自动水果去皮机设计论文

毕业（设计）论文 系（部） ￥ 专 业 ￥ ￥ ￥ 班 级 ￥ ￥ 指导教师 ￥ ￥ 姓 名 学号 学 院 论 文 自动水果去皮机设计 摘要 我们知道水果中 含有丰富的糖 、 有机酸、 纤维素 、维生素、矿物质、多酚及黄酮类营养物质 ，随着时代 的发展人们越来越注重食用绿色水果，使我们吃的更加健康。但是现代科学技术生产的化肥农药激素等在蔬菜瓜果的使用使表面都有残留。特别是 有机磷农药广泛用于谷类、蔬菜、水果及茶等作物，有机磷农药可在食品洗涤、去皮、加热过程中 可以 消减 ，但 有机磷农药对人体有一定毒性，长期慢性接触对人的神经功能会造成损害。 有的人可能会说，水果洗了数次，并用开水或洗涤灵消毒后，果皮上的农药不就去掉了吗？回答是否定的，因为这些农药经过单纯的洗涤是不能完全洗掉的，果农在管理果树时，从花落到结果，一直使用农药，时间一长，一些农药就会残留在果皮里， 像六六六、滴滴涕、乐果、敌百虫等毒素，这些农药对人体有一定的毒性，即使是少量的对儿童也极为有害。吃水果时 ,若不削皮 ,就会连残留在水果上的农药也吃进去。轻者会呕吐腹泻 ,重者危及生命。为了更好的为社会服务， 本文着重研究齿轮传动工作原理、蜗杆传动工作原理、渐开线形成和特性、渐开线齿廓的啮合特性，完成自动水果去皮机的设计，并使用 UG NX5 软件进行了造型和运动仿真， 在整体上对苹果机的外形进行了重新设计，不仅解决了安全问题，同时是您家居的理想艺术品。 关键词：齿轮和蜗杆传动 UG NX5软件 CAD软件 苹果型 外壳 吸盘 学 院 论 文 目录 自动水果去皮机设计 . 1 1 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究意义 . 2 1.3 研究内容 . 3 2 自动水果去皮机设计 . 4 2.1 设计原理概述 . 4 2.2 外形设计 . 4 2.3 固定吸盘的选择 . 5 2.4 传动装置设计 . 6 3 UG 建模 . 11 3.1 水果削皮机的外壳设计与建模 . 11 3.2 削皮机的果皮盒的设计与建模 . 14 3.3 削皮机的底座的设计与建模 . 14 3.4 削皮机的上壳的设计与建模 . 15 3.5 削皮机的螺杆的设计与建模 . 16 3.6 刀具的设计与建模 . 21 3.7 上固定座的设计与建模 . 22 4 水果去皮机装配 . 23 4.1 UG 装配概述 . 23 4.2 装配效果图 . 24 4.3 UG 仿真工作原理图 . 24 5 结束语 . 26 5.1 论文总结 . 26 5.2 工作展望 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 29 学 院 论 文 1 第一章 绪论 1.1 研究背景 我们知道水果中含有较多的维生素和矿物质，但是现代科学技术生产的化肥农药激素等在蔬菜表面都有残留。有的人可能会 说，水果洗了数次，并用开水或洗涤灵消毒后，果皮上的农药不就去掉了吗？回答是否定的，因为这些农药经过单纯的洗涤是不能完全洗掉的，果农在管理果树时，从花落到结果，一直使用农药，时间一长，一些农药就会残留在果皮里，像六六六、滴滴涕、乐果、敌百虫等毒素，这些农药对人体有一定的毒性，即使是少量的对儿童也极为有害。 水果的外皮部分可有各种各样的微生物、寄生虫卵，有的是运输者或采摘人的手上污染的。有的是销售者用污水浇洗而污染的。据调查，有的地区水果外皮上大肠杆菌，其 4性率达 % %水果的外皮上还可能被各种虫类的代谢 产物沾污。吃水果时 ,若不削皮 ,就会连残留在水果上的农药也吃进去。轻者会呕吐腹泻 ,重者危及生命。那我们怎样清除水果表面的残留物那？ 一般而言 ， 可用以下方法清除： 第一是清水浸泡法，将水果用清水浸泡 20到 30分钟，然后反复冲洗两到三次，这样可以除去部分的残留农药。还可以添加果蔬洗剂之类的清洗剂，增加农药的溶出。 第二是碱水浸泡法：先用 5%碱水浸泡 5-15分钟后，再用清水冲洗干净。 第三是开水浸泡法：将清洗好的水果在开水中泡 2到 5分钟，然后用清水洗涤 1至 2遍。 第四是去皮法：对于带皮的水果，如苹果、 梨子、狲猴桃等，我们先清洗一遍，再去掉表皮，这种办法就可以去除表面的农药残留。 第五是储藏保管法：有条件的话，将比较好保存的水果买回后存放 10 15天左右，也能降低残留农药的毒性。 以上方法对于水果残留农药清除具有良好的效果，既可确保水果的营养成分，也让我们食用起来更加健康。 但 清水浸泡法 、 碱水浸泡法 、 储藏保管法 周期太长，使用不方便。 开水浸泡法 由于用开水会烫伤水果，使水果变味，营养成分损害。总之去皮法比较方便，随即食用，还不损害水果的营养成分。而手动去皮又十分困难。这样以来水果去皮机的研制就十分必要。 目前在 市场上有手动（图 1-1）和自动（图 1-2）两种类型的水果去皮机，但都不是很理想。 学 院 论 文 2 图 1-1 手动去皮机 图 1-2 自动去皮机 图 1-3 手动去皮 图 1-1为目前市场上应用较多的一类水果切削机，其刀尖均外漏，安全性能较低。工作时需首先 装上手柄，将苹果器底部固定在桌面上，然后将苹果放在针头，最后转动手柄，刀头就会从苹果底部开始旋转，沿苹果表面旋转，直到苹果头部，这时刀就会离开苹果 。去皮过程结束。 图 1-2所示的手动水果去皮机，它的工作过程是：水果插在果叉上，然后摇动把柄，刀具和苹果就会跟着转动，完成切削过程，切下的果皮被下面的小盘子接到。可以说非常的环保。但苹果的固定采用针头法，很容易把水果损害，长期使用也不卫生。 图 1-3所示的自动水果去皮机，工作过程为：水果插在果叉上自转，装有刀片的刀架沿着预置的封闭轨迹运动并与水果表面形成切削关系，完成果皮的刨削。产品适用于圆形或近似圆形的果蔬削皮，例如苹果、雪梨等水果。但是一般采用针头固定，容易弄伤水果，如果长期重复使用，针头及针头根部易出现赃物和细菌。同时针头 不适合于小孩及老人使用。不小心的话会弄伤手。产品样式老套，没有创新，不美观。 1.2 研究意义 朋友来时或自己需要品尝水果时，它可以给你带来方便和清洁卫生的感受。有了它， 学 院 论 文 3 你的家居生活更加干净清爽；有了它，水果的滋味更加的清甜、美味。 它能免去您削皮的麻烦，轻轻摇一摇，果皮不见了！人性化的设计让小孩老人都能安全操作。不再担心用水果刀削皮而削伤手指的危险了。水果削皮机外形雅致。是您家居理想装饰品。无论是苹果还是梨，三五秒钟自动削皮，为您节省时间，减少亲朋聚会及独自休闲的费时劳动。轻轻松松，闲情逸致。 削皮机削的 果皮薄不断线。不同于水果刀削皮时多削去果肉果皮满地，事后扫地及手掌贴果肉不卫生的情况，不浪费卫生省事。无论是个人食用还是招待亲朋；家居还是酒店餐饮及会议；整果还是水果拼盘。水果削皮机都是您必备的家居利器。 1.3 研究内容 本款式 水果切削机 设计的切削最大果体直径在 105mm左右，加工于苹果、生梨或土豆（马铃薯）等果菜的削皮 。 特别对老年人、婴幼儿食用新鲜、卫生的水果和家庭厨房制作果浆、果汁、果片等食品，创造了许多便利，是文明生活的好帮手， 广泛 也是馈赠亲友和长辈及促销等的好礼 。论文主要研究一下四方面的内 容： 通过电池或交流电作为动力源，带动齿轮及螺杆传动致使苹果做转动，拟选择刀做去皮刀片，实现苹果的去皮。 固定方式的改善。采用吸盘结构，吸盘在削皮机的用途有两个。 一、固定底座，使削皮机在工作时更加的稳定，不发生摇摆。 二、固定苹果，吸盘由于是橡胶制品，不会对水果的果肉造成损害。 外形时尚感的设计。外形为一个红色透明的大苹果形状，不仅是一个很实用的削 皮工具，而且是很好的工艺品。在家摆放及其美观增加食欲，每天都能保持愉快 的心情 。 计算机仿真模拟。在电脑上对水果切削机的工作原理和工作过程进行仿真模拟， 非常直观的了解其原理和工作过程。 学 院 论 文 4 第二章 自动水果去皮机设计 2.1 设计原理概述 本课题“自动水果去皮机”的设计 采用铝合金支架，用真空原理的塑胶吸盘来固定机子，方便而牢固； 利用 弹性削皮刀具仿形能力很强， 以 适应 切削 不同椭 圆 度和凹凸 面，利用电池或交流电带动齿轮传动，刀头从苹果底部开始旋转，沿苹果表面旋转，直到苹果头部。传动装置主要采用齿轮传动，其简述如下。 2.2 外形设计 外形的设计理念以美观小巧精致为指导思想。把我们的产品设计 成一种不仅实用而且美观的物品。在再实用的同时，还可以美化家居，让人产生一种美得感觉，使产品成为一种艺术品。随着现实生活中房价越来越高，人们购买大房子的负担越来越重，在收入情况一定的情况下，必然导致人们生活空间（所购买房子的面积）缩小。这样一来我们的产品就应以小巧为方向，在空间面积一定的情况下，主人购买东西就应考虑，我买了这个东西之后往哪放，如果产品过大，一定会打击购买者的积极性！笔者本着以人为主的思想，美观经济的方向，将苹果去皮机设计成如图 2-1 所示的苹果外形，提升了苹果机外形的美感，既是一款实用工具，又是 一个艺术品。 图 2-1 苹果去皮机外壳实体图 学 院 论 文 5 2.3 固定吸盘的选择 图 2-2 1）概述 吸盘是一种带密封唇边的，在与被吸物体接触后形成一个临时性的密封空间，通过抽走或者稀薄密封空间里面的空气，产生内外压力差而进行工作的一种气动元件。 真空吸盘，又称真空吊具，是真空设备执行器之一。吸盘材料采用丁腈橡胶制造，具有较大的扯断力，因而广泛应用于各种真空吸持设备上。 生产真空吸盘的材料一般为各种橡胶、塑料和金属。我们经常见到的真空吸盘是 NR、NBR、 SI、 FKM、 PUR、 NE、 EPDM、 SE 等多种橡胶制造的。如果我们按形状分类，可分为扁平吸盘，椭圆吸盘，波纹吸盘和异形吸盘，其中波纹吸盘有进一步细分为二层波纹吸盘，三层波纹吸盘和多层波纹吸盘。按稀薄密闭空间的方式分类，可分为气动吸盘和 手动吸盘。 2）特点 易损耗。由于它一般用橡胶制造，直接接触物体，磨损严重，所以损耗很快。它是气动易损件。正因如此，它才如此显著地从众多气动元件中重点突出出来了。 易使用。不管被吸物体是什么材料做的，只要能密封，不漏气，均能使用。电磁吸盘就不行，它只能用在钢材上，其他材料的板材或者物体是不能吸的。 无污染。真空吸盘特别环保，不会污染环境，没有光、热，电磁等产生。 不伤工件。真空吸盘由于是橡胶材料所造，吸取或者放下工件不会对工件造成任何损伤。而挂钩式吊具和钢缆式吊具就不行 。在一些行业，对工件表面的要求特别严格，他们只能用真空吸盘。 3）选择真空吸盘时考虑的事项 真空吸盘吸力计算公式： W=(PxC)/101x10.13 4）吸盘工作原理 学 院 论 文 6 由于真空吸盘的特殊结构，在与物体接触后会形成一个临时性的密闭空间。我们通过气动管路或者一定的装置，抽走或者稀薄密闭空间里面的空气。这样，密闭空间里面的气压就低于外界的一个大气压了。于是，内外压力差产生了。外面的大气压会把物体和真空吸盘牢牢地挤压在一起。这样，我们就看到真空吸盘吸住了物体。通过人们的聪明才智，我们在达到我们的目的后把密闭空间和 外面的大气压联通，真空吸盘就与物体分离开了。基于上述原理，真空吸盘一般被用于搬运和固定物体之用，本设计采用真空吸盘。 5） 吸盘在水果削皮机中的运用 图 2-3 图 2-4 图 2-5 如图 2-3 ，这是固定苹果的下半部分的吸盘，用它的好处就是不会对苹果造成 任何的伤害，保持水果的良好品质。 如图 2-4，这是固定苹果的下半部分的吸盘，其主要作用就是固定苹果的上半部， 当苹果在削皮的过程中，以免苹果发生打转。 如图 2-5，这是固定苹果机的吸盘，它的位置在削皮机的最下面，吸盘比较大， 具有很大的吸力，主要用来固定整个削皮机，使它在工作时更加稳定。 2.4 传动装置设计 1）齿轮传动特点分析 众所周知，齿轮传动式机械传动中应 用最广泛的一种传动，它是利用一对齿轮的 学 院 论 文 7 轮齿的轮齿齿形的啮合，实现机器中两轴之间的传动，即转速（速度）、转矩（力）和运动方式的传递。 齿轮传动机构，它主要由一对啮合齿轮和机架等组成，主动齿轮的齿数为 z1（轮齿的数量），从动齿轮的齿数为 z2，两齿轮分别绕轴 O1和 O2传动。当主动齿轮一转速 n1或角速度 w1作顺时针方向转动时，通过两轮齿的齿形啮合，转换为从动齿轮逆时针方向转动，其转速为 n1（角速度 w1），从而实现机器的预定运动规律，改变转速、转矩或传动的方式。 对齿轮传动机构的两个基本要求是传动平稳、承载能 力强。要满足传动平稳的要求，应该使其瞬时传动比，即主动齿轮的角速 w1与从动齿轮的角速度 w2的比值 i12保持不变；要满足承载能力强，应该对齿轮传动机构进行强度计算和结构设计。 与其他传动相比，齿轮传动机构具有下列主要特点： 能保证两轴线之间传动有恒定的瞬时传动比，运动传递准确可靠； 传递速度和功率的范围较大，圆周速度可达 150m/s，传递功率有几瓦特至几千瓦； 传动效率较高，一般为 0.94 0.99，使用寿命较长，结构紧凑 当两轴线之间距离较大时，其结构不如带传动、链传动简单； 在传递直线运动时， 齿轮传动的平稳性不如液压传动和螺旋传动，遇到过载时，不会像带传动一样产生打滑，使主要设备得到保护； 渐开线齿廓的加工需要专用机床，因此制造成本较高。 2）直齿圆柱齿轮传动 一对圆柱齿轮所组成的齿轮传动是齿轮传动机构中最简单的形式，它用于平行轴之间的传动，如图 2-1 表示外啮合齿轮传动。当主动齿轮传动时，通过齿廓啮合，失聪动齿轮获得与主动齿轮相反的转动方向。 不同的齿轮，其圆周上的齿距 p和压力角是不同的。为了方便计算，在齿轮的齿顶圆和齿根圆之间规定一个半径为 r的基圆，作为齿轮几何尺寸计算的基准，这个 圆被称为分度圆。分度圆上的齿距、齿后和齿槽宽分别用 p、 s、 e表示。齿距 p是指在分度圆上相邻两轮齿同侧齿廓间的弧线长度。社齿轮齿数为 z，则从齿距定义得 pz= d 直齿圆柱齿轮的基本参数定在端面上，即垂直于轴线的平面，它包括模数 m、压力角 a、齿顶高系数 ha*、顶隙系数 c*和齿数 z 等参数，分度圆直径为 d，上式包含无理数，使计算和测量均不方便，通常将比值标准化，称为模数，用 m表示： d=p/ =d/z 学 院 论 文 8 则分度圆直径 d=mz 式中： m 齿轮的模数， mm。 为了限制渐开线齿 形加工时所用切削刀具的数量，我国规定了模数的标准 系列，如表 2 1所示。按标准系列中的数值确定模数，便于齿轮传动的制造和维修。 表 2-1 圆柱齿轮模数的标准系列 第一系列 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 第二系列 1.75 2.25 2.75 （ 3.25） 3.5 （ 3.75） 4.5 5.5 （ 6.5） 7 9 （ 11） 14 18 22 28 (30) 36 45 图 2-2不同模数轮齿大小 如图 2-2 表示不同模数的轮齿大小。模数越大，则轮齿轮齿越大，齿轮的承载能力就越大，但齿轮的外形尺寸越大。 分度圆的压力角对轮齿的影响。轮齿分度圆的压力角直接影响渐开线齿廓的形状受力和齿轮的传动性能。压力角越小时，沿运动速度方向的力会变大，则齿轮的传力性能好单齿廓的齿顶齿厚 Sa 增厚，齿根齿厚 Sf 减薄，使轮齿的根部强度减落；压力角越大，则传力性能越差，大轮齿的根部强度增强。我国规定齿轮分度圆上的压力角为标准值， =20。 。当分度圆上的齿厚等于齿槽 宽时，即 s=e，称该齿轮为标准齿轮。标准齿轮正确安装时，分度圆与节圆重回。 齿轮的齿顶高系数 ha*=1 齿轮的顶隙 c*=0.25 齿数是指沿齿轮的齿圈部分均匀分布的轮齿数量。模数一时，齿数越多，齿轮的几何尺寸越大，渐开线形状越平直，齿根的齿厚增大。 标准直齿圆柱齿轮传动的尺寸计算如表 2-2 学 院 论 文 9 表 2-2 外啮合标准直齿圆柱齿轮传动尺寸计算公式 名称 符号 说明 计算公式 分度圆直径 d 一个齿轮中齿厚和齿槽宽相等的圆的直径 d=mz 齿距 p 分度圆上两相邻轮齿同侧齿廓之间弧长 p=m =s+e 齿 顶圆直径 da 渐开线齿廓顶部的圆直径，它表示齿轮外径尺寸 da=m(z+2ha*) 齿根圆直径 df 渐开线齿廓底部圆的直径 df=m(z-2ha* -2c) 基圆直径 db 渐开线发生圆的直径 db=dcos 3）传动齿轮各参数的确定 图 2-3 原理示意图 m=1.25 z1=50 z2=25 z3=8 z4=35 ha*=1 c*=0.25 电动机转速 v2=100r/min 整个螺纹长度 L=800mm 齿轮 1的分度圆直径 d1齿顶圆直径 da1=齿根圆直径 df1 d1=mz1=1.25 50mm=72.5mm da1=m(z1+2ha*)=1.25 (50+2 1)mm=65mm df1=m(z1-2ha*-2 c*)=1.25（ 50 - 2 1 - 2 0.25） mm=59.375mm 学 院 论 文 10 d2=mz2=1.25 25mm=31.25mm da2=m(z2+2ha*)=1.25 (25+2 1)mm=33.75mm df2=m(z2-2ha*-2c*)=1.25 (25-2 1-2 0.25)mm=28.125mm d3=mz3=1.25 8mm=10mm da3=m(z3+2ha*)=1.25 (8+2 1)mm=12.5mm df3=m(z3-2ha*-2c*)=1.25 (8-2 1-2 0.25)mm=6.875mm d4=mz4=1.25 35mm=43.75mm da4=m(z4+2ha*)=1.25 (35+2 1)mm=46.25mm df4=m(z4-2ha*-2c*)=1.25 (35-2 1-2 0.25)mm=40.625mm i12=n1/n2=z2/z1=25/50=0.5 i24=n2n3/n3n4=z4/z2=35/25=1.4 刀具螺母的速度 v=i12*v2*5mm=500mm 削一个苹果所需时间 t=L/v=1.6 min 图 2-4螺纹参数 学 院 论 文 11 第三章 UG建模 3.1 水果削皮机的外壳设计与建模 图 3-1水果削皮机的整体外形 产品设计反映着一个时代的经济、技术和文化。 产品设计的重要性由于产品设计阶段要全面确定整个产品策略、外观、结构、功能，从而确定整个生产系统的布局，因而，产品设计的意义重大，具有 “ 牵一发而动全局 ” 的重要意义。如果一个产品的设计缺乏生产观点，那么生产时就将耗费大量费用来调整和更换设备、物料和 劳动力。相反，好的产品设计，不仅表现在功能上的优越性，而且便于制造，生产成本低，从而使产品的综合竞争力得以增强。许多在市场竞争中占优势的企业都十分注意产品设计的细节，以便设计出造价低而又具有独特功能的产品。许多发达国家的公司都把设计看作热门的战略工具，认为好的设计是赢得顾客的关键。 本设计采用苹果型外壳，颜色以传统的中国红为主，符合广大中国人的喜好；结构是壳体，非常的轻盈，大大减轻了水果机的重量；面为曲面造型，手感符合人性化设计；外壳采用透明的乙烯材料，能够清楚看到削皮机的工作过程，引发孩子的创造力和想象力。 乙烯材料也是可以循环利用的，既经济又环保，深的人们的喜爱。 学 院 论 文 12 图 3-2水果削皮机的三视图和正等轴测图 1） 草图建模 创建草图是指在用户指定的平面上创建点、线等二维图形的过程。草图功能是 UG特征建模的一个重要方法，比较适用于创建截面较复杂的特征建模。一般情况下，用户的三维建模都是从创建草图开始，即先利用草图功能创建出特征的大略形状，再利用草图的几何和尺寸约束功能，精确设置草图的形状和尺寸。绘制草图完成后即可利用拉伸、回转或扫掠等功能，创建与草图关联的实体特征。用户可以对草图的几何约束和尺寸约束进行修改，从而快 速更新模型。 1）创建草图的一般步骤 当需要参数化地控制曲线、或通过建立标准几个特征无法满足设 计需要时，通常需创建草图。草图创建过程因人而异，下面介绍 其一般的操作步骤。 设置工作图层，即草图所在的图层。如果在进入草图工作界面前未进行工作图层设置，则一旦进行草图工作界面，一般很难进行工作图层的设置。可在退出草图界面后， 学 院 论 文 13 通过 “ 移动到图层 ” 功能将草图对象移到指定的图层。 检查或修改草图参数预设置。 进入草图界面。执行 “ 插入 ”|“ 草图 ”| 命令，进入草图工作界 面。在 “ 草图生成器 ” 工具栏的 “ 草图名 ” 文本框中 ，系统会自动命名 该草图名。用户也可以便于管理将系统自动命名编辑修改为其他 名称。 设置草图附着平面。利用草图对话框，指定草图附着平面。 指定草图平面后，一般情况下，系统将自动转正到草图的附着平 面，用户也可以根据需要重新定义草图的视图方向。 创建草图对象。 添加约束条件，包括尺寸约束和几何约束。 单击 “ 完成草图 ” 按钮，退出草图环境。 图 3-3水果削皮机的草图和实体 图 3-4 管道参数设置 按照以上草图建模过程，在草图 中绘制图 3-3中图形，任何进行回转 命 学 院 论 文 14 令，得到削皮机的整体外形。对于把 柄，现在 草图 中绘制一曲线，然后用管道 命令进行设置参数，（如图 3-3 所示）单击确定，完成建模。 3.2 削皮机的果皮盒的设计与建模 图 3-5果品盒的外形 图 3-6拉伸参数 图 3-7抽壳参数 建模过程：在草图 中绘制草图，然后拉伸 命令，设置参数，（如图 3-6 所示）然后进行抽壳 命令，设置参数，（如图 3-6 所示）最终完成建模。 3.3 削皮机的底座的设计与建模 图 3-8 底座外形与三视图 2）特征建模模块 学 院 论 文 15 UG实体建模是基于特征的参数化系统，具有交互创建和编辑复杂实体模型的能力，能够帮助用户快速进行概念设计和细节结构设计。另外系统还将保留每步的设计信息，与传统基于线框和实体的 CAD系统相比，具有特征识别的编辑功能。 UG NX 5 提供了特征建模模块、特征操作模块和特征编辑模块，具有强大的实体建模功能，并且在原有版本基础上进行了一定的改进，提高了用户设计意图表达的能力。使造型操作更简便、更直观、更实用。在建模和编辑的过程中能够获得更大的、更自由的创作空间，而且花费的精 力和时间相比之下更少了。 常用的特征命令： 图 3-9 特征命令 3.4 削皮机的上壳的设计与建模 图 3-10 上壳 学 院 论 文 16 3.5 削皮机的螺杆的设计与建模 图 3-11 特征命令 3）参数化建模 1 参数化设计定义 从产品设计到制造的整个过程中，尤其在产品设计的初步阶段，产品的几何形状和尺寸不可避免地要反复修改、协调和优化。如果利用 UG 软件进行非参数化建模，那么即使要改变图形的一个尺寸或结构，也要修改原模型，甚至要重新建模。这令设计者不胜其烦。于是就产生了参数化设计的思想。即 :利用数值驱动零 件的特征尺寸，在进行产品系列设计时，只需要添加或修改相关参数即可改变零件的模型，从而实现快速修改原模型或设计新零件的目的。参数化设计可以大大提高产品设计的效率，同时可以有效保证产品模型的安全可靠性。尤其对于形状比较定型的零件，用一组参数约束该几何图形的一组尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸对应显示。通过对设计变量的修改来驱动生成新零件，高效完成模型修改和建模。参数化设计是在设计对象结构比较定型的基础上，用一组参数来表示尺寸值和约束关系，其核心是尺寸驱动。 2 参数化设计步骤 UG是一套集 CAD/CAE/CAM于一体的软件系统。它的功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出复杂的产品模型。它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案。 UG除了提供方便而强大的参数化建模方法外，还提供了可以提取特征参数的数据表格，通过数据表格可 学 院 论 文 17 以生成零件库。进行参数化设计的基本步骤如下 : (1)根据零件特点确定建模方法 ； (2)创建参数化模型 ； (3)设置参数之间的关系，也可在创建模型时设置 ； (4)提取自由变化参数 ； (5)创建零件库，输人零件系列 数据，创建零件模型。 调入生成的模，检查模型创建是否有误。 3 实例：齿轮的参数化设计 图 3-12 表达式 端面渐开线曲线的具体绘制步骤如下： (1)选择 工具 表达式 命令，弹出“表达式”对话框，输入表达式如下： t=0 /UG定义的变量 m=2.5 /齿轮模数 z=22 /齿轮齿数 alpha=20 /齿顶圆压力角 学 院 论 文 18 qita=90*t /滚动角角度值 b=36 /齿宽 da=(z+2)*m /da齿顶圆直径 db=m*z*cos(alpha) /db 基圆直径 df=(z-2.5)*m /df齿根圆直径 s=3.14*db*t/4 /滚动角弧度值 xt=db*cos(qita)/2+s*sin(qita) /直角坐标横坐标 yt=db*sin(qita)/2-s*cos(qita) /直角坐标纵坐标 zt=0 /直角坐标 Z坐标 d=mz /分度圆直径 (2)单击 规律曲线 图标 或选择 插入 曲线 规律曲线 命令，弹出“规律曲线”对话框； 首先选择 By Equation 弹出参数输入对话框； 其次提示行提示输人参数表达式 ,按系统默认值 t,点击 ok； 之后又弹出 x表达式输入对话框 ,按系统默认值 xt点击 ok。至此 x 已定义好。 y的定 义与之相同 ,只是其表达式为 yt。 zt定义为常数零； 如图 3-10所示。 图 3-13 渐开线曲线 (3)选择 插入 曲线 基本曲线 命令，或者单击曲线工具条上的“基 本曲线”图标，弹出“基本曲线”对话框，以坐标原点为中心，分别以 da+1(比齿顶圆直径稍大 ),d(分度圆直径 ),df(齿根圆直径 )绘制圆曲线，如图 3-11 所示。 学 院 论 文 19 图 3-14 圆曲线 (4)绘制一条直线，第一点位于渐开线与分度圆的交点，第二点位于原 点上。 (5)选择 编辑 变换 命令，将上一步绘制的直线绕 Z轴旋 转 j(齿槽宽的 一半 )度，结果如图 3-12所示 图 3-15 变换复制之后的曲线 (6)选择 编辑 变换 命令，将渐开线关于刚才绘制的直线镜像复制，结 果如图 3-13所示。 (7)补全曲线，修剪曲线，隐藏两条辅助直线，结果如图 3-14所示，修剪出 的闭合曲线串即为齿槽截面曲线。 齿轮三维实体的建摸步骤具体如下： (1)点击工具栏上的“圆柱体”图标或者选择 插入 设计特征 圆柱体 命令，系统弹出“圆柱体”对话框以 da为直径， b为高度，绘制圆柱体如图 6所示。 图 3-16 镜像之后的渐开线 图 图 3-17 齿槽截面曲线 (2)选择 插入 设计特征 拉伸 命令，或者单击成型特征工具条上的 “拉伸”按钮，系统弹出“拉伸”对话框。选取前面绘制的齿槽截面，设置参数单击“确 学 院 论 文 20 定”按钮，则生成单个齿槽，如图 3-15所示。 (3)选择 插入 关联复制 实例 命令，系统弹出“实例”对话框，单击“环行阵列”按钮，系统又弹出对话框，提示选取环行阵列对象。选取刚才创建的齿槽，设置阵列参数，单击“确定”按钮，系统弹出对话框，要求指定环行阵列中心线。选定 Z轴为环行阵列中心线 ，单击“确定”按钮，则生成齿槽，如图 8所示，相应的也就生成全部轮齿。 图 3-18 单个齿槽 图 3-19 齿槽 图 3-20 生成全部轮齿之后的齿轮 螺纹画法： 图 3-21 螺纹参数 图 3-22 齿轮 1 学 院 论 文 21 图 3-23 电机齿轮 图 3-24 定盘 点击螺纹 命令，选择圆 柱面，点击详细，设置参数如图 3-18 所示 .，然后确定。 用同样方法作出另外齿轮如上图所示。 3.6 刀具的设计与建模 图 3-25 草图 1 图 3-26 草图 2 图 3-27 实体图 建模过程：分别在相垂直的两个草图上画出如 图 3-25 草图 1 ， 图 3-26 草图 2 的草图，然后分别拉伸求交，最终得到实体图。 学 院 论 文 22 3.7 上固定座的设计与建模 图 3-28 草图 1 图 3-29 草图 2 图 3-30 实体图 学 院 论 文 23 第四章 水果去皮机装配 4.1 UG 装配概述 在装配中用到的术语很多，下面介绍在装配过程中经常用到的一些术语。 装配部件是指由零件和子装配构成的部件。在 UG 中可以向任何一个 prt 文件中添加部件构成装配，因此任何 个 prt 文件都可以作为装配部件。在 UG 装配学习中，零件和部件不必严格区分。需要注意的是，当存储一个装配时，各部件的实际几何数据并不是存储在装配部件文件中，而存储在相应的部件或零件文件中。 子装配是指在高一级 装配中被用作组件的装配，子装配也拥有自己的组件。其是一个相对的概念，任何一个装配部件可在更高级装配中用作子装配。 组件部件是指装配中的组件指向的部件文件或零件，即装配部件链接到部件主模型的指针实体。 组件是指按特定位置和方向使用在装配中的部件。组件可以是由其他较低级别的组件组成的子装配。装配中的每个组件仅包含一个指向其主几何体的指针。在修改组件的几何体时，会话中使用相同主几何体的所有其他组件将自动更新。 主模型是指供 UG 模块共同引用的部件模型。同一主模型，可同时被工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析等模 块引用，当主模型修改时，相关应用自动更新。 自顶向下装配是指在上下文中进行装配，即在装配部件的顶级向下产生子装配和零件的装配方法。先在装配结构树的顶部生成一个装配，然后下移一层，生成子装配和组件。 自底向上装配自底向上装配是先创建部件几何模型，再组合成子装配，最后生成装配部件的装配方法。 混合装配是将自顶向下装配和自底向上装配结合在一起的装配方法。 1）自底向上装配 自底向上装配是指先设计好了装配中的部件，再将该部件的几何模型添加到装配中。所创建的装配体将按照组件、子装配体和总装配的顺序进行排列，并利用关联 约束条件进行逐级装配，最后完成总装配模型。装配操作可以在菜单中 “装配 ”|“组件 ”下拉菜单选择，也可以单击通过 “装配 ”工具栏图标实现。 2）自顶向下装配方法 学 院 论 文 24 自顶向下装配有两种方法，下面分别说明。 方法 1：先在装配中建立几何模型（草图、曲线、实体等），然后建立新组件，并把几何模型加入到新建组件中。 方法 2：先在装配中建立一个新组件，它不包含任何几何对象即 “空 ”组件，然后使其成为工作部件，再在其中建立几何模型。 4.2 装配效果图 装配结果图如图 4-1 所示。 图 4-1 装配图 4.3 UG 仿真工作原理图 学 院 论 文 25 图 4-2 装配图 学 院 论 文 26 第五章 结束语 5.1 论文总结 时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在新华书店搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资 料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。 在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，水果削皮机。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，还专门为我买了一个市场上已经存在的水果削皮机，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。 资料查找完毕，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。随后开展 相关图形的绘制工作。为了画出自己满意的图形，我仔细学习了 ug的绘图技术。在绘图初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。 当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是