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内齿轮铣齿机的铣削动力头设计及性能仿真

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毕业设计（论文）

内齿轮铣齿机的铣削动力头设计及性能仿真

InternalGearMillingToothMachineMillingPowerHeadDesignandPerformanceSimulation

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XXX学位论文原创性声明

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所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：

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论文作者签名：

导师签名：

摘要

齿轮加工机床加工圆柱齿轮，伞齿轮及齿轮零件。

齿轮加工机床有许多种规格和品种。

比如直径极小只有几毫米的小型机床，还有的直径长达十几米。

齿轮加工机床在各种机械制造中被广泛应用。

如汽车、仪表、拖拉机。

机床、工程机械、冶金机械、矿山机械。

石油、飞机和航天器等。

本文设计的内容较为复杂，要综合考虑各个方面。

结合自己所学的知识，并根据老师的指导借阅书籍进行研究。

充分了解内齿轮铣齿机的工作原理，对国内外的机床进行分析比较，设计出符合要求的高质量内容。

对各个零件部分进行仔细计算并进行分析校核。

运用自己掌握的CAD知识对机床各个零件部分进行分析和计算，设计出符合要求的装配图及各个零件的图。

最后根据自己的计算结果，运用solidworks软件对自己所设计的产品进行三维建模，然后进行有限元分析。

关键词:

动力头；结构设计；三维建模；复杂性

Abstract

Gearcuttingmachinetoolistheprocessingofcylindricalgear,bevelgearandotherpartstoothministryofmachinetools.Gear-producingavarietyofdifferentspecificationsofotherpartsofthecuttingprocess,smallmachinecanprocessafewmillimetersindiametergear,machinetoolcanprocesstensofmetersoflargediametergear,machinetoolproductionaswellasefficientandprecisemachiningofhigh-precisionmachinetools.Applicationsincars,tractors,machinetools,constructionmachinery,miningmachinery,metallurgicalmachinery,aerospaceandothermechanicalmanufacturing.Variouskindsofmachinerymanufacturing.Thedesignofthegearmillingmachinemillingpowerhead

Idesignthecontentofthisarticleistheresearchathomeandabroadaswellastheprinciplesoftheinternalgearmillingmachinetoothdevelopmentworkstatusofthepowerhead,identifyitsshortcomingsandareasforimprovementdesign.Accordingtoresearchresults,forthecurrentwidelyusedpowerheadwereanalyzedandcompared,thecharacteristicsofthevariousstructuresoftheintegrateddesignofthepowerheadconfigurationprogram.Accordingtothedesignofbearings,gears,shafts,bolts,etc.forselectioncalculationsandstresscheck;Finally,accordingtothedesign,solidworkssoftwareusingthree-dimensionalsoftwareforthree-dimensionalmodelingofthepowerhead,andfinallytheuseofansys-workbenchsoftwareforthefiniteelementAnalysis.

Keywords:

Powerheadthestructuredesign3dmodelingandcomplexity

第1章绪论

 1.1论文概述

内齿轮铣齿机铣削动力头通过安装在改进的

上，用来加工一定系列的

。

而铣削动力头的作用就是加工齿面，通过数控回转台和上下滑动的操作和运动。

当它根据指令旋转一周后动力头的指令要求也就完成了。

1.2铣齿机国内外发展现状

古代的齿轮是用手工修锉成形的。

十六世纪四十年代，欧洲意大利的一位科学家在制造钟表时，切齿装置被制造成功；在十八世纪八十年代，法国著名科学家勒内凭借他的天赋和努力，制造出一台齿轮加工机床。

它功能实用，带有切削齿条和内齿轮的附加条件，这给人民的生活和工业的发展做出了巨大的贡献。

十九世纪二十年代前后，英国的著名科学家怀特制造出第一台多功能机床。

机器性能的发展在十九世纪后半期。

铣齿机

到了20世纪开始，汽车行业迎来了它的高峰期，各式各样的磨齿机陆续被制造而出。

剃齿机于1930年上下在美国制造而出；随后的二三十年制成珩齿机。

1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机。

在1956年，又制造出一种功能实用的机器。

常用的有铣齿机、剃齿机和滚齿机、插齿机等一些机器。

内齿轮铣齿机作为机械的一种，它是随着机械文明的发展而不断改进的。

在内齿轮铣齿机的发展历史上，虽然很少看到中国的身影，但是，中国在整个机械文明的发展史上却做出了巨大的贡献。

中国机械初步形成和缓慢积累时期，这是中国机械发展的第一个时期。

在这段时间内，石材和木料是主要的工具。

虽然从现在的目光来看，当时的机械水平非常落后，但是没有前人的努力，也不会有当今发达的机械水平。

这一断时期也出现了不少机械工具，比如斧头、钻、刀剑、锄头、耕田等。

这主要是为农业所制作而成。

这都是日常成活中必用的工具，到现在仍被我们所使用。

夏商周时期，中国有了精湛的机械加工技术。

在商周和春秋时期，正是青铜器的发展高峰时期。

青铜器的诞生标志着一种新的机械制造技术的诞生。

它从低级逐渐走向成熟的过程，正是机械文明从摸索走向成熟的过程。

时至今日，当我们看到那一件件精美绝伦的青铜器时，我们都不禁对古人伟大的智慧所折服。

总的来说，在这段时期，制造工艺慢慢从石器向铜器和其它机械工艺的改变。

它标志着中国传统机械技术已经有了初步的发展。

从春秋战国时期以后，我国的传统机械发展进入了一个新的时期。

在这一时期，出现了铁器。

铁器的诞生表明古代机械在材料的选择和应用方面做出了巨大的突破。

铁器的诞生不仅使用方便，在生产上也提高了效率，大大降低了人力劳动的付出。

因为古代农业占据了人们生活和整个经济的大部分，所以机械产品也大多生产在农具方面。

到了战国时期，就出现了柔化处理技术。

到了东汉末期，这一技术已经得到了普及，被广泛应用在各种机械产品中。

在动力方面，除了使用金属作为人们使用的动力，也开始利用水利作为机械原动力。

在机构原理方面也做出了重大的突破。

许多产品出现了齿轮机构、凸轮机构等复杂的传动机构。

地动仪、水排等机械产品，就是以当今的眼光来看，那也是相当出色的。

在这一时期，因为机械系统的改变也直接影响了生产方式。

因为人力有时穷，而大自然的力量是无穷无尽的。

用自然力代替人力，这是机械发展智慧的象征。

在动力方面也从人为操作转换到间接操作，大大节省了人力，提高了效率。

到了唐末时期，机械水平有了进一步的完善。

如唐代银盒，制造工艺

，说明当时的机械加工精度水平很高。

在这一快速发展的机械时代，天文和计时仪器也相继被发明而出。

水运仪，这一重大的发明在当时全世界都是技术水平很高的先进发明。

在传统机械方面，我国在相当长的时期内都遥遥领先海外国家。

但是到了十八十九世纪，由于当时国情社会因素等其它的关系，我过机械发展水平就逐渐没落，慢慢落后与其它一些国家。

正所谓此消彼长，在这一时期，资本主义国家因为工业革命的发展，机械水平迅速发展，甩了中国一大截距离。

至少领先了中国一百年。

到了新中国，中国机械水平快速发展，部分产品和技术已经达到甚至超越西方国家。

但任重而道远，我们国家的道路还很漫长。

1.3本文研究内容

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1.4本文研究意义

中国改革开放几十年来来，我国的经济水平和机械发展水平都取得了长久的发展，受到了全世界的关注。

中国的机械产业虽然起步较晚，但是经过国家领导和全国人民的努力，已经在整个世界机械行业有了举足轻重的地位。

但是，虽然我国的发展成绩令全世界都惊叹，但是相对于一些工业发达强国来说，我国的机械水平还存在着明显的不足。

这是因为西方发展工业革命的原因。

这使得它们的机械水平领先我们国家百年之久。

但是国人的智慧和勤劳却让这差距在慢慢缩小，这都得归功与领导们的正确智慧以及我们勤劳的品质。

我国现在正处于一个飞速发展的时期。

传统机床向

的发展过程，正是我们需要注意的重点。

市场最重要，我们要做的就是扩大市场。

经济性数控化改造这一领域。

无论在发展前景还是经济市场都有着非常大的施展空间。

因为各个国家的国情不一样，所以机械发展的方式肯定也不一样。

我过特有的国情制约着机械的发展。

我们要做的就是尽量从公国企向其它形式过渡改变。

机电一体化给传统的机械行业，生产和管理体制发生了重大变化，使产业结构，它带来了惊人的，革命性的变化所带来的好处。

机电一体化不仅是技术和世界机械工业的产品开发的主要趋势，是中国机械工业的必由之路。

要求工程师努力掌握机电一体化产品和设计方法和原则的系统。

但作为国家级高新技术企业，我们始终是，在开发和应用机电一体化技术非常重要，还要关注国外技术的发展：

自动化水平的提高表现与内齿轮铣齿机铣削动力头的自动化，为机电一体化产品的开发的宗旨是“应用先进的机电一体化技术，推动机械电子工业的进步”同时是人工它是从具体的密集化生产型公司解放出来。

作为一名普通的机械本科大学生，虽然我的研究对整个国家的机械发展来说微不足道，但是我也会用心完成我的机械设计内容，充分了解机械产品，以后为国家机械的发展做出贡献。

第2章铣削动力头方案设计及计算

2.1总体方案设计

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第5章内齿轮铣齿机铣削动力头ADAMS仿真

5.1虚拟样机技术

虚拟样机技术兴起于1980年以后，是有别与其它形式的一种全新的概念。

因为其发展较晚，目前正处于摸索时期，所以现在国内还没有产生唯一的定论。

目前我们根据分类进行如下三个归纳。

（1）设计工程师利用电脑技能，构建一个机械系统的数学模型前，通过显示系统，转换各种特性，设计技术成最好方案形式。

（2）虚拟样机，这种技术，外观是一个计算机模型，能够反映实际产品性能，包括

和动力学和设计师参与的计算机上的空间关系它在机械上合理化，将能够对系统

按照仿真体系结构来优化系统，运动的模拟和系统动力学和真实环境。

（3）ADAMS以提供使用软件的

和物理原型设计，新的模拟技术构建的分析和评价系统中，实体的性能的三维模型和机械模型将有参数依据。

5.2ADAMS软件概述

ADAMS，虽然最初是美国公司研制而出来的，被收购成为MSCMSC\ADAMS美国公司，是最有名的虚拟样机分析软件。

它是通过使用已建立的第一种系统的动力学的坐标的拉格朗日方程的最大组成部分，一个动力学模型和组件库的文库结合力库使用-代数方程，解决算法的稳定性，该问题对刚性是很有效的，可以对虚拟计算机系统的静力学，运动学和动力学分析。

目前，ADAMS广泛，汽车，飞机，铁路，工程机械，通用机械，航空航天，机械，等已在大多领域被使用，生活在世界各阶层，已被大多数制造商采用。

核心模块，扩展模块，特殊模块，工具盒，并通过ADAMS软件的接口模块5类模块。

另一方面，在应用软件ADAMS虚拟原型分析，还有另一方面，它是，虚拟原型分析工具，其开放的程序结构，多种接口的二次开发工具虚拟原型的，特别对于一种特殊类型模拟样机它可以成为行业的分析平台。

ADAMS机械系统仿真软件在世界上使用最广泛，ADAMS用户时是为了实现复杂的机械系统设计动作性能的理解，计算机模拟的虚拟原型构造它可用于测试虚拟样机。

5.3内齿轮铣齿机铣削动力头前处理

1）动力头机构三维模型的导入

第一个步骤是对三维模型进行仿真。

在这之前，还有一个重要的步骤，因为仿真必须得建立在三维图形的基础上的，所以得建立动力头机构的立体效果图。

在这之前，因为我已经通过Solidworks建立成功，所以接下来就为我节省了一部分时间。

直接将动力头机构的三维模型导入ADAMS软件。

下面我将为我的操作过程进行简单的描述。

首先我将转换模式。

因为prt格式在Adams中不能使用，它支持x-t格式。

所以我用格式转换器进行转换，把它转换成可以正常使用的模式。

接着打开ADAMS软件，这时屏幕上会显示出View界面，将显示的界面截图，如下就是所得的图。

图5-1ADAMS软件的界面

选择输入一个文件。

点取文件所存放的位置E盘，然后点击屏幕上的OK按钮。

这时会跳出一个对话框，按照操作截取屏幕保留，如下图所示。

图5-2设置文件格式

1）选择文件类型

。

首先要读取这个文件存放的位置，并

以ADAMS

，最后点击OK即可完成这部分的过程。

操作过程如以下截图所示。

图5-3设置导入模型对话框

当所有过程都完成时，点击下方OK键，

，如下图所示。

图5-4导入模型示意图

至此，这一部分的工作已经完美解决，生产

文件格式的文件完成。

下面就开始进行下一项工作，接着在ADAMS软件里面对刚完成的

。

打开相应按钮，对质量进行添加并设置

；如下面截图所示。

图5-4设置材料属性

1）添加，添

加

，设置

。

如下图所示。

图5-5

至此，

，并设置好各个

。

接下来将是最后一个步骤，对所完成的模型进行

。

5.4内齿轮铣齿机铣削动力头运动仿真

在建立好

后，设计变量的选取不能单一，而是应该本着不重复的原则选取多个。

并不是一成不变的，因为选取的设计值是个变量，在仿真的过程当中。

在研究中需要考虑的问题有很多，在本设计中需要考虑的重点则是

怎样变化。

因为取值不同，所以需要进行几次

。

试验设计（DOE）综合分析在好几个

一起产生改动时，每个设计变量对

的影响。

试验设计的分析过程基本上分为五步，过程如下：

一、首先，目的要明确。

二、选择

此步骤需要在系统上进行选择，选择过后就要开始设计一种方式来测量

。

三、

，在试验的过程中通过

的变化来观察对它的影响。

四、开始试验，而且要把各次的

加以收录。

五、最后一步是

，

。

本论文的研究对象为动力头的末端，并对仿真结果进行运动优化分析，首先要做的步骤是要在末端建立marker点。

动力头位移变化曲线如图5-6所示

图5-6位移变化

在0-6s的时间内，动力头相对于全局坐标系的位置由0.7175m变化到0.6425mm。

速度变化曲线如图5-7所示。

图5-6x方向位移变化

随着时间的变化，速度保持在10deg/s，满足实际工作条件。

5.5本章小结

首先进行了软件介绍，其次对应力疲劳进行计算，并且进行了运动学仿真分析，最后通过ansys进行拓扑优化分析。

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致谢