”填写“0”，然后选择如图所示的放置面，单击，选择“点对点”,再选择如图1.114所示的圆弧，选择“圆弧中心”。图1.115 创建螺纹特征1.1.7创建螺纹特征。执行特征操作工具条中的“螺纹”命令，“类型”选择“详细”，数值如图，起始面是最左端的平面，其余默认。6M61和2G1/4的螺纹不再详细叙述。结果如图1.1161.1.8创建边倒圆角特征执行“特征操作”工具条中的“边倒圆”命令，然后选择如图1.1-16所示各边，“半径”填“2.5”，单击确定。完成边倒圆。图1.116 边倒圆1.2齿轮轴三维设计1.2.1 绘制渐开线1）在UG nx8.0中执行“文件”“新建”命令，新建模型文件“chi lun zhou”。2）执行“工具”“表达式”命令，输入如图1.21所示的表达式图1.21 表达式3）执行“插入”“曲线”“圆弧/圆”命令，以原点为圆心，绘制半径分别 ra，r，和rf的三个圆，如图1.22所示 图3.2 三圆 图1.23 渐开线4）执行“插入”“曲线”“规律曲线”命令，以，xt，zt为参数 绘制渐开线，如图1.23所示。1.2.2 绘制齿形草图1）执行“编辑”“曲线”“修剪”命令，剪除渐开线曲线在齿顶 和齿根圆以外的部分，如图1.24所示 图1.24 修剪曲线 图1.25 绘制直线2）执行“插入”“曲线”“直线” 命令，绘制原点 渐开线和分度圆交点的直线，如图1.25所示3）执行“编辑”“变换”“绕点旋转”旋转上面所绘制的 a角度，如图36.26所示，并以旋转所得直线伟轴镜像渐开线如图1.27所示 图1.27 镜像曲线 图1.28 绘制齿廓1.2.3 创建齿轮1）执行“直线与圆弧”工具条中的“圆（切-切-切）”命令，并做相修剪应绘制如图1.2-8所示的曲线。2）执行特征工具条中的“拉伸”命令，绘制齿轮毛坯，如图1.2-10所示 图1.29 拉伸齿轮坯 图1.210 拉伸求差 3）执行特征工具条中的“实例特征”命令，选择“圆形阵列”，然后选择图1.211所示的特征，“方法”为“常规”，“数量”为14，“角度”为“360/4”。效果如图1.212所示。 图1.211 圆形阵列 图1.2-12 创建圆台1.2.4创建轴1）隐藏上述草图曲线，执行特征工具条中的“土台”命,“直径”为3， “高度”为2，“拔模角”为0。如图1.22所示。并执行特征中的“割槽”命令和特征操作中的“倒斜角”命令，切槽尺寸为2，倒斜角尺寸为，2）在齿轮的另一面建立图1.23所示的草图所示，并执行回转命令，并执行特征中的“割槽”命令和特征操作中的“倒斜角”命令，切槽尺寸为2，倒斜角尺寸为结果如图3.4所示 图1.23 轴草图 图1.24 回转轴3）执行特征工具条中的“键槽”命令，绘制的槽，距离台肩的距离为，如图所示 图1.25 创建键槽特征1.3端盖三维设计1.3.1 绘制草图1）新建文件。在UG NX 5.0建模块中执行“文件”“新建”命令，建立“ duan gai”文件。2）建立主体草图。在CSYS基准中的XZ平面中建立如图1.3-所示的草图 图1.31 端盖草图 图1.32 宊台草图3）建立突台草图。在距离XZ平面22的平面内建立如图1.32所示的草图1.3.2 创建拉伸1）拉伸主体。执行特征工具条中的拉伸命令，选择如图1.34所示的截面，拉伸距离为5 图333 拉伸主题 图1.34 拉伸突台2）拉伸突台。执行特征工具条中的拉伸命令，选择如图1.34所示的截面，拉伸距离为7，“布尔”为“求和”如图1.3-4所示3）拉伸沉孔。执行特征工具条中的拉伸命令，选择如图1.35所示的截面，拉伸起始距离为，终点距离 5，“布尔”为“求差”如图1.3-5所示 图1.35 拉伸沉孔 图1.36 孔1.3.4 创建孔1）孔。执行特征工具条中的“孔”命令，“直径”3， “深度”2，“锥角”20。如图1.36所示1.3.5 倒圆角1）倒圆角。执行特征操作工具条中的“倒圆角”命令，选择如图1.37所示各边，半径为2.5，哦如图1.38所示 图1.37 倒圆角 图1.38 端盖1.4螺钉三维设计1.4.1 创建螺栓主体1）新建文件。在UG NX 5.0建模块中执行“文件”“新建”命令，建立“ luo ding”文件。2）创建主体。执行特征工具条中的“圆柱”命令，“矢量”选择X轴负方向，“直径”0， “深度”5。如图3.36所示 图1.41 圆柱 图1.42 突台3）突台螺柱。执行特征工具条中的“圆柱”命令，“矢量”选择X轴正方向，“直径”0， “深度”5。如图1.42所示4）孔。执行特征工具条中的“孔”命令，“矢量”选择X轴正方向，“直径”5， “深度”3，“锥顶角”20。如图1.43所示 图1.43 拉伸孔 图1.44 边倒圆1.4.2倒圆角执行特征操作工具条中的“倒圆角”命令，选择如图所示截面，半径为0.5， 如图1.43所示1.4.3倒斜角执行特征操作工具条中的“倒斜角”命令，选择如图所示截面，半径为0.5， 如图1.43所示 图1.45 倒斜角 图1.46 内六角草图1.4.4创建孔1）草图。执行特征工具条中的“草图”命令，建立如图1.46所示草图，2）拉伸。执行特征工具条中的“拉伸”命令，选择如图1.47所示截面，“终点”距离为3，“布尔”为“求差”，如图所示 图1.47 拉伸内六角孔 图1.48 螺纹1.4.5创建螺纹建立螺纹特征。执行特征操作工具条中的“螺纹”命令，“小径”4.5.，“长度”20，“螺距”.25，“度”60。 如图1.4-8所示1.5其余构建的模型 （1）填料压盖 （2）齿轮（3）压紧螺母 （4）铆钉第二章 各组件的装配2.1 新建装配文件与添加组件1）新建文件。单击“标准”工具条中的“新建”按钮，系统弹出“文件新建”对话框，选择“模型”“模板”中的“装配”项，在“单位”下拉列表中选择“毫米”，在“新文件名”栏的“名称”文本框中输入“zhuang pei”，单击“确定”完成新建文件。如图21所示图21 文件新建2）添加组件。执行“装配”“组件”“添加组件”命令，或单击按钮，系统弹出如图22所示的“添加组件”对话框。然后单“打开”按钮，然后在“部件名”对话框中选择所需部件，然后单击“确定”如图23所示，在“放置”栏的下拉菜单，中选择“绝对原点”，并选中“scatter”然后单击确定，结果如图24所示 图22 选择文件 图23 添加组件 图24 添加结果2.2装配齿轮与齿轮轴1）为了方便装配我们首先将泵体沿着Z轴旋转80度，执行装配工具条中的“重定位组件“命令”，选择泵体然后单击“确定”，选择“绕直线旋转”按钮，“坐标”选择“0，0，0”单击“确定”，“矢量”选择Z轴，单击“确定”，“角度”填写80，单击“确定”。2）执行装配工具条中的“配对组件“命令，“配对类型”选择“中心”，“配对对象”选择“对”，然后选择齿轮轴圆柱表面，和与其配对的圆柱表面，单击“应用”，结果如图2-5所示 图25 中心 图26 配对3）执行“配对类型”中的“配对”命令，选择齿轮右侧表面，以及泵体上与其破解诶对的表面，单击“应用”，结果如图26所示。4）配对齿轮。（1）首先将齿轮配对到泵体当中，方法同3）结果如图27所示 图3.77 结果 图28 相切（2）执行配对类型中的“相切”按钮，然后选择了齿轮轴的齿面与论吃的齿面如图2-8，单击应用。2.3配对端盖1）旋转端盖。执行装配工具条中的“重定位”命令，选择端盖单击“应用”，然后选择“绕）直线旋转”令，“点位置”选择默认，“旋转轴”选择Z轴，“角度”填80度，单击确定。2）配对端盖。执行装配工具条中的“配对组件“命令，“配对类型”选择“中心”，“配对对象”选择“2对2”，选择端盖上的铆钉孔的圆柱面以及泵体上与齐对应的空的圆柱面，然后选择另一对圆柱面，单击“应用”结果如图29所示，在执行命令，选择段盖上的面以及与泵体上相对应的面，单击“确定”，结果如图20所示. 图29 中心 图210 配对2.4螺钉的配对1）添加螺钉。首先执行装配工具条中的“添加组件”按钮，“部件”栏中“添加部件”选择“luoding”，“重复”栏中“数量”填写“3”，“放置”栏中的“定位”下来菜单中选择“选择原点”，并选中“scstter”，单击“应用”，然后在装配空间里选择一个合适的点，这样就有添加进来了两个螺钉，童言的方法，再添加进来一个“铆钉”，结果如图2所示2）中心对齐。执行装配工具条中的“配对组件“命令，“配对类型”选择“中心”，“配对对象”选择“对”，然后选择螺钉圆柱表面，和与其配对的圆柱表面，单击“应用”，同样的方法将其余两个螺钉进行中心对齐。结果如图2-2所示图211 添加螺钉 图212 中心 图213 配对3）平面配对。执行“配对类型”中的“配对”命令，选择螺钉右侧表面，以及泵体上与其配对对的表面，单击“应用”， 同样的方法将其余两个螺钉进行配对，结果如图23所示。2.5镜像装配执行装配工具条中的“镜像装配“命令，单击“下一步”，选择刚装配好的三个螺钉，单击“下一步”，单击“创建基准平面”按钮，“类型”选择“按某一距离”，然后选择XY平面 ，距离填“61.5”单击“应用”。装配结果图。其余组件的装配不再详细叙述，结果如图24所示第三章 创建爆炸图3.1 自动爆炸单击“爆炸图”工具条的“创建爆炸图”按钮，在弹出测“名称”对话框中填“bao zha tu”，单击应用，然后单击“自动爆炸”按钮，然后单击“全选”按钮，确定后系统要求填写“距离”，填为“50”单击确定，系统自动创建爆炸图。3.2编辑爆炸图单击“爆炸图”工具条中的“编辑爆炸图”按钮，系统弹出“编辑爆炸图”对话框，如图31所示，点亮“选择对象”如图3-2然后选择“duan gai”，然后点亮“移动对象”按钮，然后用鼠标拖动坐标系移动到合适位置如图33所示。其余组件均这样操作。结果图34所示 图31 选择对象 图32 移动对象 图33 编辑距离 图34 爆炸结果第四章 运动仿真4.1 新建仿真1）启动UG NX 8.0程序，选择“文件”“打开”或者单击“打开”图标打开文件“zhuang pei”。2）单击“标准”工具条中的“开始”按钮，弹出开始子菜单。在子菜单中，选择“运动仿真”选项，系统进入“运动仿真”模块。3）单击“运动导航器”图标，系统弹出运动导航器窗口。4）右键单击“运动导航器中的节点，如图41所示，选择“新建仿真”选项，弹出“环境”对话框。 图41 运动导航器 图42 新建仿真5）选择“动力学”单选按钮，单击“确定”，定义新的仿真方案motion-，如图42所示。6）选择“首选项”“运动”命令，弹出“运动首选项”对话框。单击按钮，弹出“全局中立常数”对话框，如图43所示，设置GX和GY的值为0，GZ的值为-9806.65，然后单击确定按钮。图43 重力常数 图44 静态线框7）右键单击屏幕，在弹出的菜单中选择“渲染式样”-“静态线框”命令，则模型显示如图44所示。4.2定义连杆单击“连杆和运动副”工具条中的“连杆”按钮，弹出连杆对话框，如图45所示，“选择对象”选择“泵体”，“设置”选择“固定的”其余默认。单击确定。用同样的方法将“chu lun”和“chi lun zhou”也定义为连杆，注意“设置”中的“固定”不能选中， 图45 定义连杆 4.3定义质量特性执行主菜单中的“工具”“材料属性”，系统弹出“材料”对话框，如图46所示，选择“过滤”栏中的“库”按钮，系统弹出搜索准则对话框，如图47所示。点击“匹配数”按钮，单击确定，系统弹出“搜索结果”对话框，如图48所示，选择3“steel”单击确定。 图46 库 图47 匹配数 图48 选材 图49 定义转动副4.4定义运动副1）首先，在部件导航器中将“duan gai”“不显示”。单击“连杆和运动副”工具条中的运动副按钮，系统弹出运动副对话框，如图4-9所示，“类型”选择“旋转副”，然后选择“chi lun”的轴端外圆，如图4-10所示所示，注意确保Z轴与齿轮轴线重合。单击确定 图410 选择方向/位置 图411 驱动类型2）定义运动副驱动类型。用同1）中的方法将“chi lun zhou”也定义为转动副，在单击确定之前，单击“驱动类型”按钮，选择“关节运动驱动”，如图4-11所示。然后单击确定。4.5定义齿轮副单击“连杆与运动副”工具条中的“齿轮副”按钮，系统弹出齿轮副对话框如图4-12所示，选择“J00”和”J002”,然后直接单击确定。结果如图4-13所示图412 定义齿轮副 图413 选择运动副 4.6解算方案单击“运动”工具条中的“解算方案”按钮，系统弹出解算方案对话框如图4-14所示，“解算方案类型”下拉菜单，选择“关节运动驱动”，然后单击确定。 图414 结算方案 图415 解算4.7解算单击“运动”工具条中的解算按钮，系统弹出：运动驱动对话框如图4-15所示，选中“J003”运动副，“步长”填2，“步数”填000，单击“但不向前”按钮，到此，齿轮泵运动起来了！模拟工作原理原理。如图4-16所示，红色箭头为油液 图416 运动演示总结通过本次课程设计使我对UG零件从建模、装配到仿真的过程有了一个清晰的认识，同时也为以后工作做了点准备。其实，本此课程设计不仅使我对UG 设计软件的操作进一步熟练的了，而且也使我对机械工作原理运动仿真的应用有了进一步的了解。在设计的过程中我的受益是不少的，不仅可对许多以前学过的知识进行回忆，同时也加深了对这些知识的记忆，最重要的是在设计过程中学到了许多新知识和发现自己的一些不足。随着毕业日子的逼近，毕业设计也接近尾声。在指导老师的带领下，我终于顺利完成毕业设计（论文）。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次毕业设计我发现自己的专业知识的不足。毕业设计不是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 这次毕业设计是我明白了自己的知识还是比较欠缺的。自己要学的知识还有很多，以前总是觉得自己什么都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。注重理论与实践的相结合。致 谢本论文是在指导陈小芹老师的悉心教诲指导下完成的，在整个课程设计期间，得到了导师的认真指导和