正时齿轮机构的建模与仿真文档格式.docx

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学院机电工程与自动化

专业机械工程及自动化

学号12121529

学生姓名潘海奇

指导教师孙涛

起讫日期201603.16~06.26

摘要

本文主要研究的内容是通过三维计算机软件，建立某个进口船用柴油机的正时齿轮系统的三维模型，模拟机械系统运动，进行分析计算，优化设计。

该课题是结合了机械设计、机械原理、计算机制图、材料力学、数门专业课程的综合性研究课题，将理论与实践紧密结合，用理论指导实践，同时实践又反过来促进理论知识的学习，富有创新性。

要求通过三维计算机建模软件进行机械运动的模拟和通过软件进行力的作用分析与仿真，对其中涉及到的一些关键要素进行计算设计、并提出优化方案。

大多数建模软件对于齿轮的建模一般都是参数化建模，只需调用相关模板和输入基本参数即可完成齿轮的建模。

而本文根据渐开线齿轮齿廓的形成原理，介绍了如何使用Creo3.0建立渐开线齿廓的数学模型，详细说明了渐开线正时齿轮的建模与仿真过程。

与高度参数化和模板化的齿轮建模不同的是，该方法能彻底弄清齿轮建模与仿真的过程，并且具有高度可修改性，满足各种不同需求。

对于发动机正时齿轮机构的振动分析，本文提出如何使用visualbasic建立齿轮运动学软件。

对于软件的具体使用以及编程过程，本文进行了详细的解释说明。

利用编程生成的可执行程序，最终得到有关齿轮机构的分析数据，再通过相关处理，得到最终的分析结果。

其特点是利用软件的特性，使用参数化输入方式，利用人机交互的模式，极大简化了齿轮机构的振动分析。

经过一系列的建模与分析过程，进一步强化机械专业学生对建模软件的熟练使用以及进一步拓展本专业学生对相关专业技能的了解与掌握。

这不仅提高了专业技能的应用能力，也是对专业技能的又一次巩固。

关键词：

正时齿轮机构建模与仿真动力学分析软件

ABSTRACT

Themainresearchofthispaperistoestablishathree-dimensionalmodelofthetiminggearsystemofamarinedieselenginebycomputeraideddesignsoftware,andsimulatethemotionofthemechanicalsystem.Thepaperisanintegratedresearchcombinedwiththemechanicaldesign,mechanicalprinciple,computergraphics,mechanicsofmaterials,severalprofessionalcourses.Itcombinestheoryandpractice,usingtheorytoguidepracticeandpracticeinturnpromotelearningtheoryofknowledge,innovation.Throughthethree-dimensionalcomputermodelingsoftwareofmechanicalmovementsimulationandthroughtheanalysisandsimulationofforce,itcalculatesthekeyelementsofthedesign,andproposesoptimizationschemes.

Mostmodelingsoftwareforgearmodelingaregenerallyparametricmodeling.Theysimplycalltherelevanttemplateandinputbasicparameterstocompletethegearmodeling.Butbasedontheformingprincipleofoutlineofinvolutegear,thispaperintroducedhowtouseCreo3.0toestablishthemathematicalmodelofinvoluteoutlineofgears,itcontainsdetaileddescriptionofmodelingandsimulationprocessoftiminggear.Differentfromhighparameterizationofnormalgearmodeling,thismethodcanhelptounderstandthegearmodelingandsimulationprocessclearly,andgearscanbemodifiedfreely,tosatisfyvariousneeds.Andthemechanicalanalysissoftwareisgiventosimplifythesubsequentanalysisprocess.

Forthevibrationanalysisoftheenginetiminggearmechanism,thispaperproposesakinematicsprogrambyusingVisualBasictohelptoanalyzegearsystem.Thispaperexplainsthespecificusingandprogrammingprocessofthesoftwareindetail.Byusingtheexecutableprogram,wecangettheanalysisdataofgearmechanism.Thesoftwareischaracterizedbyusingitsadvantagesofitself,parametricinputmethods,andbythehelpofhuman-computerinteractionmodel,itgreatlysimplifytheanalysisofthevibrationofgearmechanism.

Afteraseriesofmodelingandanalysisprocess,themechanicalprofessionalstudentsfurtherstrengthentheabilitytousethemodelingsoftwareandfurtherexpandtheirunderstandingandmasteringoftherelevantprofessionalskills.Thisnotonlyimprovestheabilitytouseprofessionalskills,butalsoconsolidatetheprofessionalskills.

Keywords:

Timinggearmechanismmodelingandsimulationkinematicanalysissoftware

第一章

绪论

1.1建模与仿真技术的历史与发展前景

建模与仿真技术经过几十年的发展，已经成为对人类社会发展进步产生重要影响。

仿真技术不断被更多学科和领域所使用。

尤其是工业和军事领域，由于其系统特有的复杂性，出于安全和经济等方面的考虑，仿真技术被广泛应用。

建模与仿真技术在不断发展的过程中也刺激着其他学科的同步发展。

计算机技术和网络技术的发展随着建模和仿真的发展进一步加快，他们之间相辅相成，走向良性循环的道路向前发展。

系统的建模与仿真的发展过程大概分为5个阶段。

第一个阶段：

20世纪40年代以前主要是物理仿真。

比如使用飞机的比例模型在风动内进行试验。

第二个阶段：

20世纪40年代~50年代主要是模拟计算机仿真，而数字计算机刚刚起步。

1946年诞生世界上第一台数字计算机。

第三个阶段：

20世纪60年代~70年代混合仿真和数字仿真都得到了迅速的发展，混合仿真成为当时主流技术。

70年代末，我国自行研制的混合计算机系统已先后用于工程、教学、科研等领域。

第四个阶段：

20世纪80年代末~90年代初，微机技术迅速发展，多媒体仿真技术崭露头角。

第五个阶段：

20世纪90年代末至今，虚拟现实仿真技术不断兴起。

美国等发达国家一直把建模技术和仿真技术列为国防关键技术，他们的技术水平也一直居于世界领先水平。

我国经过近些年来的大力发展，无论是在军事或者工业方面，建模与仿真方法是随着应用需求的发展不断的进步，并取得了关键性突破。

目前，我国的建模与仿真技术正向着“数字化、虚拟化、智能化、服务化、普世化”为特征的现代化方向发展。

1.2研究目标与创新性工作

本课题主要研究的内容是通过三维计算机软件，建立某正时齿轮系统的三维模型，最终能模拟机械系统运动，并通过分析计算，优化设计。

该课题是结合了机械专业的多门专业性课程，以把专业知识应用到实践领域为目标，用理论指导实践，实现对专业知识的灵活运用。

通过对齿轮这种具有代表性的零件的建模，综合加深对建模软件操作能力，同时在建模过程中不断寻找更为简便的建模方法，对今后的相关工作积累经验。

本文的创新方面有两点：

首先在进行齿轮建模时，齿轮齿廓建模过程上。

通常，因齿轮的齿廓一般是由复杂的参数方程决定的，如渐开线方程。

因此，建模软件一般提供齿轮的参数化模板，在建立齿轮模型时，通过参数迅速完成对齿轮的建模，简化过程。

本文通过输入渐开线方程、绘制渐开线曲线，逐步完成对齿轮的建模。

这对齿轮的形成过程有了进一步的巩固与理解，对齿轮的几个主要参数，如基圆、分度圆等有了进一步的清晰的认识。

其次本文对正时齿轮机构的后续数据分析做出了创新性的工作。

机械问题的分析与校核计算一直是个繁琐的问题，而近年来，随着计算机技术的发展，使用简单的计算机编程软件来辅助一定的相关计算已经屡见不鲜。

本文介绍了如何通过微软的visualbasic软件，通过一系列的编程语句，最终编译出一款帮助进行齿轮机构振动分析的可视化可执行软件。

该软件的优点在于操作便捷，通过人性化的参数输入，迅速完成已知参数的系统的数据分析过程。

最大程度上优化了关于齿轮正时机构的设计、建模与分析计算的全过程，大大加快了设计和校核进程。

1.3本文主要内容

本文主要包含三个部分，前两部分是基于creo3.0对德国man公司的一款柴油发动机进行建模与仿真的过程，具体说明建模的步骤和指出可能会出现的问题，并对其中可能遇到的问题进行解释说明。

前两个部分的主要任务是完成对二维图纸的三维建模和装配，并使用软件本身具备的一定功能完成相应部分的分析过程，结合真实机构的情况得出小结。

第三部分结合visualbasic编程软件，给出一款用于分析齿轮运动学的相应功能性软件，基于对软件内部程序的编写，来完成相应的计算分析过程，进一步简化齿轮设计分析过程的计算问题，简化工作内容。

通过对参数的输入与输出结果的分析，得到初步结论，并通过相关专业知识解释其中问题产生的原因。

全文结构流程见下图。

图1