畢業(yè)設計（論文）-圓錐齒輪設計系統的開發(fā)（全套圖紙）

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1、 本科畢業(yè)設計題目： 圓錐齒輪設計系統的開發(fā) 院 系： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 2016 年 5 月 I摘要 隨著圓錐齒輪的廣泛應用和快速成型與虛擬制造技術的迅速發(fā)展 ,用小型 CAD 軟件對圓錐齒輪三維基體和齒面進行參數化虛擬造型設計已成為設計者的迫切需求 。為此, 在三維機械設計 CAD 軟件環(huán)境下,應用 Visual Basic 開發(fā)了圓錐齒輪三維實體參數化造型設計系統, 來解決圓錐齒輪三維實體參數化造型設計這一難題。 本次設計的題目是圓錐齒輪設計系統的開發(fā)，研究了圓錐齒輪結構的尺寸關系，在掌握圓錐齒輪三維造型方法的基礎上采用外部程

2、序實現參數化驅動自動生成實體齒輪模型，并且在主流操作平臺上熟練掌握常用的軟件工具進行圓錐齒輪的編程。關鍵詞：圓錐齒輪，參數化，造型，模型全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 IIABSTRACT With the rapid development of bevel gear with the wide application and rapid prototyping and virtual manufacturing technology, with a small CAD software of bevel gear three dimensional matrix and th

3、e tooth parameters of virtual modeling design has become a designers urgent demand. To this end, in the three-dimensional mechanical design CAD software environment, the use of Basic Visual development of the bevel gear 3D parametric modeling system, to solve the three-dimensional solid cone gear mo

4、deling design of the problem. The topic of this design is the development of bevel gear design system of the size dependence of the bevel gear structure, in the mastery of bevel gear 3D modeling method based on the external program driven automatically generated entity model of gear parameters, and

5、the main operation platform master commonly used software tools for bevel gears of programming. Keywords: bevel gear, parameterization, modeling, model III目目 錄錄摘要 .IABSTRACT.II1 引言 .1 1.1 課題的來源與研究的目的和意義.1 1.2 本課題研究的內容 .2 1.3 圓錐齒輪的介紹 .3 1.4 國內外圓錐齒輪的發(fā)展概況.62 圓錐齒輪的三維建模 .8 2.1 圓錐齒輪三維參數化建模 .10 2.1.1 建立漸開線

6、齒廓曲線 .13 2.1.2 直齒錐齒輪的建立 .153 系統結構 .174 關鍵功能實現 .18 4.1 齒輪參數化建模過程 .19 4.2 程序關鍵功能實現 .22 4.2.1 主程序進入流程 .23 4.2.2 對話框與具體實現方法 .25 4.2.3 建立模型方法 .26 4.2.4 讀取模型參數方法 .265 設計總結 .28結論 .30致謝 .31參考文獻 .32 11 1 引言引言1 1. .1 1 課課題題的的來來源源與與研研究究的的目目的的和和意意義義 由于機械工程的知識總量已經遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技

7、術交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術的進步和整個塊的技術，提高外部條件變化的適應能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產量，提高勞動生產率，提高生產的經濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產品。在未來，新產品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經濟目標和任務。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務?，F代機械工程機械和機械設備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻

8、想成為過去的現實。人類現在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。 大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應速度和運算精度的進

9、化是非常緩慢的大腦和神經系統，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。在第十九世紀，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀成為一門獨立的學科。在第二十世紀，隨著機械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機械工程專業(yè)，有分支機構。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界 2大戰(zhàn)結束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經遠遠從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統籌大局和全球工程和技術交流，縮小范

10、圍，新技術的進步和整個塊的技術，外部條件變化的適應能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學，自然科學和工程技術，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。 目前, 國內

11、外對二維圖形參數化和簡單三維實體的參數化的研究較為成熟 ,對復雜的三維實體的參數化造型研究尚不多見, 特別是象圓錐齒輪這類形狀復雜、精確齒形的三維實體參數化設計更為少見。本課題以 Solidworks 為開發(fā)平臺 , 以 VB為編程語言, 攻克了圓錐齒輪三維實體參數化造型的難關 , 開發(fā)了圓錐齒輪三維參數化設計系統。該系統不僅包含三維實體參數化造型 ,而且還包含了強度計算, 為后續(xù)的有限元分析、機構仿真、數控加工、模具制造提供了必要條件。1 1. .2 2 本本課課題題研研究究的的內內容容 本論文主要是對圓錐齒輪開發(fā)系統進行設計，在設計過程中，了解圓錐齒輪的建模過程和二次開發(fā)過程等。 其主要研

12、究內容如下： （1）熟悉圓錐齒輪的嚙合規(guī)律及結構尺寸關系。 （2）完成通用齒輪的三維造型，在學會所需開發(fā)工具的基礎上，設計主程序實現參數化驅動。 （3）優(yōu)化算法控制精度與計算效率。 （4）圓錐齒輪的三維圖的繪制、CAD 零件圖的繪制。 （5）說明書的編寫和整理。1 1. .3 3 圓圓錐錐齒齒輪輪的的介介紹紹 3 錐齒輪,分度曲面為圓錐面的齒輪。分圓弧錐齒輪和直齒錐齒輪。主要用在兩傳動軸成一定角度的地方，最常用的是兩軸成 90的地方。支撐軸承中必須有推力或向心推力軸承；其它同圓錐齒輪的應用。1 1. .4 4 國國內內外外圓圓錐錐齒齒輪輪的的發(fā)發(fā)展展概概況況新中國成立后，當時基本上沒有生產齒輪

13、的能力，經過第一、二個五年計劃的努力。我國初步形成了一套包括汽車、機床、重型機械。電站設備、石油化工與通用設備等機械制造能力，同時，齒輪制造業(yè)也隨著發(fā)展起來。到 1963 年左右。我國不僅已能成批生產齒輪，而且一般規(guī)格的齒輪機床與刀具、量儀也能由國內制造。后來，國家新建和改建了一大批齒輪與齒輪箱的專業(yè)廠與專業(yè)車間。進一步擴大了齒輪配套的生產能力，到 70 年代末，已基本上形成我國齒輪制造工業(yè)的完整體系。圓錐齒輪在機械產品中應用廣泛，品種、規(guī)格繁多。長期來，在齒形上以采用漸開線齒形為主。在一般設計中較多采用中碳鋼（或中碳合金鋼）調質處理的齒輪（也稱軟齒面齒輪）。很少采用低碳合金鋼經滲碳淬火處理的

14、齒輪（也稱硬齒面齒輪）。在工藝上，對于如汽車、拖拉機工業(yè)中大批生產的中、小模數齒輪；通常采用滾（插）齒一剃（擠）齒一熱處理一珩齒工藝。對于冶金、礦山、起重運輸、通用等機械中所用的大、中模數齒輪，一般采 用調質處理一滾齒工藝；對于電站、石油化工、冶金、船用等機械中的高速齒輪多數采用調質處理-滾齒-剃齒工藝，但近年來，滾齒-滲碳-淬火處理一磨齒工藝逐漸發(fā)展起來。1959 年以后針對當時漸開線齒輪齒面接觸強度差、工藝水平低、質量差的薄弱環(huán)節(jié)，我國從蘇聯引進了圓弧齒輪的科技成果，利用軸向共軛代替端面共軛和利用圓弧齒輪齒面接觸強度比較高的特點，代替了不少機械產品的漸開線齒輪，70 年代末，在一系列高速與

15、低速傳動中成功地應用單圓弧齒輪的基礎上，采用雙圓弧齒輪代替單圓弧齒輪，使抗彎強度提套 40%60%,工藝上改善了，應用范圍獲得了進一步擴大。在傳統齒輪的基礎上，為了消除對軸的橫向力，發(fā)明了圓錐齒輪。 國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標準化方向發(fā)展特殊齒輪的應用、行星齒輪裝置的發(fā)展、低振動、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設計方面的一些特點為達到齒輪裝置小型化目的，可以提高現有漸開線齒輪的承載能力。各國普遍采用硬齒面技術，提高硬度以縮小裝置的尺寸；也可應用以圓弧齒輪為代 4表的特殊齒形。英法合作研制的艦載直升飛機主傳動系統采用圓弧齒輪后，使減速器高度大為降低。隨著船舶動力由中速柴油機代替

16、的趨勢，在大型船上采用大功率行星齒輪裝置確有成效；現在冶金、礦山、水泥一軋機等大型傳動裝置中，行星齒輪以其體積小、同軸性好、效率高的優(yōu)點而應用愈來愈多。 由于機械設備向大型化發(fā)展，齒輪的工作參數提高了。如高速齒輪的傳遞功率為 1000-30000kw。齒輪圓周速度為 20200ms（1200-12000rmin），設計工作壽命為 5X104-10X104 小時；軋鋼機齒輪的圓周速度已由每秒幾米提高到 20m/s，甚至3050m/s。傳遞扭矩達 l00200t.m,要求使用壽命在 2030 年以上。這些齒輪的精度等級一般在 38 級。并對平穩(wěn)性與噪聲有較高的要求。對于高速齒輪在圓周速度超過 10

17、0ms 時，由于運轉中的熱效應 要求在設計時對產生的熱變形進行修正，使齒輪在工作時達到一個正常的嚙合狀態(tài)。特別對于高速重載齒輪，更要加以考慮。其次，對于低速重載齒輪 如軋鋼機齒輪，由于采用硬齒面齒輪后，其齒面負荷系數增加而引起的整個齒輪裝置系統的彈性變形變得突出了，所以有時也要對反映到齒面的彈性變形進行修正。這種對齒輪輪齒修形的技術是目前大功率、高速、重載齒輪制造的一個重要趨勢。在齒輪制造技術方面重點是進行硬齒面加工，尤其是大型硬齒面齒輪的切切與熱處理工藝的發(fā)展，如超硬切齒、滾內齒、成形磨齒、大模數齒輪珩齒、彈性砂輪拋光、輪齒修。為了提高動力傳動齒輪的使用壽命并減小其尺寸，除從材料，熱處理及結

18、構等方面改進外，圓弧齒形的齒輪獲得了發(fā)展。1907年，英國人 Frank Humphris 最早發(fā)表了圓弧齒形。1926 年，瑞土人 Eruest Wildhaber 取得法面圓弧齒形斜齒輪的專利權。1955 年，蘇聯的 MLNovikov 完成了圓弧齒形齒輪的實用研究并獲得列寧勛章。1970 年，英國 RolhRoyce 公司工程師 RM.Studer 取得了雙圓弧齒輪的美國專利。這種齒輪現已日益為人們所重視，在生產中發(fā)揮了顯著效益。斜齒輪有對軸上的橫向力，為消除這種力，把一個齒輪作成對稱方向的相反的斜齒輪，來消除這種力，看上去像個人字，簡稱圓錐齒輪。2 2 圓圓錐齒輪的三維建模錐齒輪的三維

19、建模 52 2. .1 1 圓圓錐錐齒齒輪輪三三維維參參數數化化建建模模2 2. .1 1. .1 1 建建立立漸漸開開線線齒齒廓廓曲曲線線 建立包含齒輪基本參數,內容如下： 大端模數：11m 齒數：24Z,21Z a 壓力角：20 齒數比：1/21z 分錐角：b=arctan(Z1/Z2)45 齒頂高系數 ha0. 高變位系數：1x=2x 大端分度圓直徑：mezde 外錐距：eR=de/bsin2 齒寬系數：取 3.0width 齒寬：bwidtheR 實際齒寬系數：2984.0e 中點模數：e)0.5-(1memm 中點分度圓直徑：)5.01 當量齒輪基圓直徑：aXbcos 大端齒頂高：m

20、exha)11(大端齒根高：hf2.1(-1xme 齒根角：)/arctan 齒頂角：a=f（采用等頂隙收縮齒） 頂錐角：ba=b+a 根錐角：bf=b-F當量齒輪頂圓直徑：haXdvXdvXa2當量齒輪根圓直徑：hfXdvXdvXfSolidworks 系統默認變量： 6齒厚對應的圓心角：180/z1c 參數化是一種基于特征、尺寸約束、數據相關、尺寸驅動設計修改的技術。因此,如果需要繪制不同齒輪參數的齒輪,只需在此文件中修改齒輪的基本參數值,然后在 Solidworks 中重新導入,即可生成參數不同的齒輪漸開線。 首先在 Solidworks 中輸入直齒錐齒輪的各參數生成漸開線.具體方法如下

21、:從“工具表達式”中輸入參數;從“插入曲線規(guī)律曲線”進入對話框,然后點擊規(guī)律函數對話框的“確定“按鈕,設置以 t 為自變量,橫坐標為 xt 的因變量;同理,分別設置以 t 為自變量,縱坐標為 yt、第 3 個坐標為 zt 的因變量,再選擇原點作為參考點,即可生成漸開線,見圖 3-3。之后，在 X-Y 平面內繪制當量齒頂圓與兩段漸開線相交所得的圓弧，以及連接坐標原點與漸開線的另兩個端點，形成大端俯視截面草圖。如圖 3-4。 7 2 2. .1 1. .2 2 直直齒齒錐錐齒齒輪輪的的建建立立 1.根據所輸入的參數中當量齒輪分度圓半徑，當量齒輪齒根圓半徑，當量齒輪齒頂圓半徑，分錐角，頂錐角，在不同

22、的平面內繪制出如圖 3-5 的草圖。 82.根據齒寬 b 的尺寸參數創(chuàng)建一平面，利用方法：“編輯曲線修剪”，完成最后齒形輪廓，如圖 3-6。 3.利用方法“插入掃掠掃掠”，令線 1，2，3 為截面線串，線 4 為引導線串，創(chuàng)建出一個齒的外形，如圖 3-7。 4.繞圖 3-6 中 1 線作為環(huán)繞軸，截面是在大端平面內為當量齒輪齒根圓半徑的一平面，創(chuàng)建出的一個中間的錐體，如圖 3-8。 9 105.生成上圖齒將錐體和一個齒作布爾運算和，將創(chuàng)建出來的一個齒按所選定的齒數作圓周陣列，即而創(chuàng)建出錐齒輪的最初的形狀，如圖 3-9。 11 6.根據結構設計需要，經添加錐體，創(chuàng)建基準面，經修剪體切除頂錐多余的

23、部分，以及根據與軸配合的孔徑尺寸建孔，最后完善的直齒錐齒輪如圖 3-10。3 3 系系統統結結構構系統名稱為 GBGEAR，即國標齒輪的意思。工程下包含 STDAFX 和GBGEAR 兩個頭文件，其包含文件再包含系統標準包含文件及資源。具體結構如圖3-1 所示： 12文件結構如圖 3.2 所示。 13 144 4 關關鍵鍵功功能能實實現現 4.14.1 齒輪參數化建模過程齒輪參數化建模過程1.建立各參數。 2.在關系中加入運算齒根圓等四個圓半徑的公式。 153.草繪四個圓，并加入關系。4.加入計算漸開線偏移角的關系。計算偏移角是為了使?jié)u開線最終圍成的齒位于正中間，再加入位于齒隙正中的參考平面后

24、，可便于裝配時定位，以達到良好的仿真效果，并減少干涉。5.加入基于圓柱坐標系的漸開線，再鏡像。 16 方程：6.拉伸齒根圓，厚度為 b。7.繪制齒形草繪，并加入關系。 17 8.加入參考平面，并加入關系。該參考平面用于裝配時定位初始角度。設計的圓錐齒輪如下圖所示： 18 4.24.2 程序關鍵功能實現程序關鍵功能實現4.2.1 主程序進入流程主程序進入流程由于 Pro/Toolkit 應用程序工作模式有兩種同步模式（Synchronous mode）和異步模式（Asynchronous mode）。而同步模式又包含兩種模式動態(tài)鏈接庫模（DLL）和多進程模式（Multiprocess mode）

25、。我們這次是針對同步模式中的動態(tài)鏈接庫模式（DLL）。 簡單地說，就是 Solidworks 通過 protk.dat 文件尋找 dll 和 text 的目錄，然后通過 dll 中的 user_initialize()函數進入二次開發(fā)程序。其中 text 目錄用于供程序讀取菜單欄，通知信息等文字數據。主程序進入函數流程如圖 4.8。 19 步模式（Asynchronous mode）。而同步模式又包含兩種模式動態(tài)鏈接庫模式（DLL）和多進程模式（Multiprocess mode）。我們這次是針對同步模式中的動態(tài)鏈接庫模式（DLL）。 簡單地說，就是 Solidworks 通過 protk.d

26、at 文件尋找 dll 和 text 的目錄，然后通過 dll 中的 user_initialize()函數進入二次開發(fā)程序。其中 text 目錄用于供程序讀取菜單欄，通知信息等文字數據。主程序進入函數流程如圖 4.8。 命令傳入狀態(tài)函數源代碼： 20 在命令處理事件添加函數 ProCmdActionAdd 中調用了 CyGear 函數，將函數加載至工具欄按鈕。 CyGear 函數： CYGEAR 函數中創(chuàng)建了一個 DLGGEAR 對象，該對象由 DLGGEAR.CPP 及DLGGEAR.H 支持，用于顯示對話框，及完成相關命令。4.2.2 對話框與具體實現方法 在資源文件 GBGear.rc

27、 中，新建了一個 IDD_DIALOG1 對話框資源。并添加控件，布局如圖。 21 為對話框添加類 DlgGear。在 DlgGear.h 頭文件中，可以找到枚舉型 IDD 變量，即為引用了對話框資源。 224.2.3 建立模型方法 在按鈕中加入 OnBnClicked 函數處理按下事件，建立模型。 SetGear 為一個自定函數，傳入 ProMdl 類型的形參，在函數內將該模型參數設置為全局變量中定義的各參數值，并再生模型，激活窗口。下面為 SetGear函數流程圖： 23 其關鍵函數只有 ProObjectwindowCreate 和 ProWindowActivate，但因為前者需要傳入模型名字與類型的形參，所以在其前加入 ProMdlNameGet 和 ProMdlTypeGet函數。4.2.4 讀取模型參數方法 作為一個齒輪生成系統，如果生成的齒輪不能通過該系統修改，實在是件糟糕的事。如果修改后，丟失了其他特征（例如孔，鍵槽，凸臺等），則修改也失去意義。所以，我們?yōu)橄到y加入了讀取模型參數的方法，將數據讀取后反應至對話框上的控件，讓對話框和建立該齒輪時的狀態(tài)相同，便于用戶更改。 下面是讀取模型參數的流程圖： 24 值得一提的是，Pro/Toolkit 開發(fā)的程序是需要解鎖的，否則只能在開發(fā)該程序的計算機運行。解鎖過程在官方文檔中敘述相當詳細，在此不再贅述。 25