机械设计的应用

机械设计广泛应用于各种机器中，包括汽车，机床，航天，并且使用计算机辅助实现机电一体化，大大的提高了精确度和减少了劳动时间。现在介绍机械设计在汽车差动器中的应用与机械设计的计算机辅助设计。差速器具有三种功能： 使发动机动力指向车轮 相当于车辆上的最终传动减速器，在变速器撞击车轮之前最后一次降低其旋转速度 在以不同的速度旋转期间向车轮传输动力（这是将它称为差速器的原因）汽车需要差速器的原因，以及差速器的作用和缺点。以下将介绍几种防滑差速器，也称为限滑差速器。为什么需要差速器？车轮旋转的速度是不同的，尤其是转弯时。在以下动画中可以看到转弯时每个车轮行驶不同的距离，并且内侧车轮比外侧车轮行驶的距离短。由于速度等于行驶的路程除以通过这段路程所花费的时间，因此行进路程较短的车轮行驶的速度就较低。同时请注意，前轮与后轮的行驶距离也不同。对于汽车上的非驱动轮（后轮驱动汽车的前轮或前轮驱动汽车的后轮） ，这并不是问题。因为在前轮和后轮之间没有连接，所以它们独立旋转。但是驱动轮被连接到一起，以便单个发动机和变速器可以同时使两个车轮转动。如果汽车没有差速器，车轮必须锁止在一起，以便以相同的速度旋转。这样汽车将不便于转弯 为了使汽车能够转弯，一个轮胎必须滑动。对于现代轮胎和混凝土路面，轮胎需要很大的动力才会滑动。此动力必须由轴从一个车轮传输到另一个车轮，这会在轴组件上形成很大的压力。什么是差速器？差速器是将发动机扭矩按两个方向分开的设备，可允许每次输出的扭矩以不同的速度旋转。现在在所有汽车或卡车上都配备差速器，一些全轮驱动车辆上（全时四轮驱动）也配备差速器。这些全轮驱动车辆的每组驱动轮之间都需要一个差速器，并且在前轮和后轮之间也需要一个，因为在转弯时前轮行驶的距离与后轮不同。 分时四轮驱动系统在前轮和后轮之间没有差速器，相反，他们被锁止在一起，以便前轮和后轮以相同的平均速度转弯。这就是当四轮驱动系统啮合时这些车辆在混凝土路面上很难转弯的原因。以不同的速度旋转我们将介绍最简单的差速器开式差速器。 当车辆笔直向前行驶时，两个驱动轮以相同的速度旋转。输入小齿轮转动齿圈和保护架，同时保护架内的小齿轮均不旋转，这样两侧齿轮均被有效锁定到保护架。输入小齿轮是小于齿圈的齿轮，它是汽车上的末级减速齿轮。后轴比或主减速器传动比。这些是差速器中的齿轮比。如果主减速器传动比是 4.10，则齿圈的齿数是输入小齿轮齿数的 4.10 倍。 汽车转弯时，车轮必须以不同的速度旋转。在上图中，可以看到汽车开始转弯时保护架上的小齿轮开始旋转，车轮以不同的速度移动。 内侧齿轮比保护架旋转得慢，而外侧车轮比保护架旋转得快。 机械设计应用计算机加工齿轮轴在湖大金工实习中，曾使用 CAM 软件通过建模和数控机床的编程实现在计算机上的模拟加工。1.1 制定零件加工工艺路线a）参照模型 b）工件 c）加工结果图 1.1根据上图所示齿轮轴的零件加工过程，制定以下加工工艺路线：区域车削右端面（修整端面）区域车削右外圆（最大限度地去除零件毛坯材料）轮廓车削右轮廓（对零件进行定量的切削）凹槽车削退刀槽（对零件的指定凹槽进行车削加工）螺纹车削外螺纹（对零件的指定螺纹进行车削加工）区域车削左端面（修整端面）区域车削左外圆（最大限度地去除零件毛坯材料）轮廓车削左轮廓（对零件进行定量的切削）体积块铣削大键槽（对零件的指定体积内材料进行铣削加工）体积块铣削小键槽（对零件的指定体积内材料进行铣削加工1) 设置工作目录启动 Pro/E 程序后，点击菜单栏上的【文件】【设置工作目录】命令，将工作目录设置至 D:0701120515+湖大傅啸龙+CAM 实训齿轮轴图形文件。2) 创建参照模型在工作目录内创建如图 1.1 a）所示，名为 ref.prt 的参照模型。尺寸如图 1.2.1 所示。图 1.2.13) 创建参照工件在工作目录内创建如图 1.1b）所示，名为 wrk.prt 的工件。尺寸如图 1.2.2 所示。图 1.2.21.2 创建零件的制造模型1) 新建数控制造模型在工作目录内创建名为 chilunzhou.mfg 的制造/NC 组件。2) 引入参照模型在制造菜单中，选择制造模型装配参照模型命令。引入名为 ref.prt 的参照模型，缺省放置。3) 引入工件在制造菜单中，选择制造模型装配工件命令。引入名为 wrk.prt 的工件，三个坐标平面分别和对应的参照模型坐标平面对齐放置。2 Pro/NC 加工操作流程2.1 制造设置1) 机床设置在制造菜单中，选择制造设置命令。在操作设置对话框中，选择机床设置。 2) 操作设置在模型上新建名为 ACS0 的坐标系。选取坐标系 ACS0 为参照加工零点。退刀面为沿 Z 轴距离为 10 的平面。2.2 车削右端面1) 建立名为 1duanmian 的区域车削 NC 序列2) 设置车削刀具3) 设置切削参数4) 草绘切削轮廓5) 车削结果2.3 车削右外圆1) 建立名为 1waiyuan 的区域车削 NC 序列。2) 设置车削刀具3) 设置切削参数4) 草绘切削轮廓5) 车削结果2.4 车削右轮廓1) 建立名为 1waiyuanjingjiagong 的轮廓车削 NC 序列。2) 设置车削刀具3) 设置切削参数4) 切削轮廓与车削右外圆的切削轮廓相同5) 车削结果2.5 车削退刀槽1) 建立名为 1tuidaocao 的凹槽车削 NC 序列。2) 设置车削刀具3) 设置切削参数草绘车削轮廓4) 车削结果2.6 车削外螺纹1) 建立名为 1wailuowen 的螺纹车削 NC 序列。2) 设置车削刀具3) 设置切削参数4) 草绘车削轮廓5) 车削结果2.7 建立新的操作设置在制造菜单中，选择制造设置命令。在操作设置对话框中，选择新建命令。在模型上新建如下图所示，名为 ACS1 的坐标系。选取坐标系 ACS1 为参照加工零点。退刀面为沿 Z 轴距离为 10 的平面。2.8 车削左端面1) 建立名为 2duanmian 的区域车削 NC 序列。2) 设置车削刀具和切削参数，与车削右端面相关设置相同。3) 草绘车削轮廓4) 车削结果2.9 车削左外圆1) 建立名为 2waiyuan 的区域车削 NC 序列。2) 设置车削刀具和切削参数，与车削右外圆相关设置相同。3) 草绘车削轮廓4) 车削结果2.10车削左轮廓1) 建立名为 2waiyuanjingjiagong 的轮廓车削 NC 序列。2) 设置车削刀具和切削参数，与车削右轮廓相关设置相同。3) 车削轮廓与车削右外圆的车削轮廓相同。4) 车削结果2.11建立新的制造设置1) 机床设置在制造菜单中，选择制造设置命令。在操作设置对话框中，选择机床设置2) 操作设置选取坐标系 NC_ASM_DEF_CSYS 为参照加工零点。退刀面为沿 Z 轴距离为 100 的平面。2.12铣削大键槽1) 建立名为 3dajiancao 的体积块铣削 NC 序列。2) 设置铣削刀具3) 设置铣削参数4) 创建如下图所示的铣削体积块5) 铣削结果2.13铣削小键槽1) 建立名为 3xiaojiancao 的体积块铣削 NC 序列。2) 设置铣削刀具3) 设置铣削参数4) 创建如下图所示的铣削体积块5) 铣削结果到此完成全部加工操作3 Pro/NC 加工后置处理1) 设置 NC 后置处理器分别设置车削后置处理器和铣削后置处理器。在这里我们通通接受系统的默认值。2) 导出刀路文件在制造菜单中，选择 CL 数据 输出NC 序列选择所需序列文件完成单击确认。重复将 10 个 NC 序列全部导出为 CL 文件。3) 导出 G 代码文件在制造菜单中，选择 CL 数据 后处理打开，在对话框中选择 CL 文件，单击打开、完成，选择对应的后处理器，系统弹出信息窗口，单击回车按钮，完成后处理过程。4) 显示 G 代码文件G 代码文件保存目录为 D:0701120515+湖大傅啸龙+CAM 实训 齿轮轴图形文件。在目录中找到名为 1duanmian.tap 的文件，此文件就是第一步车削右端面的 G 代码。如下所示。参考文献1. 孙江宏. Pro/ENGINEER Wildfire（野火版）数控加工教程. 清华大学出版社2. 岳贵友. Pro/ENGINEER Wildfire2.0 中文版数控加工教程 . 中国水利水电出版社3. 曹岩. Pro/ENGINEER Wildfire 数控加工实例精解. 机械工业出版社4. 程云建. Pro/ENGINEER （野火版 3.0