弧面凸轮减速机参数化设计

论文总字数：32087字

摘 要

本文主要研究的是弧面凸轮减速机参数化设计软件的制作。

弧面凸轮减速机是近些年来兴起的新型减速机构，比起传统减速机，它拥有承载能力大、传动速度高、传动效率高等优势。但是，弧面凸轮的工作廓面非常复杂，设计过程非常繁琐，当有一个参数发生改变时整个设计过程就必须推倒重来。因此，很有必要对弧面凸轮减速机构进行参数化设计，使其能够根据用户输入的参数自动计算凸轮廓面坐标方程，设计生成弧面凸轮减速机的三维模型。本文以Visual C 6.0为开发工具，基于SolidWorks软件对弧面凸轮减速机进行了参数化设计。对弧面凸轮减速机构进行了设计计算，推导出其啮合方程和廓面坐标方程，总结了压力角、疲劳强度、啮合效率等的计算方法，建立了弧面凸轮减速机的三维模型，并绘制了其CAD装配图，最后通过对SolidWorks的二次开发设计出了弧面凸轮减速机的参数化软件，基本实现了要求的功能，设计了软件菜单栏和对话框，编写了其内嵌程序，对其进行加载后运行良好。

关键词：弧面凸轮减速机，凸轮廓面坐标方程，三维模型，参数化设计，二次开发

Abstract

This thesis mainly studies the manufacture of parametric design software for globoidal cam reducer.

Globoidal cam speed reducer is a new type of speed reducer that has emerged in recent years. Compared with the traditional speed reducer, it has the advantages of large bearing capacity, high transmission speed, high transmission efficiency and so on. However, the working contour surface of the globoidal cam is very complicated and the design process is very difficult. When one parameter changes, the whole design process must be torn down and re-started. Therefore, it is quite necessary to make a parametric design on the globoidal cam reduction mechanism, so that it can automatically calculate the coordinate equation of the cam contour surface according to the parameters input by the user, and design and generate the three-dimensional model of the globoidal cam reduction mechanism. In this paper, I use Visual C 6.0 as the development tool and SolidWorks2016 as the basis for the parametric design of globoidal cam reducer. The design and calculation of the globoidal cam reducer are carried out, its meshing equation and profile coordinate equation are deduced, the calculation methods of pressure angle, fatigue strength and meshing efficiency are summarized, the three-dimensional model of the globoidal cam reducer is established, and its CAD assembly drawing is drawn. Finally, the parametric software of the globoidal cam reducer is designed through the secondary development of SolidWorks。The required functions are basically realized, the software menu bar and dialog box are designed, and its embedded program is written, which runs well after being loaded.

KEY WORDS: globoidal cam reducer, coordinate equation of cam contour surface, three-dimensional model, parametric design, secondary development

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 弧面凸轮减速机的研究现状 1

1.3 二次开发技术介绍 3

1.3.1 参数化设计技术 3

1.3.2 SolidWorks二次开发 3

1.4 本论文研究内容 5

1.5 本章小结 5

第二章 弧面凸轮减速机的设计计算 6

2.1 结构原理 6

2.2 弧面凸轮减速机构结构设计 6

2.2.1 坐标系的建立 6

2.2.2 啮合方程的建立 7

2.2.3 凸轮廓面方程的推导 7

2.2.4 压力角的计算与校核 7

2.2.5 曲率的计算与根切的判断 8

2.2.6 滚子接触疲劳强度的计算与校核 8

2.3 程序编写与坐标点计算 9

2.4 弧面凸轮减速机构的总体设计 10

2.4.1 电动机选择 10

2.4.2 传动比分配 11

2.4.3 转速、功率与转矩 11

2.4.4 弧面凸轮-滚子传动 11

2.4.5 轴类零件 11

2.4.6 润滑设计 11

2.4.7 强度校核 12

2.4.8 CAD装配图零件图绘制 12

2.5 本章小结 14

第三章 弧面凸轮减速机三维模型的构建 16

3.1 建模背景 16

3.2 三维模型的构建 16

3.2.1 弧面凸轮三维模型的绘制 17

3.2.2 转盘三维模型的绘制 20

3.2.3 三维模型的装配 23

3.3 本章小结 24

第四章 弧面凸轮减速机的参数化设计 25

4.1 基于SolidWorks的二次开发介绍 25

4.1.1 设计思想 25

4.1.2 开发流程 25

4.1.3 开发环境 26

4.2 参数化设计 27

4.2.1 基本原理 27

4.2.2 创建菜单 27

4.2.3 创建对话框 29

4.3 程序加载 31

4.4 本章小结 34

第五章 总结与展望 35

5.1 工作总结 35

5.2 展望 35

参考文献 36

附录1 部分程序清单 38

附录2 装配图 42

致谢 43

1. 绪论
2. 选题背景与意义

熟悉机械行业的人们都知道，减速机是机械工业中不可或缺的重要组成部分，其发展一直以来都受到人们的密切关注和不断研究。减速机，顾名思义，是一种封闭在刚性壳体里，工作于电动机与工作机构之间的传动装置，它的作用是在调节转速并传递转矩^[1]。由于电动机的转速过高，一般不适合直接连接工作机构，因此需要在两者中间加入减速机构降低转速。减速机是电动机和工作机构之间重要的中间装置，它的存在使得设计各种转速的工作机构不需要特别注重其转速与电动机的匹配程度，因为可以通过减速机来进行调节转速，使得设计更加丰富多样化。目前，常用的减速机构包括齿轮减速机和蜗轮蜗杆减速机，它们因其可靠性和泛用性在减速机的应用中占有绝大部分比重。弧面凸轮减速机是近些年来才开始逐渐兴起的新型减速机构。

近些年来，弧面凸轮机构凭借着其传动效率高、承载能力大等优点而迅速发展，获得了广泛应用。在其刚被发明出来的时候，弧面凸轮机构主要是用作间歇分度机构，由于其传动速度高而且产生摩擦小，传动效率高，其主要应用于烟草机械、罐装机械、包装机械等要求高速间歇分度的场合^[2]。随着人们对弧面凸轮机构研究的深入，人们发现若是将其停歇角设为0，它就不再间歇性运作，而可以持续传动，于是，设计弧面凸轮减速机的想法就诞生了。弧面凸轮减速机其实就是弧面凸轮分度机构停歇角为0的特例，经过各方专家学者几十年的钻研，目前，弧面凸轮减速机的理论研究已经基本完善，在机械工业中也开始投入使用，且取得了不错的效果。不过，考虑到弧面凸轮机构结构的复杂性，其设计步骤一般比较繁琐。对于弧面凸轮机构的设计，传统的设计步骤包括：1.选择从动机运动规律；2.结构设计计算；3.设计机构的运动参数和几何尺寸；4.优化设计；5.凸轮工作曲面设计和动力学设计；6.绘制装配图和零件图^[3]。如此高精密性和复杂的结构导致的后果是：在设计确定参数的弧面凸轮机构后，如果想对其中的部分参数或者特征进行修改，必须对之前的工作进行重复操作，重新生成弧面凸轮。显然，这样的方法十分的复杂并且困难，很不实用。因此，很有必要利用计算机辅助软件针对弧面凸轮机构进行参数化设计，简化其设计过程，以提高弧面凸轮的生产效率并增大产量，具有较大的理论意义，而且其中蕴含的工程实用价值巨大。

1. 弧面凸轮减速机的研究现状

首先，对弧面凸轮减速机进行一些说明介绍。如图1-1所示，弧面凸轮减速机基本结构由转盘、滚子和弧面凸轮组成，转盘边缘装有一定数量的滚子，其与弧面凸轮廓面相啮合。其工作原理为：电机带动弧面凸轮转动，弧面凸轮廓面与转盘滚子相啮合，从而带动转盘转动，实现速度调节和转矩传递的目的。

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