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钟山学院I摘要锥齿换向器广泛应用于现代机械产品之中，如航空、航天和工程机械传动系统，具有传动平稳，承载能力强等优点，有着非常可观的发展前景。利用锥齿换向器传动机构的特点实现在电渣炉执行机构的换向，通过对电渣炉执行机构的结构设计和对其分析，是本课题主要学习和研究的内容。该机构的原理主要是由一对轴交角为90°的锥齿轮通过相互啮合，实现传动角度的改变以及进给换向的目的。为了满足该机构所体现出来的直观性，深入学习UG软件CAD/CAE，实现对锥齿换向器传动部件的三维参数化建模。本课题的主要研究工作与成果：首先，从建立平面渐开线入手，建模锥齿轮，实现参数化造型。再将轴、轴承以及箱体等部件依次建模，同时进行结构和强度设计计算；其次，在CAD装配模块中，将换向器各零部件自下而上完成装配；最后，利用CAE模块进行对该机构的分析。关键词：换向器；锥齿轮；CAD参数化建模；CAE分析钟山学院II目录摘要........................................................................................................................................................I目录.......................................................................................................................................................II第一章绪论..............................................................................................................................................11.1UG/CAD.......................................................................................................................................11.2锥齿轮传动及应用.......................................................................................................................2第二章标准直齿锥齿轮及轴的相关计算...............................................................................................32.1标准直齿锥齿轮的几何参数相关计算......................................................................................32.1.1选定齿轮精度等级，材料及齿数....................................................................................32.1.2锥齿轮的初步设计...........................................................................................................32.2锥齿轮传动的强度校核..............................................................................................................62.2.1齿面接触疲劳强度校核[6]................................................................................................62.2.2齿根抗弯疲劳强度校核.................................................................................................9第三章直齿锥齿轮数学模型的建立与参数化建模.............................................................................113.1齿轮常用的齿形曲线—渐开线..............................................................................................113.1.1渐开线的形成及其特性...............................................................................................113.2建模思路.................................................................................................................................133.3建模过程.................................................................................................................................133.3.1建立渐开线齿廓曲线...................................................................................................133.3.2直齿锥齿轮的建立.......................................................................................................15第四章总结........................................................................................................................................19参考文献..................................................................................................................................................20钟山学院1第一章绪论UG是一个优秀的机械CAD/CAE/CAM一体化高端软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任意复杂的产品模型，再加上技术上处于领先地位的CAM模块、内嵌的CAE模块，使CAD、CAE和CAM有机集成，可以使产品的设计、分析和制造一次性完成。它是当今最先进的计算机辅助设计、分析、制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。1.1UG/CADCAD模块包括了实体建模、特征建模、自由形状建模、装配建模和制图等基本模块。1.UG／实体建模(UG／SO1idModeling)该模块将基于约束的特征建模和显示几何建模方法无缝地结合起来，提供了强有力的“复合建模”工具，使用户可以充分利用传统的实体、面、线框造型优势。在该模块中，可建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体以及进行布尔运算及参数化编辑。另外，该模块还提供用于快速概念设计的草图工具和一些通用的建模、编辑工具。2.UG特征建模(UG/FeaturesModeling)该模块用工程特征定义设计信息，并提供了多种标准的设计特征，如孔、槽、型腔、凸台、柱体、块体、锥体、球体、管道体、倒圆角和倒直角等，还可控主实体建立薄壁件。各设计特征可以用参数定义，其尺寸大小和位置均可以被编辑。用户白定义特征会存储在公共目录下，可以被添加到其他设计模型中。各特征可相对于其他特征或实体定位，也可被引用来建立相关特征组。3.UG自由曲面建模(UG/FreeformModeling)该模块用于建立复杂的曲面形状，如机翼、进气道和其他工业产品的造型设计。它将实体建模和曲面建模的技术合并，组成一个功能强大的建模工具组。此建模技术包括沿曲线扫描，用标准二次曲线建立二次曲面体，并能在两个或更多实体间用桥接的方式建立光滑的连接曲面。它还可以用逆向工程的方法，通过曲线喘网格来定义曲面和通过点集来拟合曲面。另外，用户还可以通过修改所定义的曲线、改变参数值和用数学规律来编辑修改。4.UG／用户自定义特征(UG/User-DefinedFeatures)该模块用自定义特征的方式建立零件族，易于用户送行调用和编辑。它提供了一些常用工具，如允许用存在的参数化实体模型建立特征参数之间的关系，定义特征变量、设置缺省值，以及确定调用特征时所采用的一般形式等工具。用户自定义特征建立以后，被存放在一钟山学院2个目录中，可供用户访问。当用户自定义特征被加入到设计模型后，可用常规的特征编辑方法对该模型的参数进行编辑修改。5.UG／工程制图(UG／Drafting)该模块使设计人员可以方便地获得与三维实体模型完全相关的二维工程图。UG／Draoing支持工业上颁布的主要制图标准，如州SI／ASME、ISO、DIN、JSIS和我国的GB标准。6.UG／装配建模(UG／AssembtyModeling)该模块提供了并行的、自上而下和自下而上的产品开发方法。在装配过程中，可以进行零部件的设计和编辑。零部件刘灵活地配对和定位，并保持其关联性。装配件的参数化建模，还可以描述各部件之间的配对关系。这种体系结构允许建立非常庞大的产品结构，并在各设计纪之间进行共享，使产品开发组成员能够并行工作。7.UG/高级装配UG高级装配模块提供了数据装载控制功能，允许用户对装配结构中的部件进行过滤分析，可以管理，以完成—一个复杂产品的全数字化装配过程。它提供的各种工具可对整个产品、指定的子系统或零件进行装配分析和质量管理。在进行间隙检测的过程中，其检测结果可保存备用。在需要的时候，该模块还可对硬干涉进行精确定位。当要对一个大型产品的部分结构进行修改时，该功能还可以定义区域和组件集，以便于快速修改。8.UG／WaveUGWave提供了一个参数化产品开发平台，它将概念设计与详细设计贯穿到整个产品的设计过程。wave技术可对产品设计进行定义、控制和评估，通过定义几何形体框架和关键设计变量，表达产品的概念设计，通过多数化的编辑控制结构，使不同的设计概念可以被迅速地分析和评估。控制结构中的关键几何模型，可链接拷贝到经过详细设计的产品装配中。这样，在后续的产品开发过程中，允许高级概念设计中的变化与整个产品设计改变相关联。1.2锥齿轮传动及应用圆锥齿轮传动的应用、特点和分类应用：圆锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动和动力的。特点：圆锥齿轮的轮齿分布在一个圆锥体上。圆锥齿轮大端的参数为标准值。一对圆锥齿轮两轴之间的交角可根据传动的需要来确定。在一般机械中多采用∑=90°的圆锥齿轮。钟山学院3第二章标准直齿锥齿轮及轴的相关计算设计齿轮传动时，考虑到锥齿轮传动的可能发生的各种失效形式，如：点蚀、片蚀、胶合、断损、