UG课程设计.doc

课 程 设 计

课程名称 CAD/CAE 综合训练
题目名称_蜗轮蜗杆机构CAD/CAE综合设计分析
学生学院 __ _______
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师 ________________
成绩评估
教师署名

2023年6月28日

广东工业大学课程设计任务书

题目名称
蜗轮蜗杆机构CAD/CAE综合设计分析
学生学院

专业班级

姓 名

学 号

一、课程设计的内容
1．设计蜗轮蜗杆机构零件结构模型；
2．在Unigraphics NX 6.0平台上建立蜗轮蜗杆机构零件/产品结构的三维参数化、变量化实体模型。
3. 根据产品的功能及设计规定建立组件的装配模型；
4．在Unigraphics NX 6.0平台上按国家制图标准绘制工程图。
可以适当补充完毕下列设计内容：
1. 对所设计的模型设立光照、背景、材料纹理等条件，完毕模型渲染，输出模型高质量的视觉效果图；
2．1).根据有限单元分析法的基本原理和思想，对所设计的机构进行静力学分析，涉及设计分析模型简化、单元网格划分、材料特性定义、约束定义、载荷及边界条件定义、模型分析解算等；
2). 根据机构运动学的基本原理和方法，在产品三维参数化实体装配模型的基础上，定义机构的运动副、运动驱动、运动关系，创建运动分析模型，运用ADAMS解算器完毕运动分析求解；
3．后解决及仿真，输出有限单元分析(或机构运动分析) 结果(涉及：应力、应变云图，变形过程动画仿真；或机构运动仿真动画，运动件轨迹，重要运动件位移、速度、加速度、加加速度曲线图)，根据分析结果提出修改意见或方案。
二、课程设计的规定与数据
1．采用参数化实体建模技术，进行产品结构的三维参数化、变量化实体(装配)模型的设计；
2．通过变量、表达式和Associative Curve等建立图素间的关联关系，修改表达式的值能实现零件的关联变化；
3．规定使用1～2个Sketch建立轮廓截面；
4．建模过程中应包含总数不少于15个特性操作（涉及扫描特性、成型特性、参考特性以及特性编辑的操作）；
4．规定零件工程图纸严格按照国家标准绘制，标注尺寸、公差、粗糙度、技术规定等；
5．工程图应具有符合标准的边框、标题栏，规定单独建立标准的带标题栏的图框，通过插入图样的形式将图框插入到零件的工程图中；
6．说明书规定描述建模和绘图工作的重要过程与操作环节，最后进行设计总结分析和回答思考题。
成绩优秀者必须补充达成下列设计规定：（下列规定四选一）
1．建模过程中应包含总数不少于25个特性操作，其中涉及网格曲面特性、扫描特性、联合体特性、面倒角等细节特性、参考特性、装配(Top-Down或Bottom-Up)、WAVE几何链接等操作；
2．生成输出产品(或零件)模型高质量的视觉效果彩图。
3．1).根据产品(零件) 的结构和工作条件，定义模型的材料特性、边界条件和载荷的性质及大小；
2).根据产品(零件) 的结构和工作条件，定义模型的运动副、边界条件和驱动的类型及具体数值；
4．1).分析结果要以表格、图线的形式提交；
2).运动仿真要提供仿真动画文献。
三、课程设计应完毕的工作
1．设计蜗轮蜗杆机构 零件结构；
2．建立蜗轮蜗杆机构零件三维参数化、变量化实体模型；
3．基于零件主模型，按国家标准绘制零件工程图；
4．编写设计说明书。（按设计说明书的格式书写）
成绩优秀者必须补充完毕下列设计工作：
1．对模型进行渲染，输出模型高质量的视觉效果图；
2．1).对产品(零件)进行结构的有限单元分析、仿真，输出分析结果，提出改善方案；
2). 对产品的运动机构进行运动分析、仿真，输出分析结果，提出改善方案。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
收集、整理资料，拟订蜗轮蜗杆机构三维
结构方案
大学城校区
6.3~6.5
2
蜗轮蜗杆机构三维参数化实体建模
大学城校区
6.6~6.13
3
修改、完善零件3D产品(零件)三维参数化实体模型
大学城校区
6.14~6.15
4
1).对三维模型进行结构力学有限单元分析，仿真，输出分析和仿真结果；
2). 对三维模型进行运动分析，仿真，输出运动分析和仿真结果；
大学城校区
6.16~6.21
5
1).根据结构分析仿真结果，修改、完善产品(零件)结构三维模型；
2).根据运动分析仿真结果，修改、完善产品(零件)结构三维模型；
大学城校区
6.16~6.21
6
编写设计/分析说明书
大学城校区
6.22~6.27
7
修改、完善设计内容和说明书，整理、打印资料
大学城校区
6.28~6.30
五、应收集的资料及重要参考文献
[1] 云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室，UG NX 6.0中文版基础教程，北京：清华大学出版社，2023；
[2] 中国机械工程学会，机械设计手册(电子版)(含光盘1张)， 北京：电子工业出版社，2023；
[3] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版入门与提高，北京：化学工业出版社，2023；
[4] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版从入门到精通，北京：机械工业出版社，2023；
[5] UGS公司，UG NX 4.0 CAST，美国，2023。
发出任务书日期：2023年 6 月 3 日 指导教师署名：

计划完毕日期： 2023年 7 月 1 日 基层教学单位负责人签章：

主管院长签章：

摘要
本课程设计说明书一方面对涡轮蜗杆机构进行了简要说明和特性分析，接着具体说明了在UG中，该机构各子零件（蜗轮、蜗杆、装配箱、顶盖、链轮和轴承）的建模过程，并将零件进行整体装配。接着对活塞零件进行工程图绘制。最后运用UG对该机构进行渲染解决，生成高质量图像。

关键词：涡轮蜗杆机构，建模，装配，工程图，渲染

目录
一、蜗轮蜗杆机构的结构分析…………………………………………1
二、蜗轮蜗杆机构零件的三维建模……………………………………1
2.1、蜗轮的建模过程………………………………………………1
2.2、蜗杆的建模过程………………………………………………6
2.3、蜗轮和蜗杆机构的装配箱的建模过程………………………10
2.4、顶盖的建模过程………………………………………………16
2.5链轮的建模过程……………………………………………… 19
2.6、轴承建模过 ………………………………………………… 22
三、建立装配模型………………………………………………………24
3.1、装配外箱过程…………………………………………………24 3.2装配蜗轮过程 …………………………………………………24
3.3装配蜗杆过程 …………………………………………………25
3.4装配轴承过程 …………………………………………………26
3.5装配顶盖过程 …………………………………………………27
3.6、装配链轮的过程………………………………………………28
3.7、创建爆炸图 …………………………………………………29
四、绘制零件工程图 …………………………………………………30
4.1装配箱工程图绘制过程 ………………………………………30
4.2、轴承工程图绘制过程 ………………………………………33
五、涡轮蜗杆机构宣染…………………………………………………36
5.1渲染过程 ………………………………………………………36
5.2完毕涡轮蜗杆机构渲染，输出图片…………………………37
六、设计总结…………………………………………………………38
七、思考题……………………………………………………………39
八、参考文献…………………………………………………………41

一 蜗轮蜗杆机构的分析
蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相称于齿轮与齿条，蜗杆与螺杆形状相类似。蜗轮与蜗杆机构常被用于两周交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。
本次课程设计通过对涡轮蜗杆机构的建模与装配、零件工程图，掌握了运用UG6.0软件进行运动机构设计和模拟的一般方法，建立仿真设计的理念。
本次课程设计将建立多个文献：6个零件，1个装配，2个零件工程图，1个渲染图片。在建模过程中涉及到多种操作及特性，特性操作有：边倒圆、倒角、实例、抽壳；设计特性有：孔、圆台、腔、键槽、坡口焊；扫描特性有：拉伸体、扫掠，体素特性有：圆柱体、长方体；布尔运算有：求和、求差、求交；参考特性有：基准平面、基准轴；WCS操作有：原点、旋转、显示。

二 蜗轮蜗杆机构的建模
2.1、 蜗轮的建模过程
1、创建圆柱体，直径74.14，高13.54

2、创建破口焊，槽直径70，球直径12

3、倒斜角，非对称，在距离1、2分别为0.3和0.5

4、WCS操作：移动WCS坐标系原点至图示位置

5、建立如下草图

6、旋转WCS,选择【-XC轴:ZC->YC】,角度90°

7、创建螺旋线，圈数为0.7，螺距为13.31，半径为5.835，右旋

8、创建扫掠体

9、移动扫掠体，创建33个扫掠体

10、求差运算，选择圆柱体为目的体，所有扫掠体位刀具体

11、旋转【WCS】，选择【+XC轴：YC->ZC】,角度为90°

12、WCS操作：移动WCS坐标系原点至图示位置，进行体素特性：圆柱体，直径38，高度12，同时进行求和运算

13、打孔，直径为28，贯通体

14、创建基准平面

15、插入键槽，长度为10，宽度为4，深度为4

16、替换面操作，完毕蜗轮模型

2.2、 蜗杆的建模过程
1、旋转WCS,选择【-XC轴:ZC->YC】,角度90°
2、创建螺旋线，圈数为6，螺距为13.31，半径为5.8386

3、 创建一个与XZ平面距离为3.3275的基准平面

4、创建另一基准平面2与基准平面1相交，其夹角为20°

5、建立如下草图

6、创建扫掠体

7、复制几何体

复制的几何体1

复制的几何体2
8、创建圆柱，点坐标为（0，0，10）直径为11.9652，高为60

9、求差操作，圆柱体为目的体，以扫掠体和复制几何体2为刀具体，并隐藏复制几何体1

10、创建圆柱1，点坐标为（0，0，70），直径为8，高度为48，进行求和运算

圆柱体2，指定矢量为ZC轴，点坐标为（0，0，-22），直径为8，高度为32，求和运算

再建立圆柱体3和4，直径为12，高度为4

11、创建坡口焊，槽直径为6.5，宽度为0.5，距端面距离为0.5，完毕蜗杆的模型

2.3、蜗轮和蜗杆机构的装配箱的建模过程
1、以XZ平面建立如下草图

2、拉伸操作，对称拉伸，距离为60

3、创建圆柱体，点坐标为（0，0，0），直径为120，高度为45，进行求和运算

4、细节特性，边倒圆，半径为5

5、抽壳操作，厚度为4

6、设计特性，凸台操作，直径为110，高度为11，锥角为0

7、设计特性，腔体操作，腔体直径为90，深度为15，底面直径为0，锥角为0

8、细节特性，边倒圆，半径为2

9、创建长方体1，原点坐标（-85，-74，-5），长度为215，宽度为148，高度为5，进行求和运算

创建长方体2，原点坐标（-85，-74，-8），长度为30，宽度为30，高度为3，进行求和运算

10、特性操作，实例特性长方体2，矩形阵列

11、画圆，圆心绝对坐标为（80，0，48.5），直径为15，然后进行拉伸操作，拉伸方向为负ZC轴，【结束】为【直到被延伸】，求和运算

12、设计特性，插入【三角形加强筋】特性，【%圆弧长】为25，【角度】为15°，【深度】为15，【半径】为3

13、创建圆柱体1，点坐标为（0，0，0），直径为28，高度为10，指定矢量为”正ZC轴”,进行求和运算

创建圆柱体2，点坐标为（0，0，0），直径为38，高度为5，指定矢量为”正ZC轴”,进行求和运算

创建圆柱体3，点坐标为（39.9826，56，16.77），直径为29，高度为9，指定矢量为”正YC轴”,进行求和运算

创建圆柱体4，点坐标为（39.9826，-58，16.77），直径为20，高度为130，指定矢量为”正YC轴”,进行求差运算

14、打孔，直径为10，深度为10，尖角为0

15、设计特性，创建孔，其输入坐标为（-70，-59，0），矢量为”负ZC轴”，直径为9，贯通体

16、对直径为9的孔进行矩形阵列操作

17、细节特性，边倒圆，半径分别为1、2和5，完毕装配箱的模型

2.4、顶盖的建模过程
1、创建圆柱体，直径为110，高为5

2、WCS操作：移动WCS坐标系原点至图示位置，进行体素特性：圆柱体，直径28，高度38，同时进行求和运算

3、创建一圆柱体，点坐标为（0，0，0），矢量为“负ZC轴”，直径为34，高危3.5，进行求和运算

创建另一圆柱体，点坐标为（0，0，-3.5），矢量为“负ZC轴”，直径为28，高危21，进行求和运算

4、打孔，输入点坐标为（50，0，5），矢量为“负ZC轴”，直径为6.2，为贯通体

5、圆形阵列操作，阵列特性为直径为6.2的简朴孔，数目为6

6，细节特性，边倒角，非对称，距离1、2分别为0.3和0.5

7、创建基准平面，插入键槽，长度为10，宽度为2.4，深度为2.5，完毕顶盖模型

2.5链轮的建模过程
1、创建圆柱体，直径为98.2，高7.9

2、WCS操作：移动WCS坐标系原点至图示位置，进行体素特性：圆柱体，直径45，高度13.1，同时进行求和运算

3、打孔，简朴孔，输入点位顶面圆心，直径为28，贯通体

4、倒圆角操作，半径为1.5

5、创建圆柱体，输入点坐标为（50.5，0，0），直径为8，高为7.9

6、 移动圆柱体，移动数为25

7、求差运算，圆柱体为目的体，移动体为刀具体

8、建立如下草图

9、对草图建立的曲线进行拉伸，深度为7.9

10、建立如下草图

11、对新建的草图进行拉伸，并与拉深体进行求交运算

12、移动求交运算体，数目为25

13、插入键槽，长为21，宽为2.5，深为2.5，完毕链轮模型

2.6、轴承建模过程
1、轴承外圈的建模，两圆柱体，直径分别为20和16.4，高6，进行求差运算

2、轴承内圈的建模，两圆柱体，直径分别为11.2和8，高6，进行求差运算

3、轴承滚道的建模，管道直径为3.6

4、滚珠的建立，直径为3.6

5、移动滚珠，数目为6

6、细节特性，边倒圆，半径为0.25，完毕轴承模型

三 建立装配模型
3.1、装配外箱过程
添加外箱零件，定位于绝对原点，透明度为70

3.2装配蜗轮过程
1、添加蜗轮部件，定位选用【移动】方式

2、在【点】对话框中输入坐标为（0，0，0）
3、在【移动组件】对话框中，选择【平移】类型，【Z增量】为10

4、点击“拟定”，完毕蜗轮装配

3.3装配蜗杆过程
1、添加蜗轮部件，定位选用【移动】方式

2、在【点】对话框中输入坐标为（0，0，0）
3、在【移动组件】对话框中，选择【平移】类型，【X增量】为39.8386，【Y增量】为-36，【Z增量】为16.77

4、点击“拟定”，完毕蜗杆装配

3.4装配轴承过程
1、添加轴承部件，定位选用【通过约束】方式，在【复制】选项中选【添加后反复】

2、在【装配约束】对话框中，选择【同心】类型，选择2圆弧边

3、单击“拟定”，继续装配轴承，选择【同心】类型，选择两圆弧边，完毕轴承装配

3.5装配顶盖过程
1、添加顶盖部件，定位选用【通过约束】方式

2、在装配类型，选择【接触对齐】，方位选择【接触】，选择两接触平面

3、单击“拟定”，完毕顶盖装配

3.6、装配链轮的过程
1、添加链轮部件，定位选用【通过约束】方式

2、在装配类型，选择【接触对齐】，方位选择【对齐】，选择两接触端面

3、单击“拟定”，完毕链轮装配

3.7、创建爆炸图

四 绘制零件工程图
4.1装配箱工程图绘制过程
1、打开装配外箱部件文献，进入制图模块，选用A3纸，比例为1:2，单位为毫米，并绘制图框如下

2、创建俯视图

3、创建剖视图，并将剖视图移至主视图位置

4、创建左视图

5、进行尺寸标注，编辑显示文字，添加技术规定

6、添加尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，完毕装配箱零件工程图

4.2、轴承工程图绘制过程
1、打开轴承部件文献，进入制图模块，选用A4纸，比例为2:1，单位为毫米，并绘制图框如下

2、创建俯视图

3、创建剖视图，并将剖视图移至主视图位置

4、进行尺寸标注，编辑显示文字，添加技术规定

5、添加尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，完毕轴承工程图

五 涡轮蜗杆机构宣染
5.1渲染过程
1、着色

2、添加背景

3、地板效果，显示平面阴影和地板反射

4、显示地面平面栅格

5、光源选择场景灯源5

5.2完毕涡轮蜗杆机构渲染，输出图片

六 设计总结
UG是功能强大的数字化产品开发工具，运用 NX 建模，工业设计师可以迅速地建立和改善复杂的产品形状， 并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美规定。UG涉及了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块；具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性；允许以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，我们可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。这些功能的强大都在本次课程设计中充足体现。
从建模、装配、制图、有限元分析、运动仿真再到渲染，我基本掌握了UG中的常用建模装配功能，学会了运用UG进行简易分析模拟仿真。从查阅书籍到自学完毕本次设计，我在UG的使用技巧上学会很多，也增强了对UG强大功能的结识。希望在以后的学习生活继续加强对UG的使用，提高UG软件技能。

七 思考题
1、草图中的约束是什么？约束一般有哪些类型？
答：草图中的约束可以精确地控制草图中的对象，从而实现草图参数化，其工具条如下图所示。

从性质上分，草图约束涉及2种类型，即尺寸约束和几何约束。
尺寸约束是建立在草图对象上的尺寸（如一线段的长度）或两对象间的尺寸（如两圆心间的距离）。其作用是限制草图对象的大小，具有尺寸驱动功能。
几何约束为草图对象拟定其几何特性（如使一直线水平）或拟定两个或更多的草图对象间的关系类型（如多边形的各边相等）。几何约束没有可编辑的值。
6、成形特性定位的方法有哪些？
答：成形特性的定位是指成型特性相对于实体或基准面的位置，可以通过定位尺寸来定义成形特性到安放表面的对的位置。
对于圆形或锥形工具体（如孔），在“定位”对话框中有6种不同的定位方法：水平定位、垂直定位、平行定位、正交定位、点到点定位、点到线定位，如下面左图所示；对于矩形工具体（如矩形腔体），在“定位”对话框中有9种不同的定位方法：水平定位、垂直定位、平行定位、正交定位、平行间距定位、点到点定位、点到线定位、线到线定位，如下面右图所示。

八 参考文献

[1] 云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室，UG NX 6.0中文版基础教程，北京：清华大学出版社，2023；
[2] 中国机械工程学会，机械设计手册(电子版)(含光盘1张)， 北京：电子工业出版社，2023；
[3] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版入门与提高，北京：化学工业出版社，2023；
[4] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版从入门到精通，北京：机械工业出版社，2023；
[5] UGS公司，UG NX 4.0 CAST，美国，2023。