機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)98山東科技大學(xué)基于UG的減速器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

分類號(hào)： TH132 .46 密 級(jí)： 公 開 U D C： 單位代碼： 10424 工程碩士學(xué)位論文 基 于 UG 的 減速器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 高 愛 紅 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 工程碩士 領(lǐng)域名稱： 機(jī) 械 工 程 校內(nèi)導(dǎo)師姓名 ： 任 濟(jì) 生 職 稱： 教 授 校外導(dǎo)師姓名： 李 淮 職 稱： 高級(jí)工程師 山 東 科 技 大 學(xué) 二零零 七 年 四 月 論文題目： 基 于 UG 的 減速器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 作者姓名： 高 愛 紅 入學(xué)時(shí)間： 2004 年 4 月 領(lǐng)域名稱： 機(jī) 械 工 程 研究方向： 機(jī)械 設(shè)計(jì) 及理論 校內(nèi)導(dǎo)師： 任 濟(jì) 生 職 稱： 教 授 校外導(dǎo)師： 李 淮 職 稱： 高級(jí)工程師 論文提交日期： 2007 年 5 月 論文答辯日期： 2007 年 5 月 授予學(xué)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 聲 明 本人呈交給山東科技大學(xué)的這篇 工程 碩士學(xué)位論文，除了所列參考文獻(xiàn)和世所公認(rèn)的文獻(xiàn)外，全部是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究成果該論文資料尚沒有呈交于其它任何學(xué)術(shù)機(jī)關(guān)作鑒定 工程 碩士生簽名： 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: 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，漸開線圓柱齒輪減速器的需求量越來越多，質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)方法已不能滿足用戶的要求。為了適應(yīng)社會(huì)的 發(fā)展，本文利用 C 語言和 Visual C+作為工具，以 UG 為平臺(tái)， 在已有的理論基礎(chǔ)下，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)、實(shí)體建模 、 UG 參數(shù)化設(shè)計(jì)等技術(shù)，提出了減速器的一種設(shè)計(jì)方法。本論文主要完成如下工作： 1.對(duì)減速器設(shè)計(jì)中所需要的計(jì)算公式、線圖、表格等，進(jìn)行了程序化處理，設(shè)計(jì)時(shí)由計(jì)算機(jī)按照設(shè)計(jì)的需要自動(dòng)檢索，利用輔助設(shè)計(jì)完成減速器設(shè)計(jì)中大量煩瑣和重復(fù)性的工作； 2.利用 UG 作 圖環(huán)境下的參數(shù)化建模功能， 對(duì)減速器主要零部件的三維建模作了詳細(xì)介紹； 3.利用 UG 進(jìn)行減速器的虛擬裝配，采用“自底向上”的裝配方法，形成了減速器的總體結(jié)構(gòu)； 4.從已建立的三維模型自動(dòng)生成平面工程圖，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新思路； 5.利用 Visual C+開發(fā)環(huán)境進(jìn)行 UG 的二次開發(fā)，可自動(dòng)生成齒輪的漸開線曲線。 關(guān)鍵詞： UG，減速器，參數(shù)化設(shè)計(jì) ， Visual C+、 虛擬裝配 、 實(shí)體建模 、 C語言 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 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 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 目錄 1 緒論 . 1 1.1 CAD技術(shù)概述 . 1 1.2 本課題研究背景及主要內(nèi)容 . 6 1.3 小結(jié) . 7 2 參數(shù)化與特征建模理論 . 8 2.1幾何模型 . 8 2.2特征造型技術(shù) . 10 2.3參數(shù)化造型技術(shù) . 14 2.4 小結(jié) . 17 3 UG 及二次開發(fā)技術(shù) . 18 3.1 UG軟件概述 . 18 3.2 UG二次開發(fā)相關(guān)技術(shù) . 21 3.3 小結(jié) . 23 4 齒輪減速器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) . 24 4.1 減速器設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀 . 24 4.2減速器的發(fā)展趨勢(shì) . 25 4.3 減速器設(shè)計(jì)的方法與步驟 . 27 4.4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 28 4.5 小結(jié) . 38 5 減速器中零件的三維建模 . 39 5.1螺栓設(shè)計(jì) . 39 5.2 漸開線圓柱齒輪的造型設(shè)計(jì) . 40 5.3 箱體設(shè)計(jì) . 43 5.4 軸的模型設(shè)計(jì) . 45 5.5 小結(jié) . 47 6 減速器的裝配設(shè)計(jì) . 48 6.1 減速器 的裝配規(guī)范 . 48 6.2 UG裝配概述 . 49 6.3 減速器裝配的過程 . 50 6.4 建立減速器的裝配爆炸視圖 . 53 6.5 小結(jié) . 54 7 減速器的工程圖 . 55 7.1 概述 . 55 7.2 參數(shù)的預(yù)設(shè)置 . 57 7.3 減速器的裝配圖生成 . 57 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 7.4 減速器的零件圖生成 . 57 7.5小結(jié) . 59 8 總結(jié) . 60 致謝 . 61 參考文獻(xiàn) . 62 碩士研究生期間發(fā)表的論文和參加的工作 . 64 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 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 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒論 1 1 緒論 1.1 CAD 技術(shù)概述 1.1.1 CAD 技術(shù)的基本概念 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ Computer Aided Design ， CAD）是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在 CAD 系統(tǒng)的輔助之下，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的一項(xiàng)新技術(shù)，是人的智慧和創(chuàng)造力與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的巧妙結(jié)合。設(shè)計(jì)人員通過人機(jī)交互操作的方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思和論證、產(chǎn) 品的總體設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)，有關(guān)零件的強(qiáng)度、剛度、熱、電、磁的分析計(jì)算 、 工程圖紙的輸出，以及技術(shù)文檔和有關(guān)技術(shù)報(bào)告的編制 等 。然而， 需聲明的是 CAD技術(shù)不能代替人的設(shè)計(jì)行為，而只是實(shí)現(xiàn)這些行為的先進(jìn)手段。 CAD 技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展正在引起一場(chǎng)深刻的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)革命，并對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理模式、生產(chǎn)方式，以及人才知識(shí)結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生重大影響。 目前 CAD 技術(shù)的鮮明優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被越來越多的人們所公認(rèn)。世界上發(fā)達(dá)國家不僅將CAD 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、汽車、船舶等一系 列產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，而且迅速向其它工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。 在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)下，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，從電子技術(shù)到重型機(jī)電行業(yè)強(qiáng)烈提出了縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少開發(fā)費(fèi)用等要求。在這種形勢(shì)下， CAD技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。 1.1.2 CAD 技術(shù)發(fā)展歷程 在 CAD 軟件發(fā)展初期， CAD 的含義僅僅是圖板的替代品，即：意指 Computer Aided Drawing(or Drafting)而非現(xiàn)在我們經(jīng)常討論的 CAD(Computer Aided Design)所包含的全部?jī)?nèi)容。 CAD技術(shù)以二維 繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到 70年代末期，以后作為 CAD技術(shù)的一個(gè)分支而相對(duì)單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā) 展。早期應(yīng)用較為廣泛的是 CAD 軟件，近十年來占據(jù)繪圖市場(chǎng)主導(dǎo)地位的是 Autodesk公司的 AutoCAD軟件。在今天中國的 CAD用戶特別是初期 CAD用戶中，二維繪圖仍然占有相當(dāng)大的比重。 1.1.2.1 第一次 CAD技術(shù)革命 曲面造型系 統(tǒng) 山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒論 2 三維 CAD 系統(tǒng) 是 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn) 的，該系統(tǒng) 只是簡(jiǎn)單的線框式系統(tǒng) ，它 只能表達(dá)基本的幾何信息，不能有效表達(dá)幾何數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系。由于缺乏形體的表面信息，在該系統(tǒng)中， CAM及 CAE 均無法實(shí)現(xiàn)。 20 世紀(jì) 70 年代， 是 飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展時(shí)期 ， 此間飛機(jī)及汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，當(dāng)時(shí)只能采用多截面視圖 和 特征緯線的方式來近似表達(dá)所設(shè)計(jì)的自由曲面。 由于 三視圖方法表達(dá) 缺乏 完整性 ， 設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)常發(fā)生制作出來的樣品與設(shè)計(jì)者 的 想象有很大 出入， 甚至 是 完全不同。 設(shè)計(jì)者對(duì)自己設(shè)計(jì)的曲面形狀能否滿足要求 也不能 保證，所以還經(jīng)常按比例制作油泥模型，作為設(shè)計(jì)評(píng)審或方案比較的依據(jù)。這樣 的制作過程大大拖延產(chǎn)了產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間， 因此， 要求更新設(shè)計(jì)手段的呼聲越來越高。 此時(shí)法國人提出了貝賽爾算法，使得人們?cè)谟?計(jì)算機(jī)處理曲線及曲面問題時(shí)變得可行 ，同時(shí)也使得法國的達(dá)索飛機(jī)制造公司的開發(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上，開發(fā)出以表面模型為特點(diǎn)的自由曲面建模方法，推出了三維曲面造型系統(tǒng) CATIA。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，首次實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時(shí)也使得 CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng) CATIA 為人類帶來了第一次 CAD 技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來近似準(zhǔn)確表達(dá)曲面的落后的工作方式。 在這個(gè)時(shí)期， CAD 技術(shù)價(jià)格極其昂貴，軟件商品化程度 也很低。只有少數(shù)幾家受到國家財(cái)政支持的軍火商，在 70 年代冷戰(zhàn)時(shí)期才有條件獨(dú)立開發(fā)或依托某廠商發(fā)展 CAD 技術(shù)。 1.1.2.2第二次 CAD技術(shù)革命 實(shí)體造型技術(shù) 20世紀(jì) 80年代初， CAD 系統(tǒng)價(jià)格依然 昂貴 ， 一般企業(yè)難發(fā)接受， 這使得 CAD技術(shù)無法擁有更廣闊的市場(chǎng)。為使自己的產(chǎn)品更具特色，在有限的市場(chǎng)中獲得更大的市場(chǎng)份 額，以 CV、 SDRC、 UG 為代表的系統(tǒng)開始朝各自的發(fā)展方向前進(jìn)。 20 世紀(jì) 70 年代末到 80 年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的 迅速發(fā)展 ， CAE、 CAM 技術(shù)也 相應(yīng) 有了較大發(fā)展。 SDRC公司由美國宇航局支持及合作， 開發(fā)出了許多專用分析模塊，用以降低巨大的太空實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，同時(shí)在 CAD技術(shù)方面也進(jìn)行了許多開拓 ； UG則著重在曲面技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展 CAM技術(shù)，用以滿足麥道飛機(jī)零部件的加工需求； CV和 CALMA 則將主要精力都放在 CAD市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪上。 盡管 有了表面模型， CAM 的問題可以基本解決。但由于表面模型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其它特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等，對(duì) CAE 十分不利，最大的問題在于分析的前處理特別困難?；趯?duì)于 CAD/CAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒論 3 SDRC 公司于 1979 年發(fā)布了世界上第一個(gè)完全 基于實(shí)體造型技術(shù)的大型 CAD/CAE 軟件I -DEAS。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、 CAE、 CAM 的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來了 很大 的方便性 ， 它代表著未來 CAD 技術(shù)的發(fā)展方向?？梢哉f，實(shí)體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志 CAD發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。 實(shí)體造型技術(shù)既帶來了算法的改進(jìn)和未來發(fā)展的希望 的同時(shí) ，也帶來了數(shù)據(jù)計(jì)算量的極度膨脹。在當(dāng)時(shí)的硬件條件下，實(shí)體造型的計(jì)算及顯示速度很慢，在實(shí)際應(yīng)用中做設(shè)計(jì)顯得比較勉強(qiáng)。由于以實(shí)體模型為前提的 CAE本來就屬于較高層次技術(shù)，普及面較窄， 反映還不強(qiáng)烈；另外，在算法和系統(tǒng)效率 方面存在著 矛盾，許多贊成實(shí)體造型技術(shù)的公司并沒有下大力 氣 去開發(fā)，而是轉(zhuǎn)去攻克相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的表面模型技術(shù)。各公司的技術(shù) 因此 再度分道揚(yáng)鑣。實(shí)體造型技術(shù)也就此沒能迅速在整個(gè)行業(yè)全面推廣開。推動(dòng)了此次技術(shù)革命的 SDRC 公司 也 失去了一次大飛躍的機(jī)會(huì)。在以后的 10年里，隨著硬件性能的提高，實(shí)體造型技術(shù)又逐漸為眾多 CAD系統(tǒng)所采用。 在這段技術(shù)起伏跌宕時(shí)期， CV公司最先在曲面算法上取得突破，計(jì)算速度提高較大。由于 CV提出了集成各種軟件，為企業(yè)提供全方位解決方案的思路，并采取了將軟件的運(yùn)行平臺(tái)向價(jià)格較低的小型機(jī)轉(zhuǎn)移等有利措施，一躍成為 CAD領(lǐng)域的領(lǐng) 導(dǎo)者，市場(chǎng)份額上升到第 1位，兼并了 CALMA公司，實(shí)力迅速膨脹。 1.1.2.3第三次 CAD技術(shù)革命 參數(shù)化技術(shù) 在 CV公司業(yè)績(jī) 大幅提高 以及實(shí)體造型技術(shù)逐漸普及之時(shí)， CAD技術(shù)的研究 也 有了重大進(jìn)展。 20世紀(jì) 80年代中期， 在 CV公司 內(nèi)部，有人 提出了 參數(shù)化實(shí)體造型方法 。這是一種比無約束自由造型更新潁、更好的算法。從算法上來說，這是一種很好的設(shè)想。它主要的特點(diǎn)是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改。 但這 時(shí)的參數(shù)化技術(shù)方案還處于的初級(jí) 發(fā) 展 階段，很多技術(shù)難點(diǎn)有待于攻克 ， CV 公司 內(nèi)部 對(duì) 是否馬上投資發(fā)展這項(xiàng)技術(shù) 有很大的 爭(zhēng)論 ，由于 參數(shù)化技術(shù)核心算法與以往的系統(tǒng)有本質(zhì)差別，若采用參數(shù)化技術(shù)，必須將全部軟件重新改寫，投資及開發(fā)工作量很大 。 當(dāng)時(shí) CAD 技術(shù)主要應(yīng)用在航空和汽車工業(yè)，這些工業(yè)中自由曲面的需求量非常大，參數(shù)化技術(shù)還不能提供解決自由曲面的有效工具 (如實(shí)體曲面問題等 )，更何況當(dāng)時(shí) CV的軟件在市場(chǎng)上幾乎呈供不應(yīng)求之勢(shì)，于是， CV公司內(nèi)部否決了參數(shù)化