机械毕业设计98山东科技大学基于UG的减速器计算机辅助设计

分类号： TH132 .46 密 级： 公 开 U D C： 单位代码： 10424 工程硕士学位论文 基 于 UG 的 减速器计算机辅助设计 高 爱 红 申请学位级别： 工程硕士 领域名称： 机 械 工 程 校内导师姓名 ： 任 济 生 职 称： 教 授 校外导师姓名： 李 淮 职 称： 高级工程师 山 东 科 技 大 学 二零零 七 年 四 月 论文题目： 基 于 UG 的 减速器计算机辅助设计 作者姓名： 高 爱 红 入学时间： 2004 年 4 月 领域名称： 机 械 工 程 研究方向： 机械 设计 及理论 校内导师： 任 济 生 职 称： 教 授 校外导师： 李 淮 职 称： 高级工程师 论文提交日期： 2007 年 5 月 论文答辩日期： 2007 年 5 月 授予学位日期： _ The CAD for reducer based on UG A Dissertation submitted in fulfilling the requirements of the ENGINEERING MASTER DEGREE from Shandong University of Science and Technology by Gao Aihong Intramural Supervisor:Professor Reng JiSheng Outer university Supervisor: High-level Engineer Li Huai College of mechanical and electricity engineering May 2007 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇 工程 硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定 工程 硕士生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfilling the requirements of the engineering master degree in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced documents of acknowledge. This dissertation has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘 要 随着科学技术和国民经济的发展，渐开线圆柱齿轮减速器的需求量越来越多，质量要求也越来越高，传统的减速器设计方法已不能满足用户的要求。为了适应社会的 发展，本文利用 C 语言和 Visual C+作为工具，以 UG 为平台， 在已有的理论基础下，采用现代设计、实体建模 、 UG 参数化设计等技术，提出了减速器的一种设计方法。本论文主要完成如下工作： 1.对减速器设计中所需要的计算公式、线图、表格等，进行了程序化处理，设计时由计算机按照设计的需要自动检索，利用辅助设计完成减速器设计中大量烦琐和重复性的工作； 2.利用 UG 作 图环境下的参数化建模功能， 对减速器主要零部件的三维建模作了详细介绍； 3.利用 UG 进行减速器的虚拟装配，采用“自底向上”的装配方法，形成了减速器的总体结构； 4.从已建立的三维模型自动生成平面工程图，体现了产品设计的新思路； 5.利用 Visual C+开发环境进行 UG 的二次开发，可自动生成齿轮的渐开线曲线。 关键词： UG，减速器，参数化设计 ， Visual C+、 虚拟装配 、 实体建模 、 C语言 山东科技大学硕士学位论文 摘要 ABSTRACT Companying the developing of the technology and economy, the more and more quality and quantity are required on the involute cylindrical gear reducer; therefore, the traditional design methods for the reducer can not be satisfied for the clients requiring. In order to fit for the societys developing, this article is using the language C and Visual C+ as a tool, using the UG as a platform, using the exiting theory as a base, standing on the existing theory foundation, adopting the modern design method, modeling solid body and parameterizing UG designing technic, then puts forward a reducer s designing method. This dissertation mainly finished the work as below: 1. Programming the formulas, charts, and matrixes used in reducer designing, and then when in designing, the computer can follow the design s requiring to search automatically, to utilize the CAD to accomplish a lot of miscellaneous work in reducer design. 2. Using the modeling solid body and parameterizing of the UG chart, then explain the 3D modeling used in the main parts of a reducer. 3. Utilizing the “ from bottom to top” assembling method of the UG s virtual assembling method to form a reducer s whole structure. 4. From the built 3D module, it can automatically create a 2D plan drawing, which materializes a new opinion in a product s design. 5. Utilizing the development condition of the Visual C+ to secondly develop the UG, then the involute curve can be automatically created. KEY WORDS: UG， reducer， parameterizing design, Visual C+, virtual assemble, entity modeling, and C language 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论 . 1 1.1 CAD技术概述 . 1 1.2 本课题研究背景及主要内容 . 6 1.3 小结 . 7 2 参数化与特征建模理论 . 8 2.1几何模型 . 8 2.2特征造型技术 . 10 2.3参数化造型技术 . 14 2.4 小结 . 17 3 UG 及二次开发技术 . 18 3.1 UG软件概述 . 18 3.2 UG二次开发相关技术 . 21 3.3 小结 . 23 4 齿轮减速器的计算机辅助设计 . 24 4.1 减速器设计的现状 . 24 4.2减速器的发展趋势 . 25 4.3 减速器设计的方法与步骤 . 27 4.4 齿轮传动的设计计算 . 28 4.5 小结 . 38 5 减速器中零件的三维建模 . 39 5.1螺栓设计 . 39 5.2 渐开线圆柱齿轮的造型设计 . 40 5.3 箱体设计 . 43 5.4 轴的模型设计 . 45 5.5 小结 . 47 6 减速器的装配设计 . 48 6.1 减速器 的装配规范 . 48 6.2 UG装配概述 . 49 6.3 减速器装配的过程 . 50 6.4 建立减速器的装配爆炸视图 . 53 6.5 小结 . 54 7 减速器的工程图 . 55 7.1 概述 . 55 7.2 参数的预设置 . 57 7.3 减速器的装配图生成 . 57 山东科技大学硕士学位论文 目录 7.4 减速器的零件图生成 . 57 7.5小结 . 59 8 总结 . 60 致谢 . 61 参考文献 . 62 硕士研究生期间发表的论文和参加的工作 . 64 山东科技大学硕士学位论文 目录 Contents 1 Preface . 1 1.1 The CAD technic summarize . 1 1.2 The background and main contents in this dissertation . 6 1.3 Brief summary . 7 2 The parameterizing and characterize modeling theory . 8 2.1 Geometric modeling . 8 2.2 Characterize modeling technic . 10 2.3 Parameterize modeling technic . 14 2.4 Brief summary . 17 3 UG and the secondly develop technic . 18 3.1 The summarize of the UG software . 18 3.2 UG and the related secondly develop technic . 21 3.3 Brief summary . 23 4 The gear reducers CAD . 24 4.1 The situation of the reducer design . 24 4.2 The developing trend of the reducer . 25 4.3 The reducer designing methods and steps . 27 4.4 The designing calculation of the gear transmitting . 28 4.5 Brief summary . 38 5 The reducer parts 3D modeling . 39 5.1 Bolt design . 39 5.2 Involute cylindrical gear modeling design . 40 5.3 The case design . 43 5.4 Shaft modeling design . 45 5.5 Brief summary . 47 6 Reducers assembly design . 48 6.1 Reducers assembly specification . 48 6.2 The summarize of the UG assembly . 49 6.3 The process of the reducer assembly . 50 6.4 To set up a reducers assembly explosion view . 53 6.5 Brief summary . 54 7 The reducers engineering drawing . 55 7.1 Summarize . 55 7.2 The parameters pre-set . 57 7.3 The create of the reducer assembly drawing . 57 7.4 The create of the reducer parts . 57 7.5 Brief summary . 59 8 Summing-up . 60 Thanks . 61 References . 62 The labors and published dissertations in the graduate studying period . 64 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论 1.1 CAD 技术概述 1.1.1 CAD 技术的基本概念 计算机辅助设计（ Computer Aided Design ， CAD）是产品设计人员在 CAD 系统的辅助之下，根据产品的设计程序进行设计的一项新技术，是人的智慧和创造力与计算机系统功能的巧妙结合。设计人员通过人机交互操作的方式进行产品设计的构思和论证、产 品的总体设计、技术设计、零部件设计，有关零件的强度、刚度、热、电、磁的分析计算 、 工程图纸的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制 等 。然而， 需声明的是 CAD技术不能代替人的设计行为，而只是实现这些行为的先进手段。 CAD 技术是一项综合性的高新技术，该技术的应用和发展正在引起一场深刻的产品设计和制造的技术革命，并对产品结构、产业结构、管理模式、生产方式，以及人才知识结构等产生重大影响。 目前 CAD 技术的鲜明优点已经被越来越多的人们所公认。世界上发达国家不仅将CAD 技术应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶等一系 列产品和工程设计领域，而且迅速向其它工业产业领域发展。 在当前经济发展的新形势下，产品更新换代速度加快，从电子技术到重型机电行业强烈提出了缩短开发周期，提高产品质量，减少开发费用等要求。在这种形势下， CAD技术发挥着越来越重要的作用。 1.1.2 CAD 技术发展历程 在 CAD 软件发展初期， CAD 的含义仅仅是图板的替代品，即：意指 Computer Aided Drawing(or Drafting)而非现在我们经常讨论的 CAD(Computer Aided Design)所包含的全部内容。 CAD技术以二维 绘图为主要目标的算法一直持续到 70年代末期，以后作为 CAD技术的一个分支而相对单独、平稳地发 展。早期应用较为广泛的是 CAD 软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是 Autodesk公司的 AutoCAD软件。在今天中国的 CAD用户特别是初期 CAD用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。 1.1.2.1 第一次 CAD技术革命 曲面造型系 统 山东科技大学硕士学位论文 绪论 2 三维 CAD 系统 是 20 世纪 60 年代出现 的，该系统 只是简单的线框式系统 ，它 只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，在该系统中， CAM及 CAE 均无法实现。 20 世纪 70 年代， 是 飞机和汽车工业的蓬勃发展时期 ， 此间飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图 和 特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。 由于 三视图方法表达 缺乏 完整性 ， 设计完成后，经常发生制作出来的样品与设计者 的 想象有很大 出入， 甚至 是 完全不同。 设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求 也不能 保证，所以还经常按比例制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据。这样 的制作过程大大拖延产了产品的研发时间， 因此， 要求更新设计手段的呼声越来越高。 此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用 计算机处理曲线及曲面问题时变得可行 ，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统 的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统 CATIA。它的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得 CAM技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统 CATIA 为人类带来了第一次 CAD 技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式。 在这个时期， CAD 技术价格极其昂贵，软件商品化程度 也很低。只有少数几家受到国家财政支持的军火商，在 70 年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展 CAD 技术。 1.1.2.2第二次 CAD技术革命 实体造型技术 20世纪 80年代初， CAD 系统价格依然 昂贵 ， 一般企业难发接受， 这使得 CAD技术无法拥有更广阔的市场。为使自己的产品更具特色，在有限的市场中获得更大的市场份 额，以 CV、 SDRC、 UG 为代表的系统开始朝各自的发展方向前进。 20 世纪 70 年代末到 80 年代初，由于计算机技术的 迅速发展 ， CAE、 CAM 技术也 相应 有了较大发展。 SDRC公司由美国宇航局支持及合作， 开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大的太空实验费用，同时在 CAD技术方面也进行了许多开拓 ； UG则着重在曲面技术的基础上发展 CAM技术，用以满足麦道飞机零部件的加工需求； CV和 CALMA 则将主要精力都放在 CAD市场份额的争夺上。 尽管 有了表面模型， CAM 的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对 CAE 十分不利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于 CAD/CAE一体化技术发展的探索，山东科技大学硕士学位论文 绪论 3 SDRC 公司于 1979 年发布了世界上第一个完全 基于实体造型技术的大型 CAD/CAE 软件I -DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、 CAE、 CAM 的模型表达，给设计带来了 很大 的方便性 ， 它代表着未来 CAD 技术的发展方向。可以说，实体造型技术的普及应用标志 CAD发展史上的第二次技术革命。 实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望 的同时 ，也带来了数据计算量的极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比较勉强。由于以实体模型为前提的 CAE本来就属于较高层次技术，普及面较窄， 反映还不强烈；另外，在算法和系统效率 方面存在着 矛盾，许多赞成实体造型技术的公司并没有下大力 气 去开发，而是转去攻克相对容易实现的表面模型技术。各公司的技术 因此 再度分道扬镳。实体造型技术也就此没能迅速在整个行业全面推广开。推动了此次技术革命的 SDRC 公司 也 失去了一次大飞跃的机会。在以后的 10年里，随着硬件性能的提高，实体造型技术又逐渐为众多 CAD系统所采用。 在这段技术起伏跌宕时期， CV公司最先在曲面算法上取得突破，计算速度提高较大。由于 CV提出了集成各种软件，为企业提供全方位解决方案的思路，并采取了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移等有利措施，一跃成为 CAD领域的领 导者，市场份额上升到第 1位，兼并了 CALMA公司，实力迅速膨胀。 1.1.2.3第三次 CAD技术革命 参数化技术 在 CV公司业绩 大幅提高 以及实体造型技术逐渐普及之时， CAD技术的研究 也 有了重大进展。 20世纪 80年代中期， 在 CV公司 内部，有人 提出了 参数化实体造型方法 。这是一种比无约束自由造型更新颍、更好的算法。从算法上来说，这是一种很好的设想。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 但这 时的参数化技术方案还处于的初级 发 展 阶段，很多技术难点有待于攻克 ， CV 公司 内部 对 是否马上投资发展这项技术 有很大的 争论 ，由于 参数化技术核心算法与以往的系统有本质差别，若采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，投资及开发工作量很大 。 当时 CAD 技术主要应用在航空和汽车工业，这些工业中自由曲面的需求量非常大，参数化技术还不能提供解决自由曲面的有效工具 (如实体曲面问题等 )，更何况当时 CV的软件在市场上几乎呈供不应求之势，于是， CV公司内部否决了参数化