毕业设计（论文）基于proe的蜗轮蜗杆参数化设计.doc

摘要介绍了蜗杆涡轮形状的数学描述，实现蜗杆涡轮精确三维实体造型的方法。在Pro/E环境下，建立了蜗杆涡轮的数学模型。介绍了基于Mechanism的机构运动仿真的基本工作流程，对Pro/E进行二次开发，实现看蜗杆涡轮的参数化三维实体设计，通过机构的运动仿真，动态观看运动仿真的啮齿和运动情况，测试机构的有关运动性能的参数，有利于机构优化和提高设计效率，可以构成机构的虚拟设计、制造及仿真分析的平台。关键字：Pro/E；蜗杆涡轮；参数化设计；运动仿目 录序言-1第一章 -2 1.1了解蜗杆涡轮的传动特点- 2 1.2了解蜗杆涡轮相关参数的查取方法- 2 1.3涡轮蜗杆的应用- 3第二章 Pro/E的基本建模- 4 2.1 渐开线形成原理-4 2.2渐开线的特征-4 2.4蜗杆涡轮基本参数-4 2.4啮合蜗杆蜗轮的建模-4 2.5蜗杆的参数化过程-4 2.6涡轮的绘制-5第三章 涡轮的创建- 6 3.1涡轮的建模分析- 63.2 涡轮的建模过程- 6 3.2.1创建参数-6 3.2.2创建齿轮基本圆-7 3.2.3创建齿廓曲线-8 3.2.4 创建扫引轨迹-113.2.5 创建圆柱-123.2.6变截面扫描生成第一个轮齿- 133.2.7阵列创建轮齿- 14第四章 蜗杆的创建-16 蜗杆的建模-16 第五章 结论-22第六章 致谢词-23参考文献-24序言 Pro/E是由美国PTC公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出到生产加工成产品的全过程，其中还包含了大量的电缆及管道布线、磨具设计与分析等实用模块，应用范围涉及航天、汽车、机械、数控（NC）加工及电子等诸多领域。以下运用Pro/E设计蜗杆涡轮的参数化。第一章 蜗轮蜗杆1.1什么是蜗轮蜗杆 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。 1.2涡轮蜗杆的特点1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑 2.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构 3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小 4.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。 5.传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高 6.蜗杆轴向力较大1.3涡轮蜗杆的应用蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合第二章 Proe的基本建模2.1 渐开线形成原理一条直线（即发生线）沿着半径为rb 的基圆做纯滚动，直线上任一点K 的形成的轨迹AK 就叫做该圆的渐开线。2.2 渐开线的特性(1) 发生线沿着基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长度。(2) 渐开线上任意一点的法线恒与基圆相切。(3) 渐开线愈接近于基圆的部分其曲率半径愈小；离基圆愈远曲率半径则越大。(4) 渐开线的形状取决于基圆的大小。 在展角相同的情况下，基圆的大小不同渐开线的曲率也不同。基圆半径愈小，其渐开线的曲率半径愈小；基圆半径愈大，其渐开线的曲率半径愈大；当基圆半径为无穷大时，其渐开线变成一条直线。(5) 基圆内无渐开线。2.3 蜗杆蜗轮基本参数模数 m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数Z1 、蜗轮齿数Z2、齿顶高系数ha （取1）及顶隙系数c（取0.2）。其中模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即蜗轮端面的模数和压力角且均为标准值；蜗杆直径系数q 为蜗杆分度圆直径与其模数m 的比值。2.4 啮合蜗杆蜗轮的建模绘制一个模数m=4，头数Z1=2，直径系数为10，压力角=20°，与其啮合的蜗轮的齿数Z2=31。2.5 蜗杆的参数化过程1. 通过设置新的坐标系CSO，使用坐标系类型为圆柱坐标系，通过方程的形式精确创建螺旋线：2. 选择FRONT 作为草绘平面，绘制四个同心圆，以便形成蜗杆。sd0=124sd1 =124*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)sd2=114.4sd3 =1323.选取CS2 坐标系作为曲线方程的坐标系，并设置坐标系类型为笛卡尔坐标系，然后在记事本中输入渐开线方程：r=62*cos(atan(tan(20)/cos(atan(2/10)theta=t*60x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0绘制出的渐开线形状 （箭头所指的曲线）4.选择创建的渐开线，通过选择RIGHT 基准面作为镜像平面，进行镜像操作，然后进行拉伸操作，圆柱直径为30.4，长度为100。5.再使用扫描混合功能绘出渐开线齿形。6.通过 “编辑”/“特征操作”完成双头蜗杆的绘制。7.完整的蜗杆模型。2.6 蜗轮的绘制1.类似于蜗杆的绘制方法，渐开线的生成方程与蜗杆相同，箭头所指的是生成的渐开线齿廓。2.旋转特征的创建绘制一条中心线使其附着到RIGHT 平面，圆的直径为20，圆心到中心线的距离为80，通过“旋转”工具生成旋转曲面。3.蜗轮外圈的生成使用“旋转”工具按钮和倒角，快速生成蜗轮外圈主体。4. “扫描混合”、 “阵列”，最后完成渐开线蜗轮的实体。第三章 蜗轮的创建3.1 蜗轮的建模分析（1）创建参数（2）创建齿轮基本圆（3）创建齿廓曲线（4）创建扫引轨迹（5）创建圆柱（6）变截面扫描生成第一个轮齿（7）阵列创建轮齿3.2 蜗轮的建模过程3.2.1.创建参数打开PROE，在菜单中点击工具，选择菜单，然后设置参数，如下图3.2.2创建齿轮基本圆（1）绘制蜗轮基本圆曲线。在工具栏内单击按钮，弹出“草绘”对话框，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“右”，如图3-189所示；单击【草绘】进入草绘环境；（2）进入草绘以后，点击圆，画4个圆，退出草图，然后设置参数3.2.3创建齿廓曲线（1）创建渐开线。在工具栏内单击按钮，弹出“曲线选项”对话框，点击从方程，单击选取基准坐标系PRT_CSYS_DEF作为参照。系统弹出设置坐类型菜单管理器，单击笛卡尔在系统弹出的记事本窗口中输入曲线方程为：r=72.66/2 Theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0(3)在曲线定义对话框内，点击确定完成渐开线的创建。如图：（4) 镜像渐开线。在工具栏内单击按钮，创建分度圆曲线与渐开线的交点，如图所示：（5）在工具栏内单击按钮，弹出“基准轴”对话框，通过2个面创建一条基准轴。如下图：（6）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框，选择一条基准轴和基准点创建一个基准平面。如图（7）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框，在“旋转”文本框内输入旋转角度为3，在“基准平面”对话框内单击确定完成基准平面的创建，如图（8）单击选取渐开线，点击镜像单击选取“DTM3”面作为参照平面，单击完成渐开线的创建。32.4创建扫引轨迹（1）创建投影曲面。在工具栏内单击旋转按钮，弹出“旋转”定义操控面板，在面板内选择曲面旋转，然后单击 “放置” “定义”，弹出“草绘”定义对话框，用DTM3作为平面。（2）单击草绘，绘制如图：（4）在工具栏内单击基准平面按钮，设置基准平面，以中心轴和DMT2为参照，绘制出DMT3。（5）创建投影线。在主菜单内依次单击 “编辑” “投影”，弹出“投影”操作面板，选择一个平面，方向，再选择DMT3在点击参照，选择草绘投影，以DMT3为投影，方向为底部进入草绘以两边的边为参照，还有FOROTN、DNT2为参照，从中心点到边绘制一条11°还有191°的直线，完成绘图3.2.5创建圆柱（1）选择拉伸选项，以FOROTN面为平面，方向相右，绘制一个直径为88.25的圆，完成草图。然后选择对称，深度为30、（2）、创建倒角选择倒角按钮，选择倒角为2.5（3）在工具栏内单击旋转按钮，弹出“旋转”操控面板，在操控面板内单击【位置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框，单击草绘按钮进入草绘环境，绘制如图单击按钮完成草图的绘制。（4）在操控面板内单击按钮，单击按钮完成后的蜗轮如图3.2.6.变截面扫描生成第一个轮齿（1）在工具栏内单变截面扫操控面板，单击参照按钮弹出一个上滑面板，按如图所示的设置定轨迹（2）在操控面板内，单击选项按钮弹出一个上滑面板，在下拉列表框中选择“恒定剖面”选项（3）在操控面板内，单击按钮进入草绘环境，绘制如图所示的草图，单击按钮完成草图绘制。（4）在操控面板内，单击按钮，单击按钮完成后的特征如图29所示。（5）创建另外半个齿轮。按上述（1）-（4）步骤进行操作，不同地方是在第（1）步骤的轨迹选取中，选取另一条投影线。设置参数3.2.7阵列创建轮齿首先单击选取已经创建好的轮齿，然后在工具栏内单击按钮，弹出“阵列”的控制面板完成如图最后再实行涡轮的修整，点击旋转以RIGHT为平面进入草绘，创建如图完成草绘，旋转以后如图最后通孔，选择拉伸，进入草绘，绘制如图完成草绘，然后去除材料，如图第四章 蜗杆的创建蜗杆的建模1.建立新零件，使用三个平面2设置参数：3.（1建立基准平面DTM1，TOP平面往下偏距，编辑关系式DO=（M*Z2-M*Q）/2（2）建立蜗杆轴线A1，FRONT平面与TOP的交线（3）建立轴线A2，RIGHT平面与DTM1的交线。（4）建立直角坐标系CSO，x垂直与TOP平面向上，y垂直与FRONT平面向外，z垂直与RIGHT平面向右。（5）建立坐标系CS1，X垂直与DTM1平面向上，Y垂直与RIGHT平面向右，Z垂直与FRONT平面向里。（6）建立直角坐标系CS2，参照为CS1，相对Z轴旋转角度D3=360/（4*Z2）.4. 建立螺旋线，圆柱坐标系为CS0，方程为R=m*q/2Theta=-t*tx*360Z=-T*LA5草绘曲线，草绘平面为FRONT，参照基准为顶TOP，草绘参照为A2轴线。画四个同心圆，圆心在A2轴线上，从外到里为D10,D9,D8,D7,并建立关系。D9=M*Z2D10=D2+2*MD8=D2*COS(ALPHA_T)D7=D2-2.4*M完成后如图所示：6.建立蜗杆基圆渐开线，笛卡尔坐标系为CS2，方程为：R=m*z2*cos(alpha_t)/2Theta=t*60X=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=07、讲上面的渐开线沿RIGHT平面镜像。完成后如图：8，将第五步所做的草绘曲线及上面两条渐开线向左移动。设置关系为D11=LA，完成后如图：9.建立伸出项，草绘平面RIGHT，参照顶TOP，双侧拉伸。草绘参照为A1轴线。以A1为参照画一个圆， 设置关系：直径大笑D21=M*Q-2.4*M,深度D20=2*LA.完成后如图：10建立扫描混合特征，参照如下图所示：原点轨迹为第4步建立螺旋线。草绘两界面，螺旋线的开始与结束为两界面的定位点。界面如图：选择通过边创建图元，选择两渐开线及草绘曲线的最外和最里的开弧线，降渐开线和最里的圆弧线倒圆角，将圆角大小添加到草绘关系里：sd4=0.38*m。完成第一剖面绘制。接着同样完成第二个剖面的绘制。完成后如图：11.将上面完成的扫描特征沿A1轴阵列，个数为z1，角度为360/Z1、完成后如图：12建立基准点PNTO，镜像后的渐开线与草绘曲线的交点。13.通过PNTO，平行也RIGHT做一个DTM2。14建立旋转切剪特征，草绘平面FORNT，草绘参照为A1轴线和DTM2。草绘如下：完成后编辑关系，长度尺寸：d106=1 直径尺寸：d105=m*(q+3) 倒角尺寸：d107=d108=1.5*m成后如图：第五章 结论在Pro/ E 环境下,不仅实现了蜗杆蜗轮的参数化精确实体造型,而且实现了机构的运动仿真,有利于机构快速设计与优化,提高工作效率,为蜗杆、蜗轮零件的后续工作,如有限元分析、加工刀具的设计等创造了条件,通过进一步的开发,可以建成机构的虚拟设计、制造及仿真平台。第六章 致谢辞感谢培养了我的母校，感谢指导了我的老师们，感谢帮助了我的同学们。在论文的写作过程中，老师给了我许多的帮助。同时也感谢学院老师在三年来给我的教育和培养，学院老师不但学识渊博、治学严谨，而且待人平易近人，这种精神让我深受感动，在老师们的多次帮助下，我不仅学到了丰富的专业知识，也在为人处事等方面收获颇多；同时学院老师们对工作的积极热情、认真负责的态度，也给我留下了深刻的印象。在此我谨向老师表示衷心的感谢和深深的敬意！另外，衷心感谢我的同学们，在我毕业设计制作过程中，和同学们的交流让我收获很多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。