基于CATIA的机械零件虚拟装配方法

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作 基于CATIA的机械零件虚拟装配方法 EE（EE指导教师：ee摘要：装配设计是产品设计过程的重要环节，随着虚拟现实技术的日益成熟，虚拟装配已成为其应用的重要研究方向，虚拟装配也为面向装配的设计提供了一种新的思路和方法。在传统的装配过程中, 当一个零部件与另一个零部件装配失败后, 只能返回装配结果, 重新设计, 重新生成样品, 重新用真实装配来检验。这种装配关系的滞后检验, 不但带来成本的巨大浪费, 而且完全不符合快速反应市场的需要。随着计算机软件硬件技术的发展, 在机械制造领域中, 零部件如何装配加工、各零部件是否发生干涉等都能在虚拟装配

2、环境中实现。借助虚拟装配技术, 能在产品设计阶段就能了解设计结果的装配性。这种虚拟装配技术对小批量生产方式具有开发周期短、设计质量高, 开发成本低等特点。 本文分析了目前虚拟装配技术的发展状况，归纳总结了虚拟装配的关键技术和基本流程，介绍了装配的基本步骤及干涉检查的基本步骤。论文成功的实现了基于CATIA的装配及干涉检查，最后通过具体实例验证了方法的可行性和正确性。 关键词: 虚拟装配；CATIA；干涉检验；约束；检查碰撞 Virtual assembly of mechanical parts based on CATIA ee（ee） Tutor: ee Abstract: Assembl

3、y design is an important part of product design process , benefits mature mouth of virtual reality technology , virtual assembly has become an important research direction of the application , the virtual assembly design for assembly and evaluation of a new way of thinking and approach. After the fa

4、ilure of the assembly of a component with other components in the assembly process , the only return to the assembly results , re- design, re - generated sample to test , re- use the real assembly . This assembly between the lag test , not only to bring the cost of enormous waste, but does not meet

5、the rapid response to market needs . With the development of computer software and hardware technology in the field of machinery manufacturing , spare parts how to assemble the processing, the various parts of intervention can be implemented in a virtual assembly environment . With the virtual assem

6、bly technology in the product design stage to understand the assembly of the design results . This virtual assembly technology for a small batch has a short cycle of development , high quality of design , low cost of development. This paper analyzes the current state of development of the virtual as

7、sembly technology , and summarizes the key technologies and the basic process of the virtual assembly , the basic steps of the basic steps of the assembly and interference checking . A successful realization of CATIA - based assembly and interference checking in the Paper, and finally , through conc

8、rete examples to verify the feasibility and accuracy of the method . Keywords: virtual assembly； CATIA ； interference test ；constraints ； checking the collision 目录第一章 绪论1 1.1 引言.1 1.2内外虚拟装配环境技术的发展与现状.1 1.2.1 虚拟装配的发展现状.1 1.2.2 干涉检查的发展现状.3 1.3 研究背景及课题的提出.4 1.4本章小结.5第二章CATIA零件设计方法.62.1利用 CATIA V5进行零件设计

9、的方法62.1.1草图 (sketcher)设计工作介绍62.1.2零件的设计方法62.1.3生成二维工程图.72.2设计举例.7第三章 虚拟装配环境的设计基础.10 3.1虚拟装配的定义.10 3.2虚拟装配流程.10 3.3虚拟装配的关键技术.10 3.3.1面向虚拟装配的建模技术.10 3.3.2 虚拟装配设计环境技术是虚拟装配技术的基础.11 3.3.3装配规划技术和装配信息的记录.12 3.3.4干涉检查.13 3.3.5装配约束.14 第四章 管道阀门的装配及干涉检（实例).16 4.1零件的装配.16 4.2管道阀门的装配过程.16 4.3管道阀门的干涉检验过程.23 4.3.1

10、干涉分析的步骤.24第五章 结论.33 参考文献.34 致谢.36 第一章 绪论1.1引言随着计算机在产品设计和制造中的应用发展，新产品的开发过程发生了巨大的变化，以计算机技术、仿真技术和信息技术为支撑的虚拟产品设计，使新产品开发流程向着数字化、集成化的方向发展，对产品进行构思、设计、装配、分析和测试，摆脱了传统的产品开发的设计过程，由二维设计向三维设计的转变，几何模型向虚拟的产品模型的转变，实现了产品的设计评价、装配评价、测试分析和试生产，逐步由计算机仿真技术的虚拟装配过程所替代，从而解决了企业在产品开发过程中速度、质量、成本和服务等问题，大大提高了企业在市场中的竞争力。1.2国内外虚拟装配

11、环境技术的发展与现状1.2.1 虚拟装配的发展现状 虚拟装配(Virtual Assembly ,VA)是虚拟产品的一个重要组成部分，是实际装配过程的本质在计算机上的反映，它可以解决设计与装配的对象在研制过程中难以实现的动态性能。通过计算机仿真反映装配的本质是虚拟装配的特点，也就是说，虚拟装配设计是在计算机上完成所设计零部件的装配模型，将不同的零件组装成一个装配体，其基本功能是定义不同零件之间的相对位置约束关系，生成爆炸视图，进行零件之间的动态干涉检查，发现零部件设计上的不合理的地方，以改进设计，并完成该装配体的动态模拟设计。因此，虚拟装配的实现有助于对产品进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决产

12、品从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期，降低生产成本以及优化产品性能等目的。据国外统计，目前制造业应用虚拟装配技术节约了25%的研制经费，并大大缩短了研制周期。虚拟环境(Virtual Environment ,VE)，就是将人与计算机系统集成到一个环境中，由计算机生成交互式的三维仿真，并通过视觉、听觉、触觉作用到人，使人产生身临其境的感觉。虚拟装配是在虚拟环境中完成的，是虚拟环境技术在CAD领域的应用。在给定了一套装配过程模型和有效的装配过程模拟技术的情况下，产品装配的所有结果和可能存在的问题都能够在一个在线的虚拟环境中表示出来。利用虚拟环境可以避免开发昂贵的物理模型的原型，

13、同时可以与其他的计算机辅助设计技术兼容，并使用户能在更丰富，更直观的环境下运用虚拟环境的硬软件来设计和规划装配。 目前，虚拟装配技术在工业发达国家己经得到了广泛深入的研究和应用。 美国Seattle波音高级技术中心开发的虚拟空间实验(VSX)飞行器相当于一 个飞行器的虚拟原型机;英国Tecnomatix技术有限公司开发的计算机辅助生产工程(CAPE)产品涉及到了设计、优化、制造等技术;德国BMW公司建立了Virtual Process Week体系，利用虚拟技术对汽车装配流程的合理性加以测试;Rossler等在虚拟环境中利用自动和交互技术相结合的方法，研究了虚拟环境中原型产品的可拆性;日本的N

14、.Abe等开发了机械零件装配性验证和装配机器可视化系统，支持设计者在虚拟环境中进行装配分析和性能评估，初学者在装配机器时可以进行系统的操作训练,Jung等开发了一个基于知识的虚拟装配系统CODY，允许设计者通过三维操作或简单的语言命令进行产品装配,AutoDesk公司开发的CTL Division公司开发的DVS等系统,描述了物体装配关系和运动规则。 在国内，由于虚拟制造技术研究和应用起步相对较晚，直到最近几年，虚拟装配技术的研究才开始受到人们的重视，才成为最近几年来工业技术界的研究热点之一。因此，虚拟装配技术目前还处于研究阶段，离实际应用尚有一定距离，大多数研究也仅是居于纯理论或基于Pro/

15、E, UG软件平台基础上的研究和探索 不过，在装配建模、装配约束、装配序列规划和装配干涉等方而，还是取得了一 定的进展。上海交通大学建立了分布式虚拟制造系统的框架体系(DVMS)浙江大学国家重点实验室设计的虚拟装配设计系统(Virtual Design and Virtual Assembly System, VDVAS，实现了在同一虚拟环境中修改尚未满足装配条件的零件的几何，而无需在虚拟环境与CAD系统间进行数据转换和传输，提高了系统的可靠性并对基于语义的产品装配设计技术进行了研究，实现了基于语义的产品装配操作，对进一步提高产品装配效率与质量具有重要意义，西南交通大学机械工程研究所对基于虚拟

16、现实技术的原型设计机理进行了研究，把虚拟现实技术与CAD设计环境结合起来;刘振宇等研究了装配设计中的装配语义的识别和和约束的转化问题，孙军华等建立了基于虚拟现实建模语言(Virtual Reality ModelingLanguage VRML)的交互式虚拟装配平台，实现了从静态装配体的VRML文件到动态交互式虚拟装配的VRML文件的转化，谭国锋综合应用Pro/E， AutoCADPhotoshop CorelDraw等CAD软件形成虚拟制造/虚拟装配(VirtualManufacture/Virtual Assembly VM/VA)技术应用与产品的成型过程，取得了良好的效果。2.2 干涉检

17、查的发展现状 碰撞干涉检查是虚拟装配的重要组成部分，也是虚拟装配研究的关键技术和重要内容。干涉检查的根本问题是求交和测试问题，干涉检查的关键问题是如何减少计算量，提高精度。近十年来，国内外许多学者对干涉问题进行了深入的研究，并提出了多种方法。 Youn和Wohn提出“分层描述”的方法来简化物体的碰撞检测，这种分层描述的物体由多个彼此相关的部分组成，该算法首先确定最有可能发生碰撞的接触点清单，后确定在这些接触点之内的形体是否发生碰撞。Cohen等人将这种算法引入交互环境的实时精确碰撞检测，在多物体环境下，他们采用一个两级的碰撞检测系统来进行物体间的精确计算。何为平，土佑君提出一个匀速直线运动多面

18、体在时间和空间的D维直线求交干涉检测算法，其检测效率与静态物体的干涉求交相同。为使用基十线性姿态运动的多面体连续时间干涉检测算法，又提出将复杂运动按一定的允差划分为分段线性姿态运动的算法和线性姿态运动的均匀插补算法。张林煊，童秉枢等人采用干涉检查的分级递进，采用“包围盒级!半包围盒级!精确实体级”共二个级别的干涉检查模式，由粗到精地进行路径可行性检验，能在很大程度上提高干涉检查效率。 Moore, Wilhelems根据Cyrus-Beck裁剪算法提出一种凸多面体碰撞检测算法，即通过检测多面体顶点是否相互包含来判定它们是否发生碰撞。 Baraff, Herzen等人提出了基于参数曲面的几何碰撞

19、检测算法。Alonso, Serrano和Flaquer采用定义碰撞影响矩阵及体兀的数据结构等一些优化策略来加快碰撞检测。 土兆其，赵沁平等人提出一个计算凸多面体间碰撞点的快速算法,即在虚拟环境中检测到碰撞时，在碰撞之前快速计算出两个物体之间的准确碰撞时间，并计算出此时两个物体之间的碰撞点。 任世军等人提出一种判断两个凸多面体是否相交的一种快速算法，其思想是取一种从一个多面体指向另一个多面体的向量，根据两个多面体中的面与这一向量的相对位置关系来寻找相交的平面，即有两个多面体的交点位十这一平面，若能找到一个相交平面则可以判定两个多面体相交。 综合国内外的研究内容和研究方法，干涉检查的关键技术是如

20、何提高效率，减少计算量。1.3 研究背景及课题的提出 装配设计是产品设计过程的重要环节，装配设计技术已成为CAD领域研究的关键技术。传统的装配设计在很大程度上依赖于设计人员的经验，装配设计的效率低，在信息技术飞速发展的前提下，这已经不能满足人们缩短产品开发周期，降低开发成本的需要。因此，随着虚拟现实（Virtual Reality） 技术的口益成熟，为设计者提供了视，听，触觉一体化的设计环境，也为产品装配性分析提供了新的手段，虚拟装配已成为虚拟现实技术运用的重要研究方向。 虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到广泛的应用研究。虚拟装配技术在飞机的应用中，是一种

21、全新的概念，它是在计算机上完成飞机零部件的实体造型，并进行虚拟装配，干涉分析等多次协调，并通过统一的产品数据管理，实现飞机二维设计过程与飞机零部件制造，装配过程的高度统一，从而大大地缩短产品的研制开发时间，降低产品开发成本。 CATIA是由法国Dassault公司开发的集CAD/CAM/CAE于一体的优秀三维设计系统，它的强大辅助设计、制造和工程分析功能在机械、电子、航空、航天和汽车等行业获得了广泛应用，并逐步成为诸多行业的产品数字化设计的主流软件平台。但由于CATIA是一个通用的计算机辅助设计软件系统，在某个专业特定应用时，可能显得繁琐，如果能在CATIA软件通用系统基础上，针对行业标准规范

22、和具体应用要求，进行二次开发，并融合公司的经验和标准，将会显著提高CATIA软件的使用效率和工程设计人员的CATIA系统应用水平，实现产品设计的一致性和规范性。由于CATIA比起当今流行的其它CAD软件(如:UG II， Pro/E，AutoCAD等)具有独特的优势，近年来CATIA软件己经广泛应用于我国的航空、航天、汽车和轮船等行业，而且有逐渐代替其他CAD软件的趋势。因此，以CATIA为平台进行虚拟装配的研究有着及其重要的研究价值，且己经是刻不容缓之事。本课题是以管道阀门为例基于CATIA的零件虚拟装配及干涉检验，从管道阀门的装配及干涉检验过程中初步对CATIA的功能了解。1.4本章小结本

23、章首先简单介绍了虚拟装配技术，然后介绍了虚拟装配技术在国内外的发展与研究现状，接着对国内外虚拟装配技术中的装配约束技术的发展及其研究现状作了简单介绍，最后阐述了本课题的选题依据和本课题的研究意义。 ,. 2.电机选择2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可。选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总

24、传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取5初

25、选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表10-7 选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 。（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1

26、%，安全系数S=1，由机械设计第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆

27、直径，由式（10-10a）得（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。 =2.09（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得（6）由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此

28、可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=2

29、27=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据机械设计第八版表15-3,取 ,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相

30、适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保

31、证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，取。4）轴承端盖的总

32、宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm

33、,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图 4-24.2.4初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向

34、力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段

35、应略短于轮毂宽度，故取。 4.2.5轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。中间轴的参数：表4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57m

36、m4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为4.3.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003 或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560

37、000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm .半联轴器与轴配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基

38、本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故 ；而 ，mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm，齿轮轴的直径为62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取。 5）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面b*h=14mm*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮

39、轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-7段直径45mm5.齿轮的参数化建模5.1齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在

40、“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。图5-1“新建”对话框2取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。2在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对

41、话框。图5-3输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT 基准平面作为草绘平面，绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、修改的结果如图5-6所示。 图5-4草绘同心圆 图5-5“关系”对话框 图5-6修改同心圆尺寸 图5-7“曲线：从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项” “从方程” “完成”

42、选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图5-7所示。2在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件” “保存”选项保存设置。图5-8“菜单管理器”对话框 图5-9添加渐开线方程4选择图5-11中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图5-10所示。曲 线1曲 线 2图5-11基准点参照曲线的选择 图5-10“基准点”对话框5如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基

43、准轴A_1，如图6-13所示。图5-12“基准轴”对话框 图5-13基准轴A_16如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示。5 5-15基准平面对话框 5-15基准平面DTM17如图5-16所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“-90/z”的基准平面DTM2，如图5-17所示。图5-16“基准平面”对话框 图5-17基准平面DTM28镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图5-18所示。图5-18镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1在右工具箱中单击按钮打开设计图标版。选

44、择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面。2在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图5-19中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“b”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图5-20所示。图5-19草绘的图形 5-20拉伸的结果（7）创建一条齿廓曲线1在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面。2在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形。图 5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径3打开“关

45、系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”，在对话框中输入如图5-23所示的关系式。图5-23“关系“对话框（8）复制齿廓曲线1在主菜单中依次选择“编辑” “特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。图5-24依次选取的 菜单2选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。图5-25输入旋转角度3继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d)”，再将前一步

46、平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图5-26所示的另一端齿廓曲线。图5-26创建另一端齿廓曲线（9）创建投影曲线1在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。2绘制如图5-27所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。图5-27绘制二维草图3主菜单中依次选择“编辑” “投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图5-28所示。图5-28投影结果（10）创建第一个轮齿特征1在主菜单上依次单击“插入” “扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图5-

47、29所示。2在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图6-30所示。图5-29 “扫描混合”操作面板 图5-30“参照”上滑面板3在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图5-30示。4在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图5-31示。扫描引线图5-31选取扫描引线5在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图5-32所示。图5-32“剖面”上滑面板 图5-33 选取截面6在绘图区单击选取“扫

48、描混合”截面，如图5-33所示。7在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征如图5-34所示。图5-34完成后的轮齿特征 图5-35“选择性粘贴“对话框(11)阵列轮齿1单击上一步创建的轮齿特征，在主工具栏中单击按钮，然后单击按钮，随即弹出“选择性粘贴”对话框，如图5-35所示。在该对话框中勾选“对副本应用移动/旋转变换”，然后单击“确定”按钮。图5-36 旋转角度设置 图5-37复制生成的第二个轮齿2单击复制特征工具栏中的“变换”，在“设置”下拉菜单中选取“旋转”选项，“方向参照”选取轴A_1，可在模型数中选取，也可以直接单击选择。输入旋转角度“360/z”,如图6-3

49、6所示。最后单击按钮，完成轮齿的复制，生成如图6-37所示的第2个轮齿。3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，或者依次在主菜单中单击“编辑” “阵列”命令，系统弹出“阵列”操控面板，如图6-38所示。图5-38 “阵列”操控面板图5-39 完成后的轮齿 图5-40齿轮的最终结构4在“阵列”操控面板内选择“轴”阵列，在绘图区单击选取齿根园的中心轴作为阵列参照，输入阵列数为“88”偏移角度为“360/z”。在“阵列”操控面板内单击按钮，完成阵列特征的创建，如图5-39所示。5最后“拉伸”、“阵列”轮齿的结构，如图5-40所示致谢本论文是在ee老师的悉心指导下完成的。e老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的