齿轮-凸轮式压力机的三维设计与运动仿真

摘要：经过对凸轮机构的调查及资料收集，凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。本论文将利用齿轮-凸轮式进给机构，设计齿轮-凸轮式压力机。首先构造出齿轮-凸轮式压力机的机构，然后在UG软件设计平台上完成齿轮-凸轮式压力机的三维设计、三维建模、装配及运动仿真。

关键词：三维设计；UG；3D造型；装配；运动仿真

Gear - a three-dimensional design and motion simulation cam joint press

Abstract: through the investigation and data collection of CAM mechanism, CAM mechanism can realize all kinds of complex movement requirements, but also simple and compact structure. This paper will use the gear - CAM type feed mechanism, design gear - CAM joint press. First constructs the gear - CAM joint press agency, and then on the UG software design platform complete gear - CAM joint press 3 d design, 3 d modeling, assembly and movement simulation

Keywords: 3D design; UG; 3D modeling; assembly; motion simulation

第一章概述

1.1 序言.......................................................11

1.2 UG介绍.....................................................12

1.3 课题研究内容...............................................12

第二章齿轮-凸轮式压力机机构组成及其工作原理

2.1齿轮-凸轮式压力机机构组成..................................14

2.1．1机架..................................................14

2.1．2圆柱齿轮..............................................14

2.1．3盘型凸轮..............................................14

2.1．4凸轮连杆..............................................14

2.1．5摇杆..................................................15

2.1．6滑块..................................................15

2.1．7压力锤................................................15

2.1．8齿轮轴与平键..........................................15

2.2齿轮-凸轮式压力机工作原理................................15

第三章建立三维模型

3.1造型简述...................................................16

3.1.1机架...................................................16

3.1.2圆柱齿轮的建模.........................................17

3.1.3盘型凸轮的建模.........................................18

3.1.4凸轮连杆的建模.........................................19

3.1.5齿轮轴的建模...........................................20

3.1.6平键的建模.............................................20

3.1.7小连杆的建模...........................................21

3.1.8摇杆的建模.............................................21

3.1.9滑块的建模.............................................22

3.1.10压力锤的建模..........................................23

3.2 UG 虚拟装配

3.2.1 虚拟装配的介绍.........................................24

3.2.2 装配过程

3.2.2．1 装配机架..........................................24

3.2.2．2 装配齿轮..........................................25

3.2.2．3 装配齿轮轴........................................26

3.2.2．4 装配平键..........................................26

3.2.2．5 装配凸轮...........................................27

3.2.2．6装配从动齿轮、齿轮轴、平键、凸轮与机架..............27

3.2.2．7装配凸轮连杆........................................28

3.2.2．8装配小连杆..........................................28

3.2.2．9装配摇杆............................................29

3.2.2．10 装配滑块..........................................30

3.2.2．11 装配压力锤........................................30

3.2.3.装配结果分析.........................................31

第四章齿轮-凸轮式压力机的运动仿真

4.1运动仿真介绍...............................................32

4.2 机构预期运动要求...........................................32

4.3 创建运动仿真

4.3.1启动仿真及环境设置.......................................32

4.3.2 创建连杆................................................34

4.3.3 构建运动副..............................................36

4.3.4定义驱动.................................................38

4.3.5新建解算方案并求解.......................................38

4.3.6 创建仿真动画及运动函数图表..............................39

4.3.7 运动仿真结果分析........................................41

第五章创建工程图

5.1 创建工程图介绍.............................................42

5.2 创建工程图具体步骤.........................................42

5.3 各部件CAD图

5.3.1齿轮机构示意图.........................................42

5.3.2滑块机构示意图.........................................43

5.3.3键机构示意图...........................................44

5.3.4机架机构示意图.........................................45

5.3.5凸轮机构示意图.........................................46

5.3.6凸轮连杆机构示意图.....................................47

5.3.7小连杆机构示意图.......................................48

5.3.8压力锤机构示意图.......................................49

5.3.9摇杆机构示意图.........................................50

5.3.10轴机构示意图..........................................51

总结.......................................................53

致谢.......................................................54

参考文献...................................................55

第一章概述

1.1 序言

三维设计已成为设计的主流方法，通过三维设计软件，设计者可直接将脑海中的零部件模型，形象逼真地反映在计算机显示屏上。我国的大中型企业已开始尝试从三维开始设计。对于设计者来说，三维能真正体现出设计者的设计意图，以三维模型作为产品最重要的信息载体，可以将设计、生产、管理等各个信息孤岛联系到一起，并将设计细节融入到建过程中。

在整个产品的开发过程中，如果在建模阶段不预先考虑模型可能发生的设计变动，将使前期建模工作无法有效向后传递，导致时间和精力的更多消耗。因此，在设计开始阶段就对产品特征进行规划，将设计者的设计思想意图融人设计过程中，全面综合考虑问题，对于缩短产品开发时间、提高产品开发的效率和质量是非常有意义的。对于如何将设计者的设计思想体现在三维实体设计软件中，本文将结合UG阐述这一技术的应用过程。

运动仿真通俗理解是采用三维动画技术模拟实体的外形、材质、零部件和内部构造，把实体的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等一系列真实的事物以动态视频的形式演示出来。在机械设计领域，其设计理念有原理方案、运动学分析、动力学或静力学分析、系统优化、强度分析计算和结构设计等几个阶段。传统的机械设计理念是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。这样不但会延长设计周期和降低工作效率，而且容易导致设计结果不准确，很难得到满意的结果，也缺乏科学的理论根据。随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛使用，设计的高效化和自动化已经成为今后发展的必然趋势。机械运动仿真把各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法，它是从给出的合理的目标参数出发，根据机械设计要求和仿真结果修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。

凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动．凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中。本文将根据凸轮的工作原理来设计齿轮-凸轮式进给机构。主要利用UG软件完成齿轮-凸轮式进给机构的零件三维造型与虚拟装配和运动仿真，以检验零件结构正确性，最后完成齿轮-凸轮式进给机构顶整体方案设计，并根据所学的机械方面的知识，完成该装置中零件结构。

1.3课题研究内容

本课题将利用对结构的了解和虚拟想象，以及使用相关的机械基础及机械设计技术原理，对齿轮-凸轮式压力机进行三维设计，具体步骤如下：

(1)了解国内外三维设计的发展概况

(2)了解国内外运动仿真的发展概况

(3)弄清机构的原理及组成，绘制其简图，说明其工作原理，各个零件的名称和作用。

(4)利用三维软件完成机构的三维设计及虚拟装配，并进行装配干涉检查。

(5)利用仿真软件对机构进行运动仿真。

(6)利用软件创建机构零件图及装配图。

总结

历经几个月毕业设计编写过程中，我通过不断查找查找相关资料和文献，感觉到自己的专业知识有所提高，学习到了很多课堂上学不到的东西。如今才知道学校都是老师让我们学习，到做设计的时候只有自己一个人学习，增强了自学能力，在学习上有着很大的突破。在遇到问题时不要轻言放弃，要有毅力的解决它，总会找到解决的办法。还要学会主动提问题，有不会的问题要主动去问别人，这样会大大提高自己的工作效率。

在这次的论文编写过程中，我又重新温习了之前学过的UG软件。我还发现在UG软件方面，我还有很多东西没有掌握，这方面的内容实在太丰富了。我学到的、运用到的还只是小小一部分，还有一大部分的内容还没有了解。想要弄明白，就需要接下来更加深入的认知。在写论文过程中，运用到我大学三年所学到的各方面的知识，培养了我综合运用所学到的基础理论课、专业知识的能力，结合实践去分析和解决在完成过程中遇到的一些问题，并进一步巩固我所学到的知识，提高了我的自学能力。

在这次设计过程中，我深刻感受到我的自学能力有了一定的提高。在离开课堂，离开老师，离开同学，摆在自己面前的只有资料时，只有自己研究，分析才能找到解决问题的办法。我相信，只要保持积极向上的学习心态和不断努力的奋斗精神，认真听取别人的意见，我们遇到的所有问题都可以迎刃而解。

参考文献

[1]张士军，张帅。典型运动机构仿真设计，机械工业出版社，2011.3

[2]宋敏，王奇利，贺健琪，孙建香.机械设计基础，西安：西安电子科技大学出

版社， 2012.8

[3]过小容，李坤.UG 三维造型与数控加工编程实例精解，沈阳：辽宁科学技术出版社， 2009.4

[4] 潘沛霖.机械设计课程设计图册，北京:高等教育出版社，1989.5

[5]倪森寿，吕伟文.机械技术基础，北京：人民邮电出版社，2009.4