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超环面 行星 蜗杆 传动 数控 转台 设计 任务书 开题 报告 讲演 呈文 毕业论文

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967-超环面行星蜗杆传动数控转台的设计【任务书+开题报告+毕业论文】,超环面,行星,蜗杆,传动,数控,转台,设计,任务书,开题,报告,讲演,呈文,毕业论文

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湘潭 大学 机械工程学院 毕业论文（设计）工作中期检查表 系 工程 系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机二 姓 名 张健 学 号 2006183931 指导教师 胡自化 指导教师职称 教授 题目名称 超环面行星蜗杆传动 数控转台的设计 3D 建模与 装配 题目来源 科研 企业 其它 课题名称 超环面行星蜗杆传动 题目性质 工程设计 理论研究 科学实验 软件开发 综 合应用 其它 资料情况 1、选题是否有变化 有 否 2、设计任务书 有 否 3、 文献综述是否完成 完成 未完成 4、外文翻译 完成 未完成 由 学 生 填 写 目前研究设计到何阶段、进度状况： 了解组成原理、啮合效率 ； 进行三维建模；机构分析以及传动的力分析；掌握廓面方程，包括中心蜗杆齿面方程、中心蜗杆螺旋线方程和内超环面齿轮的螺旋线方程；确定超环面行星蜗杆传动的几何关系和装配关系。熟练操作 件 ， 学习利用 行三维建模 、装配 。 由 老 师 填 写 工作进度预测（按照任务书中时间计划） 提前完成 按计划完成 拖后完成 无法完成 工作态度（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）： 认真 较认真 一般 不认真 质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况） 优 良 中 差 存在的问题与建议： 周佳同学在这一阶段的毕业设计过程中，态度认真，工作刻苦，按计划完成了预定的设计工作，而且取得了较好的结果。 指导教师（签名）： 年 月 日 建议检查结果 ： 通过 限期整改 缓答辩 系意见： 签名： 年 月 日 注： 1、 该表由指导教师 和学生 填写。 2、此表作为附件装入毕业设计（论文）资料袋存档。 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 ： 超环面行星蜗杆传动 数控转台的设计 3D 建模与装配 学号： 2006183931 姓名： 张健 专业： 机械设计制造及其自动化（兴湘） 指导老师： 胡自化教授 系主任 ： 一、主要内容及基本要求 1、 熟悉和掌握超环面行星蜗杆传动的工作原理； 2、 熟悉和理解超环面行星蜗杆传动的结构参数； 3、 利用 行 3D 建模与装配 ； 4、 总结和撰写毕业设计说明书一份； 5、 翻译相关外文资料一份 。 二、重点研究的问题 1、 熟悉超环面行星蜗杆传动数控转台相关性能方面的知识； 2 学习和使用 维建图软件和 件； 3、 熟悉和理解超环面行星蜗杆传动机构的结构参数 。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 文献检索 第 1 周 2 消化资料 第 2 周 3 小组讨论，进行总体方案设计 第 3 周 4 小组讨论，进行设计计算 第 4 5 件的学习 第 6 6 用 行三维造型以及画零件图 第 9 7 撰写毕业论文（设计）说明书 第 12 周 8 进行毕业论文答辩 第 13 周 四、应 收集 的资料及主要参考文献 1姚立纲 D. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学 , 1999; 2齿轮手册编委会齿轮手册 (上册 )北京：机械工业出版社， 1990 3杨贺来 北京 :清华大学出版社 ,4姚立刚等包络法加工超环面行星蜗杆传动定子的研究机械传动 ,1996,20(3) 2426 5张龙 北京：国防工业出版社 ,6姚立纲 ,李尚信 J 2001,25(4):177许立忠 ,曲继方 ,赵永生 J 1998, 34 8方建军，刘仕良 M化学工业出版社 ,2004 9刘善维 北京 :中国科学技术出版社 10洪如谨，董正卫 程基础（第 1 版） M华大学出版社， 11谭浩强 +用教程（第 1 版） M子工业出版社， 湘 潭 大 学 机械工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 超环面行星蜗杆传动 数控转台 的设计 3D 建模与装配 姓 名 张健 学号 2006183931 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 机二 指导教师 胡自化 职称 教授 填写时间 2010 年 4 月 21 日 2010 年 4 月 说 明 1根据 湘潭大学 毕业设计 (论文 )工作管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见， 系主任批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计 (论文 )开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明： (1) 课题性质 ：可填写 A工程设计； B 论文； C. 工程技术研究； (2) 课题来源： 可填写 A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题； C 校 级基金课题； D自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于 10 篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四 ，表格所留空不够可增页 。 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 张健 学 号 2006183931 专 业 机械设计制造及其自 动化 指导教师 胡自化 职 称 教授 所在系 工 程系 课题来源 科研科目 课题性质 工程技术研究 课题名称 超环面行星蜗杆传动 数控转台的设计 一、选题的依据 、 课题的意义 及国内外基本研究情况 超环面行星蜗杆传动是 1966 年由美国 统公司的 出的发明专利，它由中心蜗杆、行星蜗轮、超环面内齿轮、行星架以及滚动体等组成。该机构工作时，运动由中心蜗杆输入并带动行星蜗轮旋转，当超环面内齿轮不动时，行星蜗轮作环状的螺旋运动，并通过与输出轴固连的行星架实现运动的输出。中心蜗杆与行星蜗轮和超环面内齿轮与行星蜗轮之间的啮合是通过滚 动体实现的。超环面行星蜗杆传动是一种滚动啮合的行星蜗杆传动，它改变了传统齿轮传动的啮合特性，将蜗杆传动噪音低、振动小和同时啮合齿数多的优点与行星传动结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力高（功率分流）、传动功率及传动比范围广的优点紧密结合起来，是一种高效率、结构紧凑的传动。所以，超环面行星蜗杆传动具有高效、节省材料和传递功率大等优点。 对超环面行星蜗杆传动的设计、制造和载荷计算等方面的研究，一般都集中在对超环面内齿轮的加工方法与加工工艺的研究。陈定方等人通过对滚齿机的改装，加工出了这种传动的超环面内齿轮并完成了 样机的制造，但由于加工精度 等原因，样机“工作原理无误，惜于制造精度不高，而未进行任何台架实验”。姚立纲提出了采用飞刀粗切超环面内齿轮齿形，然后再精确磨削的包络加工方法，采用两片超环面内齿轮同时切齿，保证了加工与装配精度，并成功地制造出了样机，经实验，传动效率可达 85%。姚立纲还对这种传动结构参数选择原则和均载原理进行了深入的研究，提出了采用浮动行星蜗轮的油膜均载方法，经实际安装和运行表明均载效果良好。燕山大学的许立忠等人在国家自然科学基金的资助下对超环面行星蜗杆传动的效率和承载情况进行了研究，证明了这种传动的啮合由于以滚动摩擦为主而 具有较高的啮合效率，一般可达 97%以上，而且，啮合效率的高低与结构参数的选取有直接关系，这也和德国学者研制的减速器的效率相一致，同时他们也对超环面蜗杆传动的摩擦理论以及接触应力进行了研究，使得该传动在理论上不断完善。 超环面行星蜗杆传动在国内的研究尚未成熟，因此在不少领域存在理论和实践空白，本文力争在已有研究的基础上解决一些关键技术问题。 二、 研究内容 、 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 本课题对超环面行星蜗杆传动进行基于误差的啮合理论分析研究，中心蜗杆和超环面内齿轮复杂 齿面建模，传动系统的运动、动力仿真以及数控加工仿真和物理样机的数控加工制造及试验等进行研究，主要完成以下研究内容： 动效率的研究计算、啮合原理的研究、轴承寿命的校核、数控转台的设计。 3基于三维方程对超环面行星蜗杆传动减速器的实体的三维建模和装配进行了研究。 4研究了基于误差的超环面行星蜗杆传动啮合理论，并对误差对传动性能 的影响进行了分析。 关键理论是 建立了基于误差的超环面行星蜗杆传动的啮合理论体系，推导了基于误差的啮合方 程、齿面方程、接触线方程、齿廓曲线方程、螺旋线方程、螺旋升角方程、界限曲线方程以及诱导法曲率方程。分析了各种误差对啮合接触线、螺旋升角以及诱导法曲率的影响。提出中心蜗杆和内超环面齿轮的数控成形原理，完成了中心蜗杆和内超环面齿轮的数控加工和超环面行星蜗杆减速器样机的加工制造。最后，完成了减速器的装配和试验。 三、主要特色及工作进度 主要特色： 利用计算机辅助设计技术，基于 件对理论设计的进行参数化建模， 动态仿真和关键零件的有限元分析。 工作进度： 收集查阅了有关 超环面行星蜗杆传动 设计背景资料 ，制定了设计提纲和计划，完成了软件的应用学习。 四、主要参考文献 （按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） 1姚立纲 D. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学 , 1996. 2姚立纲 ,郑建祥 ,李尚信 ,徐晓俊 ,李华敏 的啮合分析 J1996,20(3):128132. 3齿轮手册编委会齿轮手册 (上册 )北京：机械工业出版社， 1990 4 张春丽 ,徐晓俊 ,董申 J , 2000, 11(7): 7495姚立刚等包络法加工超环面行星蜗杆传动定子的研究机械传动 ,1996,20(3) 2426 6张春丽 ,徐晓俊 ,董申 J 2000, 11(7): 7497许立忠 ,曲继方 ,赵永生 J 1998, 34 8付则绍新型蜗杆传动北京：石油工业出版社， 1992 1濮良贵，纪名刚 . 机械设计 M. 北京 :高等教育出版社， 2002. 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 系 意见 系 主任签名： 年 月 日 院 意见 教学 院长 签名： 年 月 日 1 超环面行星蜗杆传动 数控转台 的设计 摘 要 ： 为解决 普通 型号数控转台在使用时刚性不足，在旋转过程中承载能力差的弱点。本设计主要通过 以超环面行星蜗杆传动的传动效率、廓面方程、零件的校核、数控转台的定位精度以及回零机构和 通过 研究 超环面行星我杆传动效率方程， 啮合方程、中心蜗杆和内超环面齿轮的齿面和齿廓螺旋线的数学模型； 对数控转台的定位精度和回零装置进行了研究设计；并努力完成了基于 从而使数控转台在参与联动的过程中进行实质性的切削加 工，拓宽数控机床的使用范围。 关键词 ： 超环面行星蜗杆传动，数控转台 ，建模，装配 C NC to in of of C to G as of my of NC to to on D so C in of NC C 2 目录 中英文摘要 1 第一章 绪论 2 述 2 环面行星蜗杆传动的发展概况 2 文主要研究的内容 3 次设计相关的技术参数 3 第二章 超 环面行星蜗杆 传动的设计基础 5 环面行星蜗杆传动的啮合原理研究 5 标系的建立 5 6 8 11 第 三 章 12 绍 12 12 块介绍 13 13 产品分析模块介绍 13 产品设计的一般过程 14 三维造型设计步骤 14 第四 章 超环面行星蜗杆传动 数控转台的 3 17 超环面行星蜗杆传动参数选择 17 超环面行星蜗杆传动实体建模 17 环面行星蜗杆传动系统零件模型建立 18 超环面行星蜗杆 传动系统模型连接 19 绘制超环面行星蜗杆部分零件图及装配过程 20 致谢 28 3 参考文献 29 附录一： 外文翻译 30 附录二：外文翻译原文 40 第一章 绪 论 概述 随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴联动的加工中心。作为数控机床的主要功能部件，数控转台在整个机床工具行业中的作用越来越重要。我湘潭大学机械工程学院近期够买的一台国产 4轴 4联动数控铣床配置的作为机床第四轴 的数控转台就是 使用中已经充分暴露其刚性不足，在旋转过程中承载能力差的弱点。这几乎是国产数控转台的通病。生产厂家在其说明书已经明确的规定，转台处于非刹紧状态时只能承受较低的切削扭矩的零件加工。因此，数控机床虽有多轴联动的功能，却很难再转台参与联动的过程中进行实质性的切削加工，极大地限制了数控机床的使用范围。 上述弊端的存在，主要是因为传动链的最后一环的蜗杆蜗轮机构品质低劣，与国际上高品质的蜗杆蜗轮副相去甚远。精度、强度、寿命等均不在一个档次 ，所以要突破传统的蜗杆蜗轮传动模 式，以环面蜗杆、滚子齿轮为传动链来改进。 而超环面行星蜗杆传动改变了传统传动的啮合特性，它将蜗杆传动噪音低、 振动小和同时啮合齿数多的优点与行星传动结构紧凑、 体积小、 重量轻、 承载能力高、传动功率及传动比范围广的优点紧密结合起来，是一种高效率、 结构更紧凑的啮合传动。这种传动减速器的相对质量（传递单位功率减速器的质量）大约是齿轮传动的 1/10、蜗杆传动的 1/8、行星传动的 1/4、摆针传动的 1/3，其传递动力的点数是齿轮传动的 20杆传动的 10星传动的 6针传动的 5 环面行星蜗杆传动的发展概况 超环面行星蜗杆传动是由美国 966年提出的。 80年代初，前西德亚琛大学的 70年代末至 80年代中期，亚琛大学学者 构组成、运动学、加工方法以及实验结果。 90年代 ， 范围从大中传动比拓展到大中小所有传动比，并介绍了关键件定子的分片 4 组合技术、行星轮和行星轮齿的安装技术以及两部超环面行星蜗杆减速器联合驱动直升机主轴等应用技术问题。 国内从 80年代中期开始研究该种传动。 1984年，聂行健和陈定方研究出国内首台超环面传动原理样机 17； 1986年，王景连研究了该种传动的啮合理论； 1996年，姚立刚博士给出一种定子加工方法，并研制出国内首台球形齿超环面行星蜗杆传动试验样机； 1997年，杨传民给出了该种传动的效率分析方法；此外，徐晓俊等人探索了一种可以简化定子加工的新型超环面传 动；姚立刚等人还从理论上探讨了定子的数控加工问题 ,并在近几年研究了超环面传动的啮合及误差理论。 许立忠教授从 1996年起开始研究该种传动，先后得到河北省博士基金和河北省教委基金等科研基金的资助，建立了该种传动的接触疲劳强度理论、摩擦磨损理论和弹流润滑理论，并给出一种定子加工技术。 1999年，研制出国内首台滚锥齿超环面行星蜗杆传动试验样机，取得良好台架试验效果。 2003年，在研究传统超环面行星蜗杆传动的基础上，借鉴电磁谐波传动和永磁齿轮传动等传动原理，许立忠教授提出了机电集成超环面传动。 2004年，完成了该 传动系统机电集成驱动机理及原理模型试验的研究； 2005制技术的研究； 2007年完成了该传动系统磁场研究；目前已探索出该种传动关键零部件的设计和加工制造技术，研制出了该种传动的原理样机。 超环面行星蜗杆传动在国内的研究尚未成熟，因此在不少领域存在理论和实践空白，本文力争在已有研究的基础上解决一些关键技术问题。 本文主要研究的内容 在给定的设计要求俄前提下，设计一个高精度数超环面行星蜗杆传动控转台的减速器，重点是 熟悉超环面行星蜗杆传动数 控转台相关性能方面知识；学习和使用 维建图软件和 件；熟悉和理解超环面行星蜗杆传动机构的结果参数。 本人在此次毕业设计中的主要任务是在 协助机械设计部分的同学进行减速器方案设计、超环面行星蜗杆传动的机构分析与计算、传动效率的研究计算、啮合原理的研究、轴承寿命的校核、数控转台的设计等一些辅助工作外，主要进行超环面行星蜗杆传动动力学研究 以及用 件对超环面行星蜗杆传动进行三 D 建模与装配 。 次设计相关的技术参数 本设计进行的工作以烟台机床附件厂 控转台的技术参数为参考 ，数据如下 ： 5 参数名称 数值 工作台面直径 400 工作台面垂直式中心高 260 工作台总厚度 25 中心定位孔尺寸 500 定位键宽度 18 18 总传动比 1:180 工作台面限最高转速 流伺服电动机 45匹配功率 度定位精度 15秒 重复定位精度 5秒 最大允许驱动力矩 3000 6 第二章 超环面行星蜗杆传动的设计基础 超环面行星蜗杆传动的啮合原理研究 超环面行星蜗杆传动中的中心蜗杆和内超环 面齿轮是由行星蜗轮在行星传动转化机构中的相对运动而包络形成的。为了便于对这种传动进行结构参数优化、虚拟设计仿真以及加工制造，这里有必要先了解这种传动中心蜗杆、行星蜗轮及内超环面齿轮的几何形状。因此，本节对超环面行星蜗杆传动的啮合理论进行了分析。 坐标系的建立 本文研究的是以球形滚珠作为滚动体的超环面行星蜗杆传动。因此，假设行星蜗轮上 2）均匀地分布在半径为 2心蜗杆和内超环面齿轮到行星蜗轮的中心距均为 0a，中心蜗杆齿面 (1)、内超环面齿轮齿面 (3)均由行星蜗轮齿面 (2)的运动包络而成。为完成该传动的啮合理论分析，建立如图 2别表示行星蜗轮与中心蜗杆和行星蜗轮与内超环面齿轮的啮合情况。在图 2为中心蜗杆的参考坐标系， 为行星蜗轮的参考坐标系， 为内超环面齿轮的参考坐标系； 为中心蜗杆的动坐标系，与中心蜗杆固连， 为行星蜗轮的动坐标系，与行星蜗轮固连， 为内超环面齿轮的动坐标系 ，与内超环面齿轮 图 2 星蜗轮与中心蜗杆啮合坐标系 图 2 7 固连。动坐标系 分别跟随中心蜗杆、行星蜗轮和内超环面齿轮绕轴以 1， 2， 3的角速度旋转， 分别为齿面 (1)， (2)， (3)相对于它们的参考坐标系 行星蜗轮的球形轮齿是中心蜗杆和内超环面齿轮齿廓的包络母面，如图 2 空 间 坐 标 系 的位置 为 球 形 滚 动 体 的 参 考 坐 标系 ，为球形滚动体的动坐标系，与球形滚珠固连。球形滚珠半径为 ?， u、 图 2星蜗轮轮齿空间坐标系 坐标变换 由所建立的空间坐标系，根据空间啮合理论可得坐标变换如下： 动体与行星蜗轮 0到 的坐标变化矩阵2星蜗轮与中心蜗杆啮合 1到 的坐标变换矩阵11M 8 2到 由 到 4由 坐标变换矩阵12星蜗轮与内超环面齿轮啮合 1由 3的坐标变换矩阵32到 2到 2到 坐标变换矩阵32啮合方程 星蜗轮齿面方程 如图 前图 所示，行星蜗轮齿面在坐标系 0 式中， u， ）面参数， ?为滚珠的半径。 将 上 式经坐标变换矩阵 ，得行星蜗轮轮齿在 的方程为： 式中， 他符号同前 啮合方程 由齿轮啮合原理，两共轭齿面 (2)， (1)的啮合方程和啮合函数分别为： 10 式中，2(21)v 为行星蜗轮与中心蜗杆在啮合点处的相对速度矢量。 1啮合点处的公法么矢2在坐标系 求得公法么矢为： 用其分量表示为： 2两共轭齿面在啮合点处的相对速度 (21)v 设中心蜗杆角速度为 1，行星蜗轮角速度为 2，中心蜗杆与行星蜗轮间的 相对位置关系如 前 图所示，传动比为 ，为方便起见， 1=1， w=齿轮啮合原理可知其相对速度的计算公式为： 在坐标系 有： 又有： 将式经坐标变换矩阵12M，转换到 得： 11 由 前 式可以得到： 将 多 式 综合 整理得： 可 得共轭齿面 (1)， (2)的啮合方程和啮合函数分别为： 由于行星蜗轮齿面 (2)与内超环面齿轮齿面 (3)的啮合和行星蜗轮齿面 (2)与中心蜗杆齿面 (1)的啮合近似，故可直接写出齿面 (2)， (3)的啮合方程和啮合函数为： 式中， 其它符号意义同前。 星蜗轮齿面 (2)（母面）上的瞬时接触线方程 由齿轮啮合原理，齿面 (a)和齿面 (b)在每一瞬时沿一条曲线接触 ，这条 曲线叫做这两个齿面之间的接触线。据此，可得行星蜗轮与中心蜗杆和内超环面齿轮啮合时的接触线方程如下。 1行星蜗轮与中心蜗杆啮合时在滚动体上的瞬时接触线方程： 12 中心蜗杆齿面 (1)和内超环面齿轮齿面 (3)方程 将 上式 经变换矩阵 121中，可得中心蜗杆齿面 (1)的方程为： 同理，由 上式 经变换矩阵 变换到 ，得内 超环面齿轮齿面 (3)的方程为： 心蜗杆和内超环面齿轮的螺旋线方程 1中心蜗杆的螺旋线方程 中心蜗杆齿面与绕中心蜗杆轴线回转的旋转曲面之间的交线即为螺旋线，由齿轮啮合原理，中心蜗杆在计算圆上的螺旋线方程为： 13 2 内超环面齿轮的螺旋线方程 与中心蜗杆相似地，可求得内超环面齿轮在其计算圆上的螺旋线方程为： 14 第 三 章 件是由多个模块组成的，主要包括 塑模、钣 金件、 路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以境为基础，它们之间既有联系又相互独立。 绍 所有 X 产品提供了一个一致的、基于 进入捷径，是用户打开 入的第一个应用模块。 执行其他交互应用模块的先决条件，该模块为 其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作，也 提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对象信息和分析、显示控制和隐藏 /再现对象等操作。 块 介绍 实体建模 实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。 征建模 征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为 了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。 由形状建模 由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通 15 过曲线 /点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。 程制图 程制 图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。 配建模 配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被 灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。 块 介绍 司提供的运行在 X 软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。 产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工 的三维模具模型。 块 介绍 G 模块提供了对 供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。 产品分析模块 介绍 品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。提 供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和稳态分析。运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析。可以进行机构连接设计和机构综合，建立产品的仿真，利用交互式运动 16 模式同时控制 5 个运动副，设计出包含任意关于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，以多种格式表达分析结果。注塑模流动分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。具有前处理、解算和后处理的能力，提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。 产品设计的一般过程 在进行产品设计时，应该养成一种良好的产品设计习惯，这样可以节省设计时间，降低设计成本，提高产品的市 场响应能力。在使用 件进行产品设计时，需要了解产品的设计过程。 备工作 （ 1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。 （ 2）搜集可以被重复使用的设计数据。 （ 3）定义关键参数和结构草图。 （ 4）了解产品装配结构的定义。 （ 5）编写设计细节说明书。 （ 6）建立文件目录，确定层次结构。 （ 7）将相关设计数据和设计说明书存入相应的项目目录中。 设计步骤 （ 1）建立主要的产品装配结构。用自上而下的设计方法建立产品装配结构树。 如果有些以前的设计可以沿用，可以使用结构编 辑器将其纳入产品装配树中。其他的一些标准零件，可以在设计阶段后期加入到装配树中。因为大部分这类零件需要在主结构完成后才能定形、定位。 （ 2）在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构描述（如 草图、曲线和实体模型等），这些模型数据将被下属零件所引用，以进行零件细节设计。同时这些数据也将用于最终产品的控制和修改。 （ 3）根据参数和结构描述数据，建立零件内部尺寸关联和部件间的特征关联。 （ 4）用户对不同的子部件和零件进行细节设计。 （ 5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、 重量和关键尺寸等。 此外，也可以在设计过程中，在装配顶层随时增加一些主体参数，然后再将其分配到各个子部件或零件设计中。 三维造型设计步骤 理解设计模型 了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。 17 主体结构造型 建立模型的关键结构，如主要轮廓，关键定位孔确定关键的结构对于建模过程起到关键作用。 对于复杂的模型，模型分解也是建模的关键。如果一个结构不能直接用三维特征完成，则需要找到结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸旋转扫描的方法，或者自由形状特征去建立模型。 许用户在一个实体设计上使用多个根特征，这样，就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期对它们进行布尔运算。对于能够确定的设计部分，先造型，不确定的部分放在造型的后期完成。 设计基准（ 常决定用户的设计思路，好的设计基准将会帮助简化造型过程并方便后期设计的修改。通常，大部分的造型过程都是从设计基准开始的。 零件相关设计 许用户在模型完成之后再建立零件的参数关系，但更加直接的方法是在造型过程中直接引用相关参数。 困难的造型特征尽可能早实现。如果遇到一些造型特征实现较困难，尽 可能将其放在前期实现，这样可以尽早发现问题，并寻找替代方案。一般来说，这些特征会出现在特征上。 细节特征造型 细节特征造型放在造型的后期阶段，一般不要在造型早期阶段进行这些细节设计，否则会大大加长用户的设计周期。 18 第 四 章 超环面行星蜗杆传动 数控转台的 3超环面行星蜗杆传动参数选择 选择传动系统的主要参数如表 4表 4 超环面行星蜗杆传动模型参数 参数名称 数值 中心距 a 122心蜗杆头数 行星轮轮齿个 0 内超环面齿轮齿数 79 行星轮上滚珠体半径 r 8星轮计算圆直径 30心蜗杆喉部计算圆直径 14超环面齿轮大圆处计算圆直径 74心蜗杆包围行星轮包角 90 内超环面齿轮包围行星 包角 110mm a/R 44 15 定子导程角 54 16 45 定子螺旋角 30 43 12 超环面行星蜗杆传动实体建模 超环面行星蜗杆传动系统主要零件包括：行星轮、环面定子、转子和环面蜗杆。根据表 5用 9 计，准确地反映模型的三维特征，真实地再现实体结构。 环面行星蜗杆传动系统零件模型建立 (1)环面定子环面定子是由呈螺旋状的定子齿和支承盘装配而成，由于环面定子齿的齿形切在内环面上，即要在内环曲面上造型，可用扫描特征绘出切削轨迹，同时绘出带有导程角的环面定子截面 图，在圆柱环形内切出环面定子齿槽，而扫描特征轨迹由曲线方程生成，如图 4-1(a)所示。 (2)行星轮行星轮的实体模型在生成过程中，不涉及在曲面上造型，所以按照一般的三维造型方法，通过二维图形的拉伸、切除、旋转等功能即可完成，只是行星轮带有锥顶角的齿是通过混合拉伸功能实现的。以方程形式插入行星轮绕蜗杆轴线运转轨迹基准曲线，其零件图如图 4-1(b)所示。 (3)环面蜗杆环面蜗杆涉及到曲面造型，所以采用和环面定子齿同样的处理方式来完成，只是蜗杆上的螺旋齿槽是在曲面圆柱体的外表面切削而出的。在完成螺旋齿之后，再 利用拉伸功能拉伸出与蜗杆连接的轴，其零件图如图 4-1(c)所示 (4)转子与行星轮的建模过程相似，不涉及曲面造型，所以按照一般的三维造型方法即可完成，其零件图如图 4-1(d)所示 20 图 4超环面行星蜗杆传动零件模型图 超环面行星蜗杆传动系统模型连接 于此模型用于结构动力学仿真，需要使用【元件放置】命令中的【连接】功能连接机构中的各个构件。这是由于由零件装配得到的装配体其内部零部件之间没有相对运动，而由连接得 到的机构其内部的构件之间可以产生一定的相对运动。 (1)在所建立的组件文件中首先建立一基准轴，以【销轴】的连接方式将环面蜗杆放置在组件坐标系中。 (2)建立两基准轴线，使其分别与环面蜗杆上所绘的行星轮轴线运动轨迹相切，并且位于同一个基准面的两侧，即相互相差 180，以【销轴】连接方式将行星轮放置到环面蜗杆的两侧，并且调整行星轮使得环面蜗杆与行星轮实现啮合。 (3)以【销轴】连接方式将转子与行星轮相连，转子的轴线与环面蜗杆轴线重合，同时另加约束【平面】，将转子与行星轮固定。 (4)以【销轴】连接方式将环面定子 与行星轮连接起来，其中环面定子的轴线仍然是与环面蜗杆的轴线重合。完成连接的超环面行星蜗杆传动实体结构模型如图 6 21 图 4超环面行星蜗杆传动连接模型图 制超环面行星蜗杆部分零件图及装配过程 超环面行星蜗杆传动机构是由中心蜗杆组合件和凹形槽定子组成，中心蜗杆组合件包括环面中心蜗杆、行星轮组和行星架三部分，行星轮的轮齿可以是滚珠、滚柱和滚锥。图 1为该传动机构的结构图。由于在结构上它具有环面中心蜗杆上的一个外环面和凹形槽环面定子上的一个内环面两个环面，因此被称之为超环面行星蜗杆传动。该 机构工作时，其旋转运动由蜗杆 2输入，带动固联于行星架上的行星轮 1转动，通过定子 3的螺旋槽和行星轮轮齿 4 的啮合，带动行星架 5 旋转从而实现运动的输出。 图 4 22 运用 行超环面行星蜗杆的主要零部件的绘制，绘制出以下零件： 图 4出轴 图 4盖 23 图 4行星轮 图 4星架 24 图 4杆 图 4端盖 25 图 4端盖 图 4右箱体 26 主要 装配过程 ： （ a） （ b） 27 （ c） （ d） 28 （ e） （ f） 图 4配 过程 29 致谢 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过 十 几周的奋战我的毕业设计终于完成了。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，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅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。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白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。 不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的指导老师胡自化对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许 多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。 30 参考文献 1姚立纲 D. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学 , 1999; 2姚立纲 ,郑建祥 ,李尚信 ,徐晓俊 ,李华敏 J1996,20(3):128132 3齿轮手册编委会齿轮手册 (上册 )北京：机械工业出版社， 1990 4傅则绍 ,赵松年 M陕西科学技术出版社 , 1990. 5姚立刚等包络法加工超环面行星蜗杆传动定子的研究 J机械传动 ,1996,20(3) 2426 6张龙 北京：国防工业出版社 ,7姚立纲 ,李尚信 J 2001,25(4):178张春丽 ,徐晓俊 ,董申 面传动的工艺改进方案及其齿面研究 J 2000, 11(7): 7499许立忠 ,曲继方 ,赵永生 J 1998, 34 10方建军，刘仕良 M化学工业出版社 ,2004 11 杨育林 ,许立忠 ,赵永生 J1998, 9 (6): 1924 12付则绍新型蜗杆传动北京：石油工业出版社， 1992 1濮良贵，纪名刚 设计 M高等教育出版社， 2002. 13洪如谨，董正卫 1版） M华大学出版社， 6. 14谭浩强 +用教程（第 1版） M子工业出版社， 0. 31 附录 一 ：外文翻译 图 7 联系曲线对轧辊表面的圆柱 图 8 联系曲线对轧辊表面的球形 32 中心蜗杆轮 齿所产生的球面 滚子的运动包络的可 由方程式（ 1）（ 26）、（ 28）到方程式（ 7），随着 u 0, 2p， , = 8 119 62.5 心蜗杆的长度 L = 90心 蜗杆轴部分可 获得 如图 11所示。 轴向齿廓是一条曲线。 图 9 中心蜗杆的圆锥滚子段 包络 图 10 中心蜗杆的圆柱滚子段 包络 图 11 中心蜗杆 的球面滚子轴段包络 运动失真分析 该 运动失真函数为方程式 (9), 在行星之间的 蜗杆 齿轮和 中心蜗杆 啮合。 如果 这个函数相交一零线或零平面，在根切的条件 满足方程式（ 10）， 运动失真 范围可在给予限制曲线 方程式（ 10），取代 都 能 产生表面 编辑 功能 和啮合作用的锥形 滚子 式均衡器在啮合模型 按照式（ 14）、（ 16）、（ 19）到式 （ 9） ，并会提出行 星 蜗杆齿轮旋转角 度 2以及 啮合参数 依照 u = , = 8 =10， 119 62.5 运动失真 函数式的 关于式（ 9） 可 获得插图 12。 33 从 图 12 中 ，我们可以看到， 运动失真 函数不相交的零线，没有解决方案 ， 可以找到 式（ 10），因此， 运 动失真 不会发生上述情况 。 进一步研究 ， 从两个关键参数 过改变 u 10和 （ 0， 1， 运动失真功能 可绘制 图 13。 行星蜗杆齿轮转动角度 图 12 圆锥滚子 值与该驱动器 啮合参数 u 图 13 值 与 锥滚子 可以从图（ 13）中看出， 在工作范围， 运动失真 函数不相交的 零 平面 和 运动失真不满足式（ 10）因此，这 个 验证过程中没有 运动失真 对参数 围。 进一步的调查工作由不同的几何角度 ，中心距离 合 滚子 半径 和 参考行星半径蜗轮 同步 ，由此产生的 运动 失 真函数不相交为零。 因此验证了 运动 失 真 不存在与啮合圆锥滚子型环形车道 。 34 同样，在使用的啮合圆柱滚子的研究中，在啮合圆柱滚子模型 方程式 （ 21），（ 23），（ 24）代入式（ 9）获取 运动失真函数 与 U = 0， , = 8 119 62.5 然后在此绘制函数图 14。 它从图 14中可以看出，该 运动失真 函数不相交零线和 运动仿真状态 条 件式 不满足式 (10)。因此，运动失真 不会发生在给定的点 上 。 在不同范围 10和 1的运动失真函数可以绘制图 15 同样， 运动失真 函数不相交的零 平面 和 运动失真 条件 不满足式 (10), 从而 运动知识 不会发生在圆柱滚子超环面传动啮合范围 内。 行星蜗杆齿轮转动角度 图 14 啮合的圆柱滚子驱动 值 啮合参数 u 图 15 值 与 柱 滚子 35 进一步变中心距 合 滚子 和参考 基准圆 半径 与 蜗杆行星齿轮 同步，它是验证 了运动失真 条件 仍不满足式 （ 10） 。 因此，它可以验证有没有环形车道削弱了圆柱滚子啮合。 同样，驱动器 运动失真函数 与球面滚子啮合， 通过替 换 球面滚子啮合模型 从式 （ 26），（ 28）和（ 29）到式（ 9） 关于 u= /4， , = 8 119 62.5 绘制运动失真功能图如图 16所示。 可以看出， 运动失真 函数不相交的零线和 运动失真 条件不能得到满足 式（ 10） 。这验证在 给 定 的范围内 没有运动失真 。进一步 改变 啮合参数 到以及 传动比 和 1， 见图 17。 可以证实，该 运动失真 的情况 下 不是满意 式（ 10） ，因为不是 运动失真函数 等于零的工作范围 ，因此， 运动失真不会发生在这个 范围 内 。进一步 改变 中心距的 合 滚子半径与 行星蜗杆齿 轮的分度圆 半径 它验证了该 运动失真 不会发生。 因此 达到的结论，即削弱 运动失真 不会发生在与球面滚子啮合驱动器 上 。 行星蜗杆齿轮转动角度 图 16 球面滚子 值 啮合参数 u 图 17 值 的改变与啮合参数 u 和球面滚子 变化 啮合限制曲线 36 正如 过限制啮合圆锥滚子啮合曲线可通过获得啮合参数 从到式（ 15） 以及 18）， 然后由这两个参数代入表面生成 u, )。这两个参数获得的 u =（ 和 = 0。取 代将产生表面，得到的极限曲线啮合这些退化为一个点（ （ r2 + 0）。这表明，不存在一个极限啮合曲线和所有对接触曲线点啮合点 。 同样，在圆柱滚子驱动的情况下，曲线退化为啮合极限点（ 0， ， 0）。在球面滚子驱动的情况下，曲线退化为啮合极限点（ + 0， 0）。因此，在不同的 滚子 驱动器三种类型，并不存在啮合限制曲线，曲线上的所有接触点啮合点。 行星蜗杆齿轮转动角度（） 图 18 诱导法曲率 诱导法曲率 在诱导法曲率是由 式 （ 11）即以环境质量标准（ 17） -（ 19），（ 24），（ 29） 式 （ 11），分别给予上述啮合参数，诱导法曲率为啮合的锥形，圆柱形和球形滚子的形状，可分别获得。这种变化的曲率对于不同形状的 滚子图如图 18所示 。 这表明，球面滚子啮合诱导法曲率 值 几乎等于 0，而行星蜗杆齿轮旋转角度 2改变得很少。 诱导法曲率值的圆锥滚子和圆柱滚子随 行星 蜗轮齿轮转角 2变化 。 6 接触应力比较 不同 类型 的 滚子 接触应力分析可以用来确定接触应力和 接触变形的轴承在啮合过程 。 虽然方程计算的接触 系统压力为