普通车床变速箱的三维虚拟设计及运动仿真

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 I 毕业 任务书 一 题目 普通车床变速箱的三维虚拟设计及运动仿真 二 指导思想和目的要求 本课题研究了普通车床变速箱的变速原理以及虚拟仿真系统的设计方法 构建了 一个能够显示变速机构工作原理的三维仿真机构 课题的目的是用 Pro E 建立三维模 型及模型库 进行虚拟装配 动画演示 仿真运动分析 将三维技术融入机械类等课 程 从而实现用现代化教学手段达到降低教学成本 提高教学质量的目的 并探索 Pro E 在三维动态方面的应用价值 以及 Pro E 软件在当今生产加工行业的应用 Pro E 软件作为计算机辅助设计系统中非常重要的一款三维设计软件 它所具有的 功能是计算机发挥辅助设计功能 提高设计效率的重要基础 建立在统一基层上的数 据库上的特点令数据结构与工程设计结合 使得一件产品的设计能够在各个阶段称为 一个完整一体的过程 本课题应用 Pro E 软件完成各轴 齿轮 键的三维实体建模 结构参数化设计 在完成各个零部件的绘制后 开始装配轴和齿轮 装配完成后 进 行仿真 目的是通过对普通车床变速箱的设计仿真 了解一般产品设计的基本过程 探索 Pro E 在三维动态方面的应用价值 以及 Pro E 软件在当今工业生产中的应用价 值 长远的观点看 三维 CAD 技术必然会替代二维绘图 随着计算机性能的提高 CAD 三维技术正向着开放 集成 智能和标准化的方向发展 正确把握 CAD 三维技术的发 展趋势 对我国机械行业的企业正确的规划自身设计系统 有着深远的意义 三 主要技术指标 设计 论文 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 II 1 CAD 零件图二张 2 Pro E 三维实体模型若干 3 模拟仿真视频一个 四 进度和要求 2014 3 2014 4 翻译外文文献 完成开题报告 2014 4 5 2014 4 13 熟悉作图软件复习所需的专业知识搜集资料做好准备工作 2014 4 15 2014 5 进行典型零件仿真加工及优化方案 2014 5 2014 6 撰写毕业设计论文 2014 6 准备并完成答辩 五 主要参考书及参考资料 1 单泉 Pro E 4 0 参数化设计从入门到精通 北京 机械工业出版社 2008 2 曹金榜 机床主轴变速箱设计指导 北京 机械工业出版社 1987 3 威克 机床 北京 机械工业出版社 1987 4 德 斯推番 E 机床齿轮变速箱最佳传动方案 上海 上海科学技术出版社 1965 5 梁玲 赵春章 中文版 Pro ENGINEER Wildfire 4 0 实用教程 北京 清华 大学出版社 2008 6 钟日铭 Pro ENGINEER Wildfire3 0 中文版装配设计与产品实例 北京 机 械设计出版社 2007 6 11 82 84 190 194 7 韩秋实 机械制造技术基础 北京 机械工业出版社 2010 8 侯先勤 Pro E 4 0 产品设计实例精讲 西安 西安交通大学出版社 2009 179 185 9 刘传紹 机械制造工艺学 北京 电子工艺出版社 2011 10 纪名刚 机械设计 北京 高等教育出版社 2006 5 11 杨雪宝 机械制造装备与设计 西北工业大学出版社 2010 12 李国斌 机械设计基础 机械工业出版社出版 2010 13 张萌克 机械制图 机械工业出版社 2010 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 III 学生 白 洋 指导教师 李 郁 系主任 魏生民 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 IV 摘 要 车床变速箱是车床上重要的传动装置 面对这种体型笨重 昂贵的机电设备 要 学习其内部的特殊构造 传统的学习方式是采用二维的书面信息和简单的等比食物模 型相结合的方法对学习者进行讲解 使他们了解和学习变速机构的工作原理 当利用 实物模型会受到模型的数量 环境等因素的限制 降低了学习效率 本课题研究了普通车床变速箱的变速原理以及虚拟仿真系统的设计方法 构建了 一个能够显示变速机构工作原理的三维仿真机构 课题的目的是用 Pro E 建立三维模型 及模型库 进行虚拟装配 动画演示 仿真运动分析 将三维技术融入机械类等课程 从而实现用现代化教学手段达到降低教学成本 提高教学质量的目的 并探索 Pro E 在 三维动态方面的应用价值 以及 Pro E 软件在当今生产加工行业的应用 关键字 变速箱 仿真系统 Pro E 运动特性分析 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 V ABSTRACT Lathe gearbox is important gear on a lathe in the face of this kind of bodily form bulky and expensive mechanical and electrical equipment to study its internal structure the special traditional way of learning is to use 2 d written information and simple geometric model method of combining the food to interpretation of learners to make them understand and study the working principle of variable speed mechanism By using physical model will be affected by the number of models environmental factors such as limit reduce the learning efficiency This topic research the engine lathe gearbox transmission principle and design method of virtual simulation system builds a able to display the 3 d simulation of shift gear working principle Subject is the purpose of using Pro E 3 d model is set up and model library virtual assembly animation motion characteristics Key words Transmission the simulation system Pro E movement characteristics analysis 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 VI 目 录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1 PRO E 的应用及车床的发展 1 1 1 1 Pro E 在工业中的应用 1 1 1 2 国内外机床发展状况 2 1 2 PRO ENGINEER 软件的简介 2 1 2 1 Pro ENGINEER 的发展历程 2 1 2 3 Pro ENGINEER 主要模块及应用领域 4 1 3 本课题主要研究内容 6 第二章第二章 车床变速箱的概况车床变速箱的概况 8 8 2 1 变速箱组成及特点 8 2 2 变速箱的主要传动系统构成 8 2 3 主轴箱的主要参数 9 2 4 传动系统及传动方案的确定 9 2 5 轴在箱体的定位 12 第三章第三章 变速箱的三维实体建模变速箱的三维实体建模 1313 3 1 齿轮参数化建立 13 3 2 齿轮的建模过程 35 3 3 轴的建模过程 38 3 4 变速箱的装配过程 43 3 4 1 轴的装配过程 43 3 4 2 轴之间的定位装配过程 44 3 4 3 传动系统的装配 48 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 VII 第四章第四章 仿真运动仿真运动 5050 4 1 仿真运动的参数设置 50 4 2 模拟仿真运动效果 53 第五章第五章 全文总结全文总结 5757 致致 谢谢 5858 参参 考考 文文 献献 5959 毕业设计小结毕业设计小结 6060 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 绪 论 1 1 Pro E 的应用及车床的发展 1 1 1 Pro E 在工业中的应用 CAD 技术是先进制造技术的重要组成部分 是计算机技术在工程设计 机械制造 等领域中最有影响的一项高新应用技术 Pro E 作为 CAD 软件中的突出代表 在工业 生产 产品创新等各个方面有着重要的作用 它使机械产品在设计过程中 产品的性 能设计和结构优化设计技术能得到充分的施展 而不仅仅是代替简单而重复的人工劳 动 在进行产品设计过程中 产品设计人员可以通过 Pro E 的动态仿真技术进行产品的 性能分析设计和结构优化设计 并将产品的形体设计已产品性能设计结合起来 对产 品个主要部件的动 静态分析和结构形体等的优化 自从美国 PTC 公司的 PRO E 软件自诞生那一天起 就引领机械行业的发展 将一 场深刻的变化带进了工业生产的各个方面 其优势在航空航天 汽车工业 生物医学 桥梁 建筑 电子产品 重型机械 微机电系统 运动器械等制造业的广泛 深入应 用就能得到生动的说明 相关联的据库 参数化设计基于特征的实体型化 以及多兼 容的数据接口等 都是 PRO E 的最大特点 Pro E 软件作为计算机辅助设计系统中非常重要的一款三维设计软件 它所具有的 功能是计算机发挥辅助设计功能 提高设计效率的重要基础 建立在统一基层上的数 据库上的特点令数据结构与工程设计结合 使得一件产品的设计能够在各个阶段称为 一个完整一体的过程 工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型 如腔 壳 倒角及圆角等特征 可以轻易改变模型 这一功能特性给工程设计者提供 了在设计上从未有过的简易和灵活 该软件的多数据的接口可以与多种 CAE CAM 软 件的的连接应用 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 1 1 2 国内外机床发展状况 目前 机床已发展到数控阶段 80 年代是数控机床 数控系统大发展的时代 到 80 年代末 全世界数控机床 含锻压铣床 的年产量超过 10 万台 这个发展大潮 方 兴未艾 世界著名企业中 数控机床在加工设备中所占的比例明显提高 例如 美国 通用电器公司 数控机床已占 70 从 1982 年起 日本的机床工业产值连年独占鳌头 数控机床产量连续多年处于世界的首位 日本机床的发展反映着世界机床技术发展的 趋势 日本数控机床以年均 2 88 的增长率增长 到 1990 年 数控机床的年产量达 6 1 万台 机床产值数控化率超过 80 而且主要生产高档数控机床 我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的 在半封建半殖民地的旧中国 基 本上没有机床制造工业 直至解放前夕 全国只有少数几个机械修配厂生产结构简单 的少量机床 1949 年 机床年产量仅 1500 多台 解放后 40 多年来 我国机床工业获 得了高速发展 目前我国已形成了布局比较合理 比较完整的机床工业体系 机床的 产量不断上升 机床产品除满足国内建设需要以外 而且有一部分已远销国外 我国 已制定了完整的机床系列型谱 生产的机床品种也日趋齐全 现在已经具备了成套装 备现代化工厂的能力 目前我国已能生产从小型仪表机床到重型机床的各种机床 也 能生产出各种紧密的 高精度自动化的已经高效率的机床和自动线 我国机床工业已 经取得了很大的成就 但与世界先进水平相比 还有很大的差距 主要表现在 大部 分高精度和超高紧密机床的性能还不能满足要求 精度保持性也较差 特别是高效自 动化和数控化机床的产量 技术水平和质量等方面都明显落后 到 1990 年底 我国数 控机床的产量仅是全部机床产量的 1 5 产值数控化比率仅为 8 7 而同期日本机床 产值数控化绿为 80 德国为 54 2 我国数控机床基本是中等规格的车窗 铣床和 加工中心等 精密 大型 重型或小型数控机床 远远不能满足需要 1 2 Pro ENGINEER 软件的简介 1 2 1 Pro ENGINEER 的发展历程 1985 年 PTC 公司成立于美国波士顿 开始参数化建模软件的研究 1988 年 V1 0 的 Pro ENGINEER 诞生了 自面世后以优异的性能获得了众多 CAD 用户的认可 Pro ENGINEER 经历 10 余年的发展 技术上逐步成熟 已经成为三维建模软件的领头 羊 Pro ENGNEER 作为一种通用工程软件有着极其强大的功能 在现代产品设计中 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 随着设计手段日趋先进 计算机辅助设计使得产品设计快捷 直观 以往使用的 CAD 软件以二维软件为主 主要起辅助绘图作用 而随着产品设计的发展需要 越来越多 的产品设计已经不再停留在二维的设计领域 正在越来越多的朝着三维的产品设计发 展 Pro Engineer 软件采用全参数化造型技术 比较适于零件相对简单 部件结构比 较复杂的产品设计 而 Pro ENGINEER 与其它 CAD 软件相比 有着很大的优越性 Pro ENGINEER 可以实现三维造型的随意性和方向性 可进行模拟装配和有机的可行 性分析 从而缩短设计周期 降低生产成本 PTC 公司以每年推出一个新版本的速度 不断改进软件的不足之处并引入现先进的设计理念 在 Pro ENGINEER 的 Wildfire 系 列推出之前 最近的几个版本是 Pro ENGINEERR20 Pro ENGINEER2000i Pro ENGINEER2000i2 和 Pro ENGINEER2001 每个版本都有代表性的先进设计思想 2003 年 PTC 推出了 Wildfire 版 全面改进了软件的用户界面 对个设计模块重 新进行功能组合 进一步完善了部分设计功能 是软件的界面更友好 使用更方便 设计能力更强大 两年后 PTC 公司推出了 Pro ENGINEER Wildfire 2 0 2006 年 4 月 Pro ENGINEER Wildfire 3 0 正式推出 2007 年 7 月 Pro ENGINEER Wildfire 4 0 面 世 现在 Pro ENGINEER Wildfire 5 0 已经进入应用领域 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能 还包括对大型 装配体的管理 功能仿真 制造 产品数据管理等等 Pro ENGINEER 还提供了目前 所能达到的最全面 集成最紧密的产品开发环境 下面就 Pro ENGINEER 的主要特性 进行分析 主要特性 全相关性 Pro ENGINEER 的所有模块都是全相关的 这就意味着在产品开发过 程中某一处进行的修改 能够扩展到整个设计中 同时自动更新所有的工程文档 包 括装配体 设计图纸 以及制造数据 全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改 却没有任何损失 并使并行工程成为可能 所以能够使开发后期的一些功能提前发挥 其作用 基于特征的参数化造型 Pro ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型 的构造要素 这些特征是一些普通的机械对象 并且可以按预先设置很容易的进行修 改 例如 设计特征有弧 圆角 倒角等等 它们对工程人员来说是很熟悉的 因而 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 易于使用 装配 加工 制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征 通过给这 些特征设置参数 不但包括几何尺寸 还包括非几何属性 然后修改参数很容易的 进行多次设计叠代 实现产品开发 数据管理 加速投放市场 需要在较短的时间内开发更多的产品 为了实现这种 效率 必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发 数据管理模块的开发研 制 正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作 由于使用了 Pro ENGINEER 独特的全相关性功能 因而使之成为可能 装配管理 Pro ENGINEER 的基本结构能够使您利用一些直观的命令 例如 啮 合 插入 对齐 等很容易的把零件装配起来 同时保持设计意图 高级的 功能支持大型复杂装配体的构造和管理 这些装配体中零件的数量不受限制 易于使用 菜单以直观的方式联级出现 提供了逻辑选项和预先选取的最普通选 项 同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助 这种形式使得容易学习和使用 1 2 3 Pro ENGINEER 主要模块及应用领域 PRO ENGINEER 软件包的产品开发环境在支持并进行工作时通过一系列完全相关 的模块表述产品的外形 装配及其他功能 PRO E 能够让多个部门同时致力于单一的 产品模型 包括对大型项目的装配体管理 功能仿真 制造 数据管理等 其中 PRO E V2000i 更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具 1 工业设计 CAID 模块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计以前在零件未制造出时是无法观看零 件形状的只能通过二维平面图进行想象 现在用 3DS 可以生成实体模型但用 3DS 生成 的模型在工程实际中是 中看不中用 用 PRO E 生成的实体建模不仅中看而且相当管 用 事实上 PRO E 后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据 包括 PRO 3DPAINT 3D 建模 PRO ANIMATE 动画模拟 PRO DESIGNER 概念设计 PRO NETWORKANIMATOR 网络动画合成 PRO PERSPECTA SKETCH 图片转 三维模型 PRO PHOTORENDER 图片渲染 几个子模块 2 机械设计 CAD 模块 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具 它可绘制任意复杂形状的零件 在实际中存在大量形状不规则的物体表面 随着人们生活水平的提高 对曲面产品的 需求将会大大增加 用 PRO E 生成曲面仅需 2 步 3 步 作 PRO E 生成曲面的方法有 拉伸 旋转 放样 扫掠 网格 点阵等 由于生成曲面的方法较多因此 PRO E 可以 迅速建立任何复杂曲面 它既能作为高性能系统独立使用又能与其它实体建模模块结 合起来使用它支持 GB ANSI ISO 和 JIS 等标准 3 功能仿真 CAE 模块 功能仿真 CAE 模块主要进行有限元分析 我们中国有句古话 画虎画皮难画骨 知人知面不知心 主要是讲事物内在特征很难把握 机械零件的内部变化情况是难以 知晓的 有限元仿真使我们有了一双慧眼能 看到 零件内部的受力状态 利用该功能 在满足零件受力要求的基础上便可充分优化零件的设计 著名的可口可乐公司利用有 限元仿真分析其饮料瓶结果使瓶体质量减轻了近 20 而其功能丝毫不受影响仅此一项 就取得了极大的经济效益 4 制造 CAM 模块 在机械行业中用到的 CAM 制造模块中的功能是 NC Machining 数控加工 功能就 PRO ES 的数控模块包括 PRO CASTING 铸造模具设计 PRO MFG 电加工 PRO MOLDESIGN 塑料模具设计 PRO NC CHECK NC 仿真 PRO NCPOST CNC 程序生成 PRO SHEETMETAL 钣金设计 5 数据管理 PDM 模块 PRO E 的数据管理模块就像一位保健医生 它在计算机上对产品性能进行测试仿 真找出造成产品各种故障的原因 帮助你对症下药排除产品故障改进产品设计 它就 像 PRO E 家庭的一个大管家 将触角伸到每一个任务模块 并自动跟踪你创建的数据 这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据 这个管家通过一定的机制保证了 所有数据的安全及存取方便 它包括 PRO PDM 数据管理 PRO REVIEW 模型图纸 评估 6 数据交换 Geometry Translator 模块 在实际中还存在一些别的 CAD 系统如 UG EUCLID CIMATRTON MDT 等 由于它们门户有别所以自己的数据都难以被对方所识别 但在实际工作中往往需要接 受别的 CAD 数据 这时几何数据交换模块就会发挥作用 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 PRO E 中几何数据交换模块有好几个 如 PRO CAT PRO E 和 CATIA 的数据交换 PRO CDT 二维工程图接口 PRO DATA FOR PDGS PRO E 和福特汽车设计软件的 接口 PRO DEVELOP PRO E 软件开发 PRO DRAW 二维数据库数据输入 PRO INTERFACE 工业标准数据交换格式扩充 PRO INTERFACE FOR STEP STEP ISO10303 数据和 PRO E 交换 PRO LEGACY 线架 曲面维护 PRO LIBRARYACCESS PRO E 模型数据库进入 PRO POLT HPGL POSTSCRIPTA 数据输出 Pro ENGINEER 软件提供了目前所能达到的最全面 集成最紧密的产品开发环境 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能 还包括对大型装配 体的管理 功能仿真 制造 产品数据管理等等 它已广泛应用于电子 机械 模具 汽车 航天 家电等各行业 在工业产品的设计过程中应用最为广泛 Pro ENGINEER 作为高端的三维设计软件 应用布局 骨架及参照关系等进行大型复杂机械产品的 Top Down 设计 可以建立有效的产品数字化模型 尤其是在设计变更 系列化产品或 者数据借用时 您会有深刻的体 Pro E 软件会通过自动生成相关的机械模具设计 装 配指令和机床代码也能在大程度提高生产效率 Pro ENGINEER 软件能够仿真和分析 虚拟样机及优化设计 无需制造昂贵的实物样机 即可以虚拟方式模拟实际的作用力 和运动情况 并分析机械产品在这些情况下的可能出现的问题 在设计阶段中及早洞 察产品性能 从而改进产品性能 设计更好的产品 同时节省时间和成本 另外 Pro ENGINEER 软件支持与多种 CAD 工具 包括相关数据交换 和业界标准数据格式 兼容利用 与 PTC 的其他产品一起能形成团队成员之间有效地共享数字化产品数据环 境 基于产品研发体系 优化数字化产品价值链 改善企业业务流程 1 3 本课题主要研究内容 本课题应用 Pro E 软件完成各轴 齿轮 键的三维实体建模 结构参数化设计 在 完成各个零部件的绘制后 开始装配轴和齿轮 装配完成后 进行仿真 目的是通过 对普通车床变速箱的设计仿真 了解一般产品设计的基本过程 探索 Pro E 在三维动态 方面的应用价值 以及 Pro E 软件在当今工业生产中的应用价值 长远的观点看 三维 CAD 技术必然会替代二维绘图 随着计算机性能的提高 CAD 三维技术正向着开放 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 集成 智能和标准化的方向发展 正确把握 CAD 三维技术的发展趋势 对我国机械行 业的企业正确的规划自身设计系统 有着深远的意义 以下阐述了本论文每章节的 第 1 章 绪论 阐述了本课题研究的意义及其相关文献综述 并对相关的研究内 容和研究方法进行了阐述 第 2 章 车床变速箱的概况 主要对车床 CA6140 的结构进行分析 以及主轴参 数的选定 第 3 章 变速箱的三维实体建模 阐述了变速箱主要零件的建模过程以及装配过 程 第 4 章 变速箱的仿真运动 设置运动仿真的参数将其运动效果表示出来 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 第二章 车床变速箱的概况 2 1 变速箱组成及特点 因为 CA6140 型卧式车床为典型机床 故本次设计选用 CA6140 进行介绍与分析 以掌握卧式车床的性能 传动原理 结构及分析方法 进而推广和应用于其他各类 的机床分析 在主轴箱中有卸荷带轮装置 摩擦离合器 制动器及操纵机构 主轴部件 主 轴变速操纵机构等 1 卸荷带轮装置 带轮传动中产生的拉力 通过轴承 法兰盘传给主轴箱 这种结构称为卸荷带轮装置 2 摩擦离合器 主轴箱内的双向机械多片式摩擦离合器 它具有左 右两组 由若干内 外摩擦片交叠组成的摩擦片组 3 制动器及操纵机构 制动装置的功用是在车床停机过程中 克服主工件的 精度和表面粗糙度 在很大程度上决定于主轴部件的刚度和回转精度 5 主轴变速操纵机构 该机构主要用来控制箱内一根轴上的双联滑移齿轮 和另一根轴上的三联滑移齿轮 2 2 变速箱的主要传动系统构成 CA6140 型卧式车床主运动 是由主电动机经三角皮带传至主轴箱中的轴 I 轴 I 上装有一个双向多片式摩擦离合器 M1 用以控制主轴的启动停止和换向 轴 I 的 运动经离合器 M1 和轴 II III 间变速齿轮传至轴 III 然后分两路传递给主轴 如下 图 2 1 变速箱的传动系统图所示 1 高速传动路线 主轴 VI 上的滑移齿轮 Z50 处于左边位置 运动经齿轮副 直接传给主轴 2 中低速传动路线 主轴 VI 上的滑移齿轮 Z50 处于右边位置 且使齿式离 合器 M2 接合 运动经轴 III IV V 间的背轮机构和齿轮副传给主轴 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 图 2 1 变速箱的传动系统图 2 3 主轴箱的主要参数 工件最大回转直径 400mm 工件最大长度 四种规格 1000mm 主轴孔径 48mm 主轴前端孔锥度 400mm 主轴转速范围 正转 10 1400r min 反转 14 1580r min 加工螺纹范围 1 192mm 2 24 牙 英寸 模数 0 25 48mm 纵向进给量范围 0 1mm 横向进给量 0 05mm 刀架快速移动速度 4m min 主电机 功率 7 5 千瓦 转速 1450r min 快速电机 功率 370 瓦 转速 2600r min 冷却泵 功率 90 瓦 流量 25L min 2 4 传动系统及传动方案的确定 1 确定极限转速 已知主轴最低转速 n 为 10mm s 最高转速 n 为 1400mm s 转速调整范围为 Rn nmax nmin 140 2 确定公比 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 选定主轴转速数列的公比为 1 26 3 求出主轴转速级数 Z Z lgRn lg 1 lg140 lg1 26 1 24 4 确定结构网或结构式 24 2 3 2 2 5 绘制转速图 a 分配总降速传动比 总降速传动比为 UII Nmin Nd 10 1500 6 67 10 3 nmin 为主轴最低转速 考虑 是否需要增加定比传动副 以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和及径向与轴 向尺寸 并分担总降速传动比 然后 将总降速传动比按 先缓后急 的递减原则 分配给串联的各变速组中的最小传动比 b 确定传动轴的轴数 传动轴数 变速组数 定比传动副数 1 6 c 绘制转速图 先按传动轴数及主轴转速级数格距 lg 画出网格 用以绘制转速图 在转速图 上 先分配从电动机转速到主轴最低转速的总降速比 在串联的双轴传动间画上 u k k 1 min 再按结构式的级比分配规律画上各变速组的传动比射线 从而确定了 各传动副的传动比 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 图 2 2 主轴运动转速 主轴运动的传动路线为 3956 4138 2 130mm3051 230mm5043 22 5034 1 58 3430 2020 26 8080 M2 505158 5050 M M 左 主电动机 右 主轴 右移 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 2 5 轴在箱体的定位 CA6140 主轴箱中共有 6 根轴 轴的定位要靠箱体上安装空的位置来保证 因此 箱体上安装空的位置的确定很重要 本设计中各轴安装孔的位置的确定主要考虑了 齿轮之间的啮合及相互干涉的问题 根据各对配合齿轮的中心距及变位系数 并参 考有关资料 箱体上轴安装空的位置确定如下 中心距25 2 2 21 zza 中心距 56 38 2 2 25 105 75mm 中心距 39 41 2 2 25 90mm 中心距 50 50 2 2 5 125mm 中心距 20 80 2 2 5 125mm 中心距 26 58 2 4 168mm 综合考虑其它因素后 将箱体上各轴安装的位置确定如下图 图 2 3 各轴安装位置图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 第三章 变速箱的三维实体建模 3 1 齿轮参数化建立 1 输入基本参数和关系式 1 单击 在新建对话框中输入文件名 gear 然后单击 2 在主菜单上单击 工具 参数 系统弹出 参数 对话框 如 图 3 1 所示 图 3 1 参数 对话框 3 在 参数 对话框内单击按钮 可以看到 参数 对话框增加了一 行 依次输入新参数的名称 值 和说明等 需要输入的参数如表 3 1 所示 名称值说明名称值说明 M3模数DB 基圆 直径 Z25齿数DF 齿根 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 圆直径 ALPH A 20压力 角 D 分度 圆直径 HAX1齿顶 高系数 DD0 凹槽 直径 CX0 25顶系 系数 BB0 凹槽 深度 B10齿轮 宽度 DD115轴孔 直径 HA 齿顶 高 LL1 键槽 高 HF 齿根 高 LL2 键槽 宽 X0变位 系数 LL3 小孔 到原点 DA 齿顶 圆直径 DD2 小孔 直径 表 3 1 创建齿轮参数 注意 表 3 1 中未填的参数值 表示是由系统通过关系式将自动生成的尺 寸 用户无需指定 完成后的参数对话框如图 3 2 所示 图 3 2 参数 对话框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 4 在主菜单上依次单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 如 图 3 3 所示 5 在 关系 对话框内输入齿轮的分度圆直径关系 基圆直径关系 齿根圆 直径关系和齿顶圆直径关系 由这些关系式 系统便会自动生成表 3 1 所示的未指 定参数的值 输入的关系式如下 ha hax x m hf hax cx x m d m z da d 2 ha db d cos alpha df d 2 hf 完成后的 关系 对话框如图 3 5 所示 图 3 3 关系 对话框 2 创建齿轮基本圆 1 在工具栏内单击按钮 系统弹出 草绘 对话框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 2 选择 FRONT 面作为草绘平面 选取 RIGHT 面作为参考平面 参考方向为向 左 如图 3 4 所示 单击 草绘 进入草绘环境 图 3 4 草绘 对话框 3 在绘图区以系统提供的原点为圆心 绘制一个任意大小的圆 并且 标注圆的直径尺寸 在工具栏内单击按钮 完成草图的绘制 4 在模型中右键单击刚刚创建的草图 在弹出的快捷菜单中单击选取 编辑 5 在主菜单上依次单击 工具 关系 系统弹出关系对话框 6 在 关系 对话框中输入尺寸关系如下 D11 d 其中 D11 为圆的直径尺寸代号 注意尺寸代号视具体情况会有所有同 d 为 用户自定义的参数 即为分度圆直径 通过该关系式创建的圆即为分度圆 7 继续在工具栏内单击按钮 系统弹出 草绘 对话框 8 在 草绘 对话框内单击按钮 进入草绘环境 9 在绘图区以系统提供的原点为圆心 绘制一个任意大小的圆 并且标 注圆的直径尺寸 在工具栏内单击按钮 完成草图的绘制 10 在模型中右键单击刚刚创建的草图 在弹出的快捷菜单中单击选取 编辑 11 在主菜单上依次单击 工具 关系 系统弹出关系对话框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 12 在 关系 对话框中输入尺寸关系如下 D12 da 其中 D12 为圆的直径尺寸代号 da 为用户自定义的参数 即为齿顶圆直径 通过该关系式创建的圆即为齿顶圆 13 重复 7 12 步骤 创建另外两个齿轮的基本圆 分别为齿根圆和基圆 基中齿根圆的尺寸关系式为 D13 df 基圆的尺寸代号为 D14 db 完成后的基本圆曲线如图 3 8 所示 完成后的 关系 对话框如图 3 6 所 示 图 3 5 完成后的基本圆曲线 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 图 3 6 完成后的关系式 3 创建渐开线 1 依次在主菜单上单击 插入 模型基准 曲线 或者在工具 栏上单击按钮 系统弹出 曲线选项 菜单管理器 如图 3 7 所示 图 3 7 曲线选项 菜单管理器 2 在 曲线选项 菜单管理器上依次单击 从方程 完成 弹出 得到坐标系 菜单管理器 如图 3 8 所示 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 图 3 8 得到坐标系 菜单管理器 图 3 9 设置坐标系类型 菜单管理器 3 在绘图区单击选取系统坐标系为曲线的坐标系 弹出 设置坐标类型 菜 单管理器 如图 3 9 所示 4 在 设置坐标类型 菜单管理器中单击 笛卡尔 系统弹出一个记事 本窗口 5 在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程 如下 ang 90 t r db 2 s PI r t 2 xc r cos ang yc r sin ang x xc s sin ang y yc s cos ang z 0 渐开线的创建是齿轮创建过程中的一个难点 渐开线方程的推导已经在本章第 一节中做了详细的介绍 6 保存数据 退出记事本 单击 曲线 从方程 对话框中的 确定 如 图 3 11 所示 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 图 3 11 曲线 从方程 对话框 图 3 12 完成后的渐开线 7 完成后的曲线如图 3 12 所示 4 镜像渐开线 1 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单上单击 插入 模型基 准 点 点 系统弹出 基准点 对话框 如图 3 13 所示 图 3 13 基准点 对话框 2 单击分度圆曲线作为参照 按住 Ctrl 键 单击渐开线作为参照 如图 3 14 所示 在 基准点 对话框内单击 确定 完成基准点 PNT0 的创建 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 图 3 14 选取参照曲线 3 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单上单击 插入 模型基 准 轴 系统弹出 基准轴 对话框 如图 3 15 所示 4 在绘图区单击选取 TOP 面作为参考平面 按住 Ctrl 键 单击选取 RIGHT 面作为参考 在 基准轴 对话框内单击 确定 完成轴 A 1 的创 建 5 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单上单击 插入 模型基 准 平面 系统弹出 基准平面 对话框 6 在绘图区单击选取 A 1 轴作为参照 按住 Ctrl 键 继续单击基准点 PNT0 作为参照 如图 3 15 所示 7 继续在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单上单击 插入 模 型基准 平面 系统弹出 基准平面 对话框 如图 3 16 所示 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 图 3 15 基准平面 对话框 图 3 16 基准平面 对话框 8 在绘图区单击选取刚刚创建的 DTM1 面作为参考平面 按住 Ctrl 键选 取 A 1 轴作为参考 在偏距文本框内输入旋转角度为 360 4 z 系统提 示是否要添加特征关系 单击 是 9 在 基准平面 对话框内单击 确定 完成基准平面的创建 10 将关系式添加到 关系 对话框 在绘图区右键单击刚刚创建的基准平 面 DTM2 在弹出的快捷菜单上单击 编辑 11 在主菜单上单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 此时 系统显示 DTM1 面和 DTM2 面间的夹角尺寸代号 单击该尺寸代号 尺寸代 号将自动显示在 关系 对话框中 输入的关系式为 d202 360 4 z 在 关系 对话框内单击 确定 完成添加关系式 12 在绘图区单击渐开线特征 然后在工具栏内单击按钮 或者依次在主 菜单上单击 编辑 镜像 系统弹出 镜像 特征定义操控面板 如图 3 17 所示 图 3 17 镜像 特征定义面板 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 13 在绘图区单击选取刚刚创建的 DTM2 平面作为镜像平面 在 镜像 特征定义操控面板内单击按钮 完成渐开线的镜像 完成后的曲线如图 3 18 示 图 3 18 成后的镜像渐开线图 3 19 草绘 对话框 5 创建齿根圆 1 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单内单击 插入 拉伸 弹出 拉伸 定义操控面板 在面板内单击 放置 定义 弹出 草绘 定 义对话框 2 选择 FRONT 面作为草绘平面 选取 RIGHT 面作为参考平面 参考 方向为向 左 如图 3 19 所示 单击 草绘 进入草绘环境 3 在工具栏内单击按钮 在绘图区单击选取齿根圆曲线 在工具栏内单击 按钮 完成草图的绘制 4 在 拉伸 特征定义操控面板内单击选取 实体 按钮 拉伸到指定深 度 按钮 在拉伸深度文本框内输入深度值为 B 如图 3 20 所示 回车后系统提示是 否添加特征关系 单击 是 图 3 20 拉伸 定义面板 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 5 拉伸深度自动调整到用户设置的参数 B 的值 在 拉伸 特征定义操控 面板内单击按钮 完成齿根圆的创建 完成后的齿根圆如图 3 21 所示 图 3 21 完成后的齿根圆 6 将关系式添加到 关系 对话框 在模型树中右键单击齿根圆特征 在弹 出的快捷菜单中单击 编辑 7 在主菜单上单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 此时 系统显示齿根圆厚度尺寸代号 单击该尺寸代号 尺寸代号将自动显示在 关系 对话框中 输入的关系式为 D20 b 完成后的 关系 对话框如图 3 22 所示 在 关系 对话框内单击 确定 完 成添加关系式 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 图 3 22 关系 对话框 6 创建齿形 1 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单内单击 插入 拉伸 弹出 拉伸 定义操控面板 在面板内单击 放置 定义 弹出 草绘 定 义对话框 2 选择 FRONT 面作为草绘平面 选取 TOP 面作为参考平面 参考方 向为向 右 如图 3 23 所示 单击 草绘 进入草绘环境 图 3 23 草绘 对话框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 3 绘制如图 3 24 所示的二维草图 在工具栏内单击按钮 完成草图的绘 制 图 3 24 绘制二维草图 4 在 拉伸 特征定义操控面板内单击选取 实体 按钮 拉伸到指定深 度 按钮 在拉伸深度文本框内输入深度值为 B 如图 3 28 所示 回车后系统提示 是否添加特征关系 单击 是 图 3 25 拉伸 定义面板 5 拉伸深度自动调整到用户设置的参数 B 的值 在 拉伸 特征定义操控面 板内单击按钮 完成轮齿的创建 完成后的轮齿如图 3 26 所示 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 图 3 26 完成后的轮齿 6 将关系式添加到 关系 对话框 在模型树中右键单击轮齿特征 在弹出 的快捷菜单中单击 编辑 7 在主菜单上单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 此时 系统显示轮齿厚度尺寸代号和齿根圆角尺寸代号 单击该尺寸代号 尺寸代号将自 动显示在 关系 对话框中 输入的关系式为 D38 b 7 阵列轮齿 为阵列轮齿 首先要创建一个轮齿 1 首先单击选取已经创建好的轮齿 然后在主菜单上依次单击 编辑 复制 然后再次依次单击 编辑 选择性粘贴 系统弹出 选择性粘贴 复选框 如图 3 27 所示 图 3 27 选择性粘贴 复选框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 28 2 勾选复选框的前两项 如图 3 31 所示 单击 确定 系统弹出 选择性 粘贴 定义操控面板 3 在 选择性粘贴 定义面板内选取按钮 在文本框输入旋转角度为 360 z 如图 3 28 所示 系统提示是否添加关系 单击 是 图 3 28 选择性粘贴 定义面板 4 在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为旋转轴 在 选择性粘贴 定义操 控面板内单击按钮 完成轮齿的创建 5 将旋转角度关系式添加到 关系 对话框 在模型树中右键单击第二个轮 齿特征 在弹出的快捷菜单中单击 编辑 6 在主菜单上单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 此时 系统显示两个轮齿夹角的尺寸代号 单击该尺寸代号 尺寸代号将自动显示在 关 系 对话框中 输入的关系式为 d124 360 z 完成后的 关系 对话框如图 3 29 所示 在 关系 对话框内单击 确定 完 成添加关系式 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 29 图 3 39 关系 对话框 7 在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征 在工具栏内单击按钮 或者依次在主菜单上单击 编辑 阵列 系统弹出 阵列 定义操控面板 如图 3 30 所示 图 3 30 阵列 特征定义面板 8 在绘图区单击选取两个轮齿间的夹角尺寸 14 4 度作为阵列参照 在 阵列 定义操控面板单击按钮 完成阵列特征的创建 9 在绘图区可以看到 阵列操作只创建了个轮齿 下面通过添加关系式来创 建其它轮齿 在模型树中右键单击选取刚刚创建的阵列特征 在弹出的快捷菜单中 单击 编辑 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 30 10 在主菜单上单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 此时 系统显示两个轮齿夹角的尺寸代号 单击该尺寸代号 尺寸代号将自动显示在 关 系 对话框中 输入的关系式为 d141 360 z p142 z 1 d141 为两个轮齿间的夹角 p142 为阵列的个数 完成后的 关系 对话框如图 3 31 所示 在 关系 对话框内单击 确定 完成添加关系式 图 3 31 关系 对话框 11 在工具栏上单击重生按钮 或者依次在主菜单上单击 编辑 再生 完成所有轮齿的创建 完成后的齿轮如图 3 32 所示 8 创建凹槽特征 1 首先加入关系式 在主菜单上依次单击 工具 关系 系统弹出 关系 对话框 输入关系式如下 dd0 0 85 df bb0 0 1 b 西北工业大学明德学院本科