毕业设计（论文）-槽轮机构CAD系统开发.docx

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 槽轮机构CAD系统开发 系部： 机械工程系 专业：机械电子工程 学号： 112012121 学生： 李磊 指导教师（含职称）： 高丽红（讲师） 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解槽轮机构的工作原理和CAD二次开发等方面的方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事工作打好基础。2主要内容（1）根据已有的槽轮机构资料，进行CAD系统总体设计。 （2）进行三维参数化建模（3）利用有限元进行结构分析3主要参考资料1 孙桓,陈作模. 机械原理M.北京:高等教育出版社,1996. 2 张国宝. AutoCAD Visual Basic开发技术M.北京:科学出版社,2000.3 成刚虎，张磊.一种新型槽轮机构的设计与应用研究J.机械科学与技术,2007, 26(11):34-37.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1槽轮机构的结构分析3月3日3月23日2CAD系统的总体设计3月24日4月13日3槽轮机构的有限元分析4月14日5月4日4三维建模并分析5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 日槽轮机构CAD/CAM系统开发摘要：槽轮机构具有结构简单，传动效率高，设计和制造方便等优点被广泛应用于轻工自动机械行业。本论文主要利用Proe软件作为开发工具，通过参数化设计建立了槽轮机构的CAD/CAM系统，该系统包括槽轮机构的各部件的参数化设计与计算、槽轮机构的装配参数化、运用CAD/CAM系统改变槽轮机构的外形大小等模块。并且用ANSYS软件的有限元方法对槽轮机构的接触应力大小进行详细的分析判断。全文分为五章，分别介绍了CAD技术的发展及前景、槽轮机构的组成及简介、CAD/CAM系统的总体设计、槽轮机构的三维参数化建模以及槽轮机构的有限元分析。关键词：槽轮机构，CAD/CAM系统，参数化设计，有限元分析Slot Wheel Mechanism CAD/CAM System DevelopmentAbstract: slot wheel mechanism is widely used in light industry automatic machinery industry because of its simple structure, high transmission efficiency, convenient design and manufacturing. This thesis mainly uses Proe software as a development tool, slot wheel mechanism is parametric established by CAD/CAM system. This system includes parametric design and calculation of slot wheel mechanism main parts, the slot wheel mechanism assembly parameters. CAD/CAM system was used to change the shape and the size of the slot wheel mechanism and other modules. The finite element method of ANSYS software is a detailed analysis and judgment of the contact stress of the groove wheel mechanism. The full text is divided into five chapters. Respectively, this paper introduced the development of CAD technology and prospects, slot wheel mechanism and composition of introduction, the overall design of a CAD/CAM system, slot wheel mechanism of 3D parametric odelingnd finite element analysis of groove wheel mechanism.Key words: Geneva wheel mechanism, CAD/CAM system, parametric design, finite element analysisI目录1 绪论11.1 CAD技术的国内外现状11.2 CAD技术的发展历程21.3 CAD技术的发展趋势31.4本课题研究目的及意义51.4.1 研究目的51.4.2 研究意义52 槽轮机构的结构分析72.1 槽轮机构简介72.2 槽轮机构的优缺点83 槽轮机构CAD系统总体设计93.1槽轮机构CAD系统开发软件93.1.1 Pro/Engineer工程软件的简介93.1.2 Pro/Engineer工程软件的特点103.2 槽轮机构的CAD系统设计103.2.1槽轮机构从动槽轮的参数化设计113.2.2 槽轮机构主动拨盘的参数化设计123.2.3 槽轮机构底架的参数化设计134 槽轮机构的三维参数化建模154.1 槽轮机构的总体结构设计154.1.1槽轮机构的从动槽轮的设计154.1.2 槽轮机构主动拨盘的设计194.1.3槽轮机构底架的设计234.2槽轮机构的装配设计264.3槽轮机构的参数化分析275 槽轮机构的有限元分析315.1 有限元方法概述315.2应用软件ANSYS的介绍31III5.3槽轮机构的有限元分析336结束语39参考文献40致谢42 III太原工业学院毕业设计1 绪论计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)技术自二十世纪50年代开始发展至今，经历了一个由低级到高级、二维到三维、平面到实体的过程。多年来，以微机平台、WindwoS操作系统以及Internet网络技术为特征的比较新颖的体系促进和引领着CAD/CAM技术的前进方向，CAD技术对于软件的研究开发与实际理论研究成果也迅速发展。本章简略的引见CAD/CAM技术的国内外现状、展开历程、及其展开趋势,阐述了本课题研究的目的及意义。 1.1 CAD技术的国内外现状目前在一些先进的工业国家CAD/CAM技术曾经得到了广阔的使用。在国外，已经有超越300家的CAD/CAM公司，在日本，CAD/CAM技术已经有80%以上的公司在不同程度上得到了应用。CAD/CAM技术的使用领域曾经从大规模企业消费，陆续发展到中、小型民用企业。于此同时，在这些国家以CAD/CAM软件为基础的商品化企业发展极为速度，并且接连不断的推出了拥有强大制图功能的图形软件，例如美国Autuodesk公司开发出来的AutoCAD软件、SDRC公司开发出来的的I-DEAS软件、EDS公司开发出来的的UnigraphieS软件、PTC公司开发出来的的Pro-Engineering、法国Dassault公司开发出来的CATIA等等。此外，像有限元分析、优化设计、数据库管理系统等等一些CAD技术业发展迅速，与此同时很多对生活特别有帮助的的商品化分析软件也相继推出，好比ANYSS、ADAMAS、NATSARN等等，CAD/CAM技术在许多企业中的运用得到了促成。早在七十年代初，CAD/CAM技术曾经在我国渐渐发展起来，那时计算机应用在我国还停留在刚开始发展地步，我国最先使用的CAD/CAM技术是CAD图纸平面制图。到了八十年代初，CAD/CAM技术使用经历了四个阶段：“六五”探寻、“七五”技术钻研，“八五”普遍推行，“九五”深度应用。在我国机械领域中CAD/CAM技术运用最早，而且得到疾速开展，在工业中使用也得到一些重要的成绩。国外的一些熟练的CAD系统逐渐被很多大型企业引入，并在它的基础上进行了再次开发，研发了一些与本企业产品相适应的软件，到目前为止，这些方面取得了非常重要的成绩，而且且取得了相当的经济收益。此外也有一些CAD/CAM系统被一些研究单位独立的开发出来，比方说由北京高华计算机有限公司开发的的高华CAD软件，由北京航空航天大学华正软件研究所开发的CAAX电子图板，广州红地技术有限公司开发的的金银花(Lno1ecar)软件，华中理工大学机械学院开发的开目CAD等等。但我国与国外的软件之间仍然存在着非常大的距离，比如说软件的总体设计以及软件的功能等各个方向。1.2 CAD技术的发展历程回忆CAD技术的进展历程,基本可分为以下四个阶段。（1）二十世纪六十年代初期出现的三维CAD图形。当时它只是简单的线性制造模块，只能表明所做图形的简略的几何关系，不可以很好地评释图形参数间的制约关系。之后七十年代初期，开创者们在二维制图系统CAD/CAM的根底上，做出了立体零件建模系统，以三维图形表层造型为特点的自由表层造型的方式作为研究内容，他们便是给人类带来了第一次CAD技术改革的法国达索飞机研发公司的开创者们。以前落伍的工作方法是只能大概的表示曲面的信息，并且只能凭借油泥造型型来表达，现在得到了改善。但当时价格非常昂贵的CAD/CAM技术，使得CATAI的年租金在我国就需要二十万美元，因此贵族化的曲面造型系统在当时被人们流传。（2）二十世纪八十年代初期，一些CAD/CAM系统开始朝自己的方向发展，代表的CD/CAM系统有VC、SDCR、GV。因为计算机技术发展迅速，CAE、CAM技术也逐步有了明显的进展，在 1989年全国首个大型软件被SDCR公司发布，它意味着以后CAD技术前进的方向。 CAD发展历史上的第二次技术改革是实体建模技术的大面积使用和研究，实体建模技术为人们设计提供了很大的帮助，因为三维建模技术能够准确地表示出物体的所有特点，它在本质上使得CAD、CAE、CAM的三维体现大概统一。三维建模技术不但使计算方法更为简单，而且为体后的发展提供了很好的前景，同时也是工作量更加繁琐。因为当时的软件比较落后，三维建模的算法和图形出现的非常的缓慢，所以应用的领域非常少，人们也不是很提倡，在实际应用起来并没有很好的效果。（3）二十世纪八十年代中期，参数化建模方法作为一种比没有施加任何条件的建模更加创新，计算方法也变得特别简单，它是由美国一家公司提出。该技术大概有以下几个特征：基于特征全尺寸束缚全数据相干尺寸驱动设计修正。那时对于参数化技术来说，他还处在一种发展的初期阶段。一直到八十年代末，随着计算机技术发展较快，由二十几万美元突然降到了只需要几万美元就能搞定的D技术的硬件平台， CAD市场完全普遍，市场也变得更加广阔， CAD技术也被国内很多中小型企业开始使用，可以这样说，引导了了CAD发展史上的第三次技术改革是参数化技术的应用。（4）二十世纪九十年代前后，在参数化的基础上，提出了变量化技术，它是一种比参数化技术更先进、更适用的三维建模技术。参考着这个方法，美国一家公司花费了四年的时间研究出了改善它的办法，并且投资一亿多美元，一种全新体系结构的I-EASMasetrSerieS软件被SDCR公司研发出来。变量化技术有两个特点：连结了参数化技术的原有特点克服了参数化技术的不足之处。由于它的普及，CAD技术发展有了更广阔的天地，还有更美好的前景，同时更推动了CAD技术开展的第四次技术变新从CAD技术的发展史中不难看出， CAD/CAE/CAM技术的普遍应用以及新颖的打造方法都是由于CAD技术理论有了重大的改革。CAD技术到目前为止始终处于不息的开展与研讨之中，中国的科技发展将是永无止境的。1.3 CAD技术的发展趋势从总体上讲，CAD技术的发展趋势是参数化、智能化、三维化、集成化、网络化和标准化。1 参数化CAD系统从开始发展到现在希望研究出的便是参数化技术。参数化技术能够很大程度上节省制造人员的时间和精力。它具有以下优点为设计者提供直观的设计对象精确的反馈能随时更改设计对象，降低设计中疏忽的问题。比较先进的CAD软件在进行设计的过程中，零件里面所有的参数都能设计成可以改变的，他们相互间的约束和关系式都可以建立出来，并且可以加入程序逻辑。这些变量间的关系与设计时的尺寸是通过关系式相连的，而且可以在CAD软件的各种区域实现。参数化设计技术的前景不容小觑，现代机械设计自动化都是在它的前提实现的。 2.智能化CAD系统智能化发展迅速，智能化是以前很麻烦的步骤变得非常简单。比如说在图纸上标注零件的尺寸，以前零件只要是加入一个小小的参数，都需要很多麻烦的步骤。现在用户只需要把需要标明的对象指定出来，所标注对象的尺寸就会相应的位置自动显示出来，甚至自动标注尺寸在整个设计对象上面。修改图形变得更加方便快捷,增加了智能导引的机制。设计者设计意图可以被系统自动检测出来，并切可以提供各种不同的人机交换工具，使得用户感觉非常简便。3.三维化在往常二维绘图软件的运用也是相当普遍，比如说AUTOCAD软件，在工程制图中，设计者较传统制图思想就是将的所构思的三维设计对象转变为二维图形，并在二维软件中绘制。然而用二维图形表明三维物体有以下缺陷：有局限性不直观。随着科技的不断进步，三维图形技术也逐步发展起来，三维实体模型在计算机内部建模，设计者的意图能够更加直观更加全面地反映出来。三维模型的特点:能够实施装配干预查看有限元分析运动剖析，这些都是超高的计算机辅助设计任务。三维实体模型建模完成以后，该模型可以简洁的做出设计者所需要的工程图。CAD技术被广大使用，百分之百的数字化和无纸化设计成功实现，制造时间可以提前两年的时间研制出来。计算机硬件技术在我国有很大的发展前景，二维图形也将很快变为三维建模。4.集成化要想CAD技术发展起来，必须提高它的集成化水平，并且能够在设计和制造行业中得到应用。由于一些系统最初开发的时候都是自主系统独立开发的，比如计算机辅助设计（CAD）计算机辅助分析(CAE)计算机辅助制造(CAM)计算机辅助工艺规划(CAPP)系统。这样，在将其慢慢在企业中发展和使用的过程中，发现有很大的差别对于各个系统中对象的表示方式。比如说在CAD系统中完成的三维图形较为清晰地展现了产品的几何特征，工艺参数也只是当作图纸上的标注加以处理。但是进入CAPP后，这些模型需要人为操作，提取CAPP所需的几何内容，并且需要加入面向产品加工方面的信息。这些造成了很多缺点：信息流的暂停和再次劳动，可能发生信息遗失和错误降低设计的可靠性。计算机辅助设计必须要求系统的集成化，因为他所构造的三维模型要最大程度地被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。集成的CAD系统内部有很多模块，如果要系统有更加完善的功能，那么各个模块之间就要通过统一数据库进行信息提取。5.网络化信息流网络是由产品规划、产品设计、性能测试、工艺准备、主体零部件生产、标准件及特种件外购、产品组装及检验、产品销售及服务等方面集体协作、分散集中、不断反馈的，它是工业企业的实际生产管理过程。由于计算机网络技术的发展迅速，CAD系统的网络化已经成为众所周知的网络潮流。系统的总体优势可以得到充分发挥通过网络化，共同分享巨额的设备，节省花销。通过现在的网络，使用者能够经过高性能的PC机替代巨额的工作站。在网络上可以使不同的设计人员更方便地交换设计数据。只要是与计算机相连的企业，他们与世界上任何地方的工作人员进行交流都非常的方便省事。在不久的将来，很多重要的软件都没有必要安装在自己的电脑上面，使用者只需要在计算机上找到它，就可以使用它在浏览器里面运行出来。这样资源就可以得到了充分有效地利用。6.标准化由于CAD系统的集成化和网络化发展迅速，制定一些标准已经很有必要了，比如说各种产品设计、评测和数据交换标准。到目前为止已经制定了很多标准，如若说图形设备的标准CGI用户的图形标准GKS和PHIGS不同CAD系统的数据交换标准IGES和STEP数据。1.4本课题研究目的及意义1.4.1 研究目的由上述可见，CAD技术的发展与我国工业制造企业发展密切相关，因而相继开发除了许多CAD/CAM软件平台，他们在工业制造企业领域都得到充分的利用。但是因为这些软件都不能针对具体产品的制造要求，往往在设计者制造过程中不能达到想要的效果为此。为了方便设计应用，针对产品特性基于三维CAD软件平台的开发是非常有必要的。槽轮机构是一种较为常见的间歇运动机构形式，它有着简单的结构，生产起来非常容易，而且工作起来很实用，在各种工业领域中得到了运用遍及。在工业制造领域中，槽轮机构的设计是工业领域相当重要的一部分。而在以往的设计中，设计人员仅仅只是对槽轮机构的二维零件图进行设计制造，槽轮机构之间有没有干涉关系都是盲目的，这样就会有漏洞存在。另外，槽轮机构的结构分析在以往的设计中都做的不多，而且很少针对槽轮机构这一零件进行CAD/CAM系统的设计。这样槽轮机构的结构、开发关于本课题组来说是非常有需要的。1.4.2 研究意义以前工作人员在设计槽轮机构的时候，他们需要查找非常多的文件，找到槽轮机构之间的关系式，并且通过复杂的公式进行计算，而且还得考虑内在因素和外在因素对设计产品进行不断修改，在整个设计过程中，由于设计者一不小心搞错了一个尺寸，就得重新进行设计计算，这样势必造成大量时间的浪费以及工作人员的精力浪费。由于上述原因，本课题开发出了一套槽轮机构的CAD/CAM技术，将很多繁琐的公式计算以及相关尺寸融入到CAD系统软件中，通过CAD软件来对整个槽轮机构进行设计。对于使用者来说，只需要在CAD软件中改变几个重要的尺寸便可以得到使用者所需要的结构，然后可以进行应力分析。总体说来，使用CAD技术起到了促进设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、设计周期变短、系列化等作用。2 槽轮机构的结构分析2.1 槽轮机构简介如下图2.1所示的槽轮机构中，它由主动拨盘、从动槽轮、和底架组成。主动拨盘以等角速度作连续回转运动，当主动拨盘上的圆销末进入从动槽轮的径向槽时，因为槽轮的内凹锁止弧被制动拨盘的外凸锁止弧卡住，所以静止不动。图2.1所示为圆销刚进入槽轮径向槽时的地方，此时锁止弧也刚被松开。此后，从动槽轮被圆销拨动。当圆销在另一边分开径向槽时，锁止弧又被卡住，从动槽轮又静止不动。直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又反复上述运动。所以，槽轮大都是间歇运动。图2.1槽轮机构简介槽轮机构组成：带圆销的主动拨盘部位、带有径向槽的从动槽轮结构、固定主动拨盘和从动槽轮的底架构造。主动拨盘和从动槽轮上都有锁止弧：有动槽轮上的凹圆弧和主动拨盘上的凸圆弧。槽轮机构工作过程：主动拨盘一直转动，当内凹弧接触时分，从动槽轮不转；相反，从动槽轮转动。槽轮机构的作用：把不断旋转方式转变为间歇回转方式。槽轮机构的特点：构造单一、制作简单、稳定性高、节省时间、运转稳定、间歇的转动。因为，从动槽轮转动过程中，他的角速度是已在变更的，所以槽轮机构适合低速转动场合。2.2 槽轮机构的优缺点 优点：（1） 构造单一、稳定性高、节省时间。（2） 配合和脱离啮合过程阶段，系统较平稳，能精确掌控旋转的弧度。（3） 转位迅速，从动件能在较短的时间内转过较大的弧度。（4） 槽轮旋转时间与终止时间的比值是一定的。 缺点：（1） 不能够改变槽轮的旋转角度的大小。（2） 槽轮转动的开端地方和终止地方的加速度变更较大，因此容易造成冲击。（3） 若槽轮机构的定位精度要求较高时，能够运用锁紧弧面，然而经常满足不了需求，因此需要加上起笃定地方方面的装备。 （4） 槽轮研发与制造要求具有较高准确度。基于此类原因，槽轮机构通常使用在转速较低的装置中。3 槽轮机构CAD系统总体设计3.1槽轮机构CAD系统开发软件在包装机械中，槽轮机构是运用较为广泛的一种机构，因此对槽轮机构进行开发是非常有必要的，本文运用Pro/Engineer软件对槽轮机构参数化设计，并且进行参数化建模，只需通过改变部分尺寸，就可以生成所需求的槽轮机构，以满生产需要。3.1.1 Pro/Engineer工程软件的简介Pro/Engineer3-D造型设计系统由Parametric Technology Corporation （参数技术公司）于1989年开发出来。从那时到现在，历经10多个春秋，参数技术公司清洁其重大的科研，开发才能和完整的营销策略，取得了辉煌的的成果，成功地通过市场竞争与理论运用的考验。Pro/Engineer高速的版本更新速度，不停修正界面与性能的增强，使得软件愈加人性化和智能化，受到了很多设计工作者的使用和信任。现阶段使用的三维软件中，Pro/Engineer三维软件相比肯定受使用者的青睐，关键在于它可以支撑同步设计，运用Pro/Engineer及其相干软件Pro/Designeer、Pro/Mechanica，可让使用者同时完成工业设计、机械设计、功能模块。加工制造，提高了产品的效率，降低了生产成本。使企业在激烈的商战中取得优势。而且，其内强大的数据库功能，使得企业设计员的设计可以实现自由的交换，提高了设计效率。Pro/Engineer最大的特点是产品参数化的三维结构设计，提供了一系列的功能模块，从开始的零件设计，到设计过程中的零件库，以及设计过程中的各种机构方真模块，还有CNC加工模块。模具设计，电路设计、整机设计、加工制作、逆向工程等等。Pro/Engineer及其相干软件最大的特点是采纳繁多数据库治理，并且是一种全关联的软件。因为Pro/Engineer中所有的模型都是具备联络的，因而，在产品的设计开发过程中，设计者可以做到在任何时候都能修改模型，进而应用到到整个产品的设计中，设计者在任何时候所做的修改，都会应用到全部设计中。设计完后自动更新零件、组件、工程图等模型中所有的2D和3D的尺寸以及相应的工程文件，进而可确保材料的及时性与高效率性，回绝反复，防止浪费时间。这种共跟那个正符合现代产业中所谓的并行设计观念。3.1.2 Pro/Engineer工程软件的特点Pro/Engineer具有典型的参数化设计理念，采用自由交换的数据库设计。有支持同步并列设计的功能。下面主要介绍主要的两个特点：(1)三维造型模型Pro/Engineer脱离了传统的一维的设计方式，而是直接采用三维造型设计，能够将模型真实地，显著地呈现在设计者眼前。除此之外可以通过软件算出造型的表面积、体积、质量、惯性矩、重心等物理量，让使用者更直观的理解产品的相干特点。（2）参数式设计Pro/Engineer其突出的参数化据库设计。使得每个三维数据看作一可变的参数，通过修改这些三维的数据，对应的造型根据尺寸的变化重新建模，达到设计变更的统一性。根据参数化的设计，设计师可以应用里面的参数化设计完成产品的高效率设计，而后经过修正相干数据，就可以实现同步修改的目的。进而降低人为设计和计算所花费的时间，同时降低错误的出现。3.2 槽轮机构的CAD系统设计按照设计的差异，CAD技术能够分为二维CAD和三维CAD技术。二维CAD技术通常将设计品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本”等二维数据的汇合。系统内体现的所有设计都是几何图形，所依据的数学模型是几何模型。体系记录了这些二维数据的几何特色。二维CAD系统通常由数据的输入，数据的编辑，数据的接口，数据的输出和相应的二次开发工具等若干部分构成。 三维CAD技术的重点是产品的三维外型。三维外型是用三维软件将产品的本来外形表现成为三维的模型。模型中包含了产品三维构造的关于点、线、面、体的数据信息。计算机三维外型的建模通过了从线框建模、外表建模到实体建模的演化。所表现的产品信息越来越欠缺和精确，能解决“设计”的领域更广。其中，线框建模仅仅是用二维的棱线体现产品的构造，模式与用线架搭出的外形一样，模型中没有外表、体积等数据。外表建模是使用产品外形的外表面结构建模，其模式与在线框模型上蒙了一层外皮统一，使产品形状具备了一定的三维外型。可以形成诸如暗影、消隐等现象。但三维模型中短少几何外形体积的数据，仿佛一个抽空的壳体。几何模型开展到现在的实体模型阶段，密封的几何外表形成了定量的体积，呈现了几何形状的体的思维，就是在几何体的里面加入了一些材料，使之具有了如品质、密度等属性，且可以查看两个三维体的碰撞和干预等。因为三维CAD系统的模型里含有了许多的理论构造特色，使人们在使用三维CAD外型工具做产品外形设计时，大都表现实际产品的外形或加工制作造进程。依照Pro/Engineer参数化的原理，将槽轮机构从动轮的槽数、从动轮与主动拨盘的中心距设置为两个可变的参数，其余关于槽轮的所有参数都可用这两个完全的参数用关系式的形式表达出来，再经过Pro/Engineer软件进行三维参数化建模，以达到参数化的效果。3.2.1槽轮机构从动槽轮的参数化设计槽轮机构从动轮如下图3.1所示图3.1槽轮机构从动槽轮根据Pro/Engineer参数化的原理，将槽轮机构从动轮的槽数、从动轮与主动拨盘的中心距设置为两个可变的参数，槽轮从动轮的所有参数都可用这两个完全的参数用关系式来表达。（1）完全的参数槽轮机构从动轮与主动拨盘的中心距：L 槽轮机构从动轮的槽数:N （2）槽轮机构从动轮的其余参数如表3.1槽轮机构参数名称槽轮机构的参数表示关系式从动轮槽顶高AA=L*cos(180/N)从动轮槽底高BB=L-(R+Rb)从动轮槽半径Rb5从动轮中心孔半径Rd5从动轮两槽之间夹角的一半TT=180/N从动轮的锁止弧半径RaRa=R-Rb-d这样，槽轮机构的从动轮的所有参数就用两个完全的参数L、N，通过各自的关系式联系起来，完成了槽轮机构从动轮的参数化设计。3.2.2 槽轮机构主动拨盘的参数化设计槽轮机构主动拨盘如下图3.2所示图3.2槽轮机构主动拨盘同样，根据Pro/Engineer参数化的原理，将槽轮机构从动轮的槽数、从动轮与主动拨盘的中心距设置为两个可变的参数，槽轮机构主动拨盘的所有参数都可用这两个完全的参数用关系式来表达。（1）设置完全的参数槽轮机构从动轮与主动拨盘的中心距：L 槽轮机构从动轮的槽数:N （2）槽轮机构主动拨盘的其余参数如表3.2槽轮机构的参数名称槽轮机构的参数表示关系式主动拨盘的半径RaRa=R-Rb-d主动拨盘中心孔半径Rf5主动拨盘拨杆半径Rc8锁止弧与主动拨盘中心的距离B1B1=L-A主动拨盘的回转半径RR=L*sin(180/N)主动拨盘锁止弧半径ReRe=A主动拨盘拨杆与Y轴的夹角TT=180/N这样，槽轮机构的主动拨盘的所有参数就用两个完全的参数L、N，通过各自的关系式联系起来，完成了槽轮机构主动拨盘的参数化设计。3.2.3 槽轮机构底架的参数化设计槽轮机构底架如下图3.3所示图3.3槽轮机构底架根据Pro/Engineer参数化的原理，将槽轮机构从动轮的槽数、从动轮与主动拨盘的中心距设置为两个可变的参数，槽轮机构底架的所有参数都可用这两个完全的参数用关系式来表达。（1）设置完全的参数槽轮机构从动轮与主动拨盘的中心距：L （3） 槽轮机构底架的其余参数如表3.3槽轮机构的参数名称槽轮机构的参数表示关系式底架孔距中心的距离L1L1=L/2底架的长度JJ=3/2L底架的宽度KK=30底架两侧孔的半径RgRg=5这样，槽轮机构的底架的所有参数就用完全的参数L，通过各自的关系式联系起来，完成了槽轮机构底架的参数化设计。4 槽轮机构的三维参数化建模槽轮机构的零件主要包括支架、主动拨盘和从动槽轮，在用Proe进行三维造型是要应用适当的命令，尽量使其三维设计简单化。4.1 槽轮机构的总体结构设计4.1.1槽轮机构的从动槽轮的设计 在PROE中，新建“零件”，通过“拉伸工具”、“去除材料”、“阵列”的命令，建立从动轮的模型。如下图4.1所示：图4.1槽轮机构从动槽轮三维模型然后准备好从动槽轮参数关系式如表4.1槽轮机构参数名称槽轮机构的参数表示关系式从动轮槽顶高AA=L*cos(180/N)从动轮槽底高BR=L*sin(180/N)从动轮槽半径Rb5从动轮中心孔半径Rd5从动轮两槽之间夹角的一半TT=180/N从动轮的锁止弧半径RaRa=R-Rb-d点击Proe工具-关系进如如下图4.2界面：图4.2 proe关系式界面将所有关系式输入关系栏里面，如上图4.2.在局部参数里设置两个完全的参数L、N，点击关系里面的“校验关系并按关系建立新函数”，局部参数就回出现所有关于从动槽轮的参数，如下图4.3所示图4.3 proe参数界面将三维模型里面的所有重要尺寸都用参数来代替，就完成了槽轮机构从动轮的三维参数化设计。如下图4.4所示图4.4槽轮机构从动轮参数化模型打开关系里的局部参数，保持中心距L不变，改变从动轮的槽数N，观察从动轮三维模型的变化。N=6，L=100，如图4.5所示图4.5槽数为6，中心距为100的从动轮N=8，L=100，如下图4.6所示图4.6槽数为8，中心距为100的从动轮4.1.2 槽轮机构主动拨盘的设计在PROE中，新建“零件”，通过“拉伸工具”、“去除材料”的命令，建立从动轮的模型。如下图4.7所示：图4.7槽轮机构主动拨盘然后准备好主动拨盘的参数关系式如表4.2槽轮机构的参数名称槽轮机构的参数表示关系式主动拨盘的半径RaRa=R-Rb-d主动拨盘中心孔半径Rf5主动拨盘拨杆半径Rc8锁止弧与主动拨盘中心的距离B1B1=L-A主动拨盘的回转半径RR=L*sin(180/N)主动拨盘锁止弧半径ReRe=A主动拨盘拨杆与Y轴的夹角TT=180/N点击Proe工具-关系进入如下图4.8界面图4.8 proe关系式界面将所有关系式输入输入关系栏里面，如上图4.8所示.在局部参数里设置两个完全的参数L、N，点击关系里面的“校验关系并按关系建立新函数”，局部参数就回出现所有关于主动拨盘的参数，如下图4.9所示图4.9 proe参数界面将三维模型里面的所有重要尺寸都用参数来代替，就完成了槽轮机构主动拨盘的三维参数化设计。如下图4.10所示图4.10槽轮机构主动拨盘的参数化模型打开关系里的局部参数，改变从动轮的槽数N，槽轮机构的中心距L，观察主动拨盘模型的变化。N=6，L=150时，如图4.11所示图4.11槽数为6，中心距为150的主动拨盘N=8，L=150时，如下图4.12所示图4.12 槽数为8，中心距为150的主动拨盘4.1.3槽轮机构底架的设计在PROE中，新建“零件”，通过“拉伸工具”、“去除材料”的命令，建立槽轮机构底架的模型。如下图4.13所示：图4.13槽轮机构底架模型准备好槽轮机构底架的参数关系式如表4.3槽轮机构的参数名称槽轮机构的参数表示关系式底架孔距中心的距离L1L1=L/2底架的长度JJ=3/2L底架的宽度KK=30底架两侧孔的半径RgRg=5点击工具-关系进入到如下图4.14所示界面将所有关系式输入输入关系栏里面，如下图4.14所示.在局部参数里设置两个完全的参数L、N，点击关系里面的“校验关系并按关系建立新函数”，局部参数就回出现所有关于底架的参数，如下图4.15图4.14 proe关系式界面图4.15 proe参数界面将三维模型里面的所有重要尺寸都用参数来代替，就完成了槽轮机构底架的三维参数化设计。如下图4.16所示图4.16槽轮机构底架参数化模型打开关系里的局部参数，改变槽轮机构的中心距L，观察槽轮机构底架模型的变化。L=150时，底架如下图4.17所示图4.17 中心距为150的槽轮机构底架4.2槽轮机构的装配设计打开proe软件，新建“组件”，然后再装进“支架”零件模型，约束使用“缺省”，再将其自由度全部固定；再装入”拨盘”零件模型，采用 “销钉”连接：最后再装入“从动槽轮”零件模型，一样采用“销钉”连接。装配图如图4.18所示图4.18槽轮机构装配模型4.3槽轮机构的参数化分析点击槽轮机构装配图中的工具-关系，进入如下图4.19所示界面图4.19 proe参数界面在上图4.19中改变槽轮机构的中心距L或者从动轮槽数N，就可以得到所需求的槽轮机构。当N=4，L=100时，装配图变为如图4.20所示图4.20 槽数为4，中心距为100的槽轮机构点击工具-关系，点击局部参数，槽轮机构的所有参数尺寸都可以在里面显示出来同样可以双击装配图，然后所有关于槽轮机构的尺寸都会在装配图中显示出来，如图4.21所示，方便制造者的加工制造。图4.21槽轮机构的相关尺寸当N=6，L=100时，槽轮机构的装配图如下图4.22所示：图4.22 槽数为6，中心距为100的槽轮机构当N=8，L=100时，槽轮机构的装配图如下图4.23所示图4.23槽数为8，中心距为100的槽轮机构当N=4，L=160时，槽轮机构的装配图如下图4.24所示图4.24 槽数为4，中心距为160的槽轮机构5 槽轮机构的有限元分析5.1 有限元方法概述有限元法（finite element method）是一种有较高功能、广泛应用的数值解析方法。科学计算领域，常常需要求解各类积分方程，而许多积分方程的都很难解决，使用有限元法将微分方程分散化后，可以编制程序，使用计算机辅助求解。有限元法在晚期是以变分原理为根底发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描绘的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着严密的联络）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。有限元方法求解力学问题的基本思想是: 由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值方法。将间断的求解域分成为一组单元的组合体，用在每个单元内假定的近似函数来分片的表现求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来诠释。从而使一个间断的无限自由度效果改为离散的有限自由度效果。有限元方法的实质是用有限个单元体的组合代替连续体，化无限自由度问题为有限自由度问题；是用有限子域的组合代替一个连续域，化连续场函数的微分方程求解问题为有限个参数的代数方程组求解问题。对于大多数形状和边界条件复杂的工程问题，要想获得问题的解析解答是不可能的，只能寻求各种近似的数值方法，而有限元方法是一种卓有成效的数值分析措施。5.2应用软件ANSYS的介绍ANSYS是国内最著名的大型通用有限元软件之一，普遍应用于航空航天、汽车、机械制造、电子电气、船舶、压力容器、核能、生物医学等很多地方。ANSYS以其Mu1tiphysics（多物理场）剖析性能而闻名。它包含有构造、流体、电磁、热四大学科，并提供了各物理场间彼此耦合的性能。ANSYS经过三十多年的发展，从大型机、工作站到PC机，现在已经可以应用于各种系统，并支持同构及异构网络的的并行计算，目前ANSYS的最高好版本为ANSYS14.0。ANSYS软件与很多CAD软件的接口良好，使用户在建模方面更加方便，增强了CAE软件的可操作性，目前ANSYS与简直一切的重要CAD软件，如UG、Pro/E、Solidworks、Solidege、CATIA等都有间接的接口。ANSYS软件性能十分厉害，使用领域也很广，其极为简单的图形用户界面(GUI)和优良的顺序架构非常重要，基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输入窗口组成。主窗口主要由五个部位组成，分别为：（1）Utility菜单这部分菜单大概经过ANSYS相干性能组件其作用，好比文件管制、参数抉择、图像参数控制及参数输出等。（2）InputWindows（命令输出窗口）命令输出窗口（也称为命令栏）显示按次提醒信息并容许用户间接输入命令，简化剖析进程。（3）Toolbar（工具栏）工具栏主要由单击按钮组成，这些按钮都是ANSYS中非常常用命令。用户能够按照本身任务类型定义自己的工具栏以节约分析效率。（4）MainMenu（主菜单）主菜单包含了ANSYS最主要的性能，分为前处理器(Preprocessor)、求解器(Solution)、通用后处理器(GeneralPostprocessor)、设计优化(DesignOptimizer)。（5）GraphicWindows（图形窗口）图形窗口显示剖析进程的图形，在图形窗口中完成图形的抉择。在这里能够观察实体建模各个进程的图形并察看到随后剖析的结论。输入窗口显示程序的文本信息，即以简略表格方式显示过程数据等信息。通常，输入窗口被主窗口遮蔽，当然，假如需求随时能够将输入窗口拖到后面。完全交互式图形操作是ANSYS软件一个非常重要的组成部分，图形关于校验前解决数据和在后处理中剖析求解结果都非常重要。本章主要是利用有限元软件建立槽轮机构的有限元模型，并进行静力学分析。5.3槽轮机构的有限元分析一：分析思路选取四槽槽轮机构进行有限元分析，利用Proe软件建立槽轮和拨盘的模型，并装配成槽轮机构，保存副本为.igs文件。将.igs文件导入到ANSYS中，进行槽轮机构运动模拟仿真分析，再拨盘上施加转矩，槽轮固定，通过定义槽轮和拨盘的接触对实现接触应力的分析，按控制变量方法建立不同接触点出的模型，得出在不同接触点处应力大小的变化情况。二：分析步骤（1） 建立模型利用Proe建立模型转入ANSYS中，考略到实际分析，去除机构的底架，（2) 选择单元模型根据模型特点选择实体单元solid 185，能够得到精确的分析结果。Solid 185称为3D 8节点结构实体单元，用于模拟3D实体结构，该单元由8个节点定义，每个节点有3个自由度，即延X、Y、Z三个方向平移自由度，可变为五面体的棱柱体单元，或四面体单元。（3） 定义材料属性模拟金属材料，弹性模量为2100MPa，泊松比为0.3.（4） 网格化分考虑产品的实际情况，选择定义单元网格大小为0.3，较细的网格可得到较高的精度，但会带来大的计算量，因袭选择合适的网格大小非常重要。（5） 创建圆柱坐标系移动工作平面到拨盘中心，建立圆柱坐标系，将中心孔上上的节点自由度与坐标系重合，即将节点坐标系变为柱坐标。（6） 环境加载对槽轮中心孔上的所有节点的自由度全部约束，对拨盘的中心孔上所有节点约束X，Z的自由度，给Y方向施加10N的力。（7） 定义分析设置打开大变形，定义载荷时间为0.1，载荷子步为40步，输出每一个子步。（8） 求解三：分析结果（1）当槽轮机构拨盘的圆销刚要进入并拨动槽轮时槽轮机构变形量大小分析结果图5.1 拨盘的变形量大小由图5.1可以看出，槽轮机构拨盘的最大变形量为0.36377mm。图5.2 槽轮的变形量大小由图5.2可以看出，槽轮机构槽轮的最大变形量为0.131985mm。槽轮机构总体应力大小分析结果图5.3 槽轮机构总体应力云图由图5.3可以看出，槽轮机构总体最大应力为135.624MPa。图5.4 拨盘应力大小云图由图5.4可以看出，槽轮机构拨盘的最大应力为27.356MPa。图5.5 槽轮应力大小云图由图5.5可以看出，槽轮机构槽轮的最大应力为135.634MPa。（2） 当槽轮机构拨盘上的圆销运动到某一位置时槽轮机构变形量大小分析结果图5.6 槽轮变形量大小由图5.6可以看出，槽轮机构槽轮的最大变形量为12.507mm。图5.7 拨盘的变形量大小由图5.7可以看出，槽轮机构拨盘的最大变形量为13.555mm。槽轮机构的总体应力分析结果图5.8 槽轮机构总体应力云图由图5.8可以看出，槽轮机构总体最大应力大小为73.964MPa。图5.9 槽轮应力大小云图由图5.9可以看出，槽轮机构槽轮最大应力为0.929e-0.3MPa。图5.10 拨盘应力大小云图由图5.10可以看出，槽轮机构拨盘的最大应力为143077MPa。6结束语本论文主要是用Proe软件开发出槽轮机构的CAD/CAM系统，主要研究了槽轮机构的结构、参数化分析、参数化建模以及四槽槽轮机构的有限元应力分析。通过这几个月的努力，使我熟练掌握并运用Proe软件以及有