下载文档原格式
湖北文理学院毕业设计(论文)正文题目基于PRO/E的凸轮机构结构设计及其运动仿真分析专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师职称┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊基于Pro/E的凸轮机构的结构设计及其运动仿真分析摘要：凸轮机构是机械中一种常用的机构，它结构简单，紧凑，工作可靠，设计方便，利用不同的凸轮轮廓线可以使从动件实现任意给定的复杂运动规律。
同时它兼有传动，导向和控制机构的各种功能和优点。
因此在包装机，纺织机，印刷机，内燃机以及农业机具等具有广泛的运用。
传统的凸轮设计有图解法和解析法，图解法形象直观，结构简单，但是手工作图选取的等分数有限，误差较大，较繁琐。
解析法设计虽然解决了凸轮设计的精度问题，但是要得到完整的凸轮轮廓线需要建立复杂的数学公式，编制复杂的程序，编程和计算工作量大。
总之，传统的运动分析法是一种间断的，静态的分析方法。
本文利用Pro/E强大的三维实体建模功能，建立凸轮机构的装配模型，然后进行运动学分析，仿真凸轮机构的运动情况，最后将所设置的构件的位移，速度，加速度变化情况以表格形式输出，通过修改仿真模型的参数，快速的修改和优化设计方案。
关键词：凸轮机构；Pro/E；三维建模；运动仿真。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊The cam mechanism based on Pro/E structure design andkinematics simulation analysisAbstract:the cam mechanism is a kind of commonly used mechanical mechanism, it has the advantages of simple structure, compact structure, reliable work, convenient design, using different cam contour line allows the follower to realize any given motion law of complex. At the same time it has the drive, guide and control mechanism of the various features and advantages. So in the packaging machine, textile machine, printing machine, internal combustion engines and agricultural machinery is widely used. The traditional cam design graphic method and analytic method, graphical method is visual, simple structure, but the chart manually selected score is limited, the error is large, complex. Analytic design method solves the problem of precision cam design, but to get the full cam contour line need to build a complex mathematical formula, the preparation of complex procedures, programming and calculation. In short, the traditional motion analysis is a kind of discontinuous, static analysis method. In this paper, using Pro/E powerful3D entity modeling function, establish the cam assembly model, then analyses the kinematics simulation of cam mechanism, motion, the setting member of displacement, velocity, acceleration in form of output, by modifying the parameters of the simulation model, rapid modification and optimization design.Key words: cam mechanism; Pro/E;3D modeling; motion simulation.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊目录1前言 (1)1.1本课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外的研究现状及发展趋势 (2)1.3研究的主要内容、途径和技术线路 (3)2凸轮轮廓线的设计 (4)2.1凸轮机构的分类 (4)2.2从动件的运动规律及选取原则 (4)2.3凸轮轮廓线的设计 (5)2.3.1凸轮轮廓线设计方法的基本原理 (5)2.3.2凸轮轮廓曲线的计算 (5)2.4凸轮机构基本尺寸的确定 (7)2.5滚子半径的选择 (8)3凸轮机构的实体建模与装配 (10)3.1Pro/E软件简介.............................. 错误！未定义书签。
2K—H（A）型行星轮系“模型化”分析作者：徐志山来源：《职业·中旬》2013年第08期摘要：本文首先从实体上建立了行星轮系的物理模型，根据力的平衡和能量守恒关系推导出行星轮系的运动方程；然后从理论上对2K-H（A）行星轮系建立了数学模型，结合数理分析，得出了同样的运动方程。
这种“模型化”的分析方法揭示了行星轮系传递运动的内在规律性，为其他轮系的分析提供了新的方法。
关键词：2K-H（A）行星轮系模型化物理模型数学模型行星轮系属于非定轴轮系，它结构紧凑、重量轻，可以实现多个传动比，在传动、减速机构中多有应用。
所谓2K-H（A）型行星轮系，就是两个中心轮和一个行星架组成的行星齿轮传动机构，结构示意图如图1所示，主要由四部分组成：中心太阳轮A、齿圈B、行星轮C和行星架H，其中A、B、H的转动轴在一条直线上，称为行星轮系的基本构件，且轴线固定，C可以绕该转动轴转动。
设A、B、C的齿数分别为zA、zB和zC，它们的模数都相同，明显有zA图1 2K-H（A）型行星轮系的结构示意图一、2K-H（A）型行星轮系“模型化”假设1.假设承受一定载荷的行星轮系在传动过程中传递运动和动力，为了便于分析，首先提出三点假设。
第一，若行星轮系中定轴主动件匀速转动，则其他各个定轴从动件都处于匀速转动——运动假设。
第二，若不考虑行星轮系各构件间的摩擦和制动带来的能量损失，则该轮系的输入功率等于输出功率——能量守恒假设。
第三，若主动件在啮合点的施力方向与速度方向一致，该主动件向轮系输入功率；反之，则吸收功率。
从动件在啮合点的受力方向与速度方向总是一致，对外输出功率——能量分配假设。
2.特征根据“模型化”假设，2K-H（A）型行星轮系具有如下特征。
第一，若行星轮系某一构件匀速转动，则其他各构件均处于转动平衡。
第二，行星轮系彼此相接触的构件间存在作用力和反作用力关系，且作用点在啮合点或转动中心上。
第三，若行星轮系某一构件在啮合点和转动中心上存在作用力，则它们在同一平面内，且彼此相互平行，并对该构件在这一平面内任意一点力矩的代数和为零。
2K-H行星齿轮传动优化设计数学建模与解算【摘要】本文针对2K-H行星齿轮传动进行优化设计，通过数学建模和解算方法，提出了一种有效的优化设计方案。
首先介绍了行星齿轮传动的基本原理，然后详细分析了2K-H行星齿轮传动的结构特点。
在数学建模方法部分，提出了如何利用数学模型来优化设计方案。
接着通过解算过程展示了优化设计的具体步骤。
在对设计优化结果进行评价，并总结了研究成果。
展望了未来研究方向，为行星齿轮传动的进一步优化提供了参考。
本研究对于提高行星齿轮传动的性能和效率具有重要意义，为相关领域的研究和发展提供了有益的启示。
【关键词】关键词：行星齿轮传动、2K-H行星齿轮传动、优化设计、数学建模、解算过程、设计评价、研究成果、未来展望。
1. 引言1.1 研究背景在实际应用中，2K-H行星齿轮传动的设计和优化仍然存在一些问题和挑战。
传统的设计方法往往过于依靠经验和试错，难以确保设计的最优性。
通过数学建模和优化设计，可以有效地提高2K-H行星齿轮传动的性能和效率。
本文旨在通过对2K-H行星齿轮传动的数学建模与解算进行深入研究，提出一种优化设计方案，并通过解算过程验证设计结果的有效性。
通过本研究，可以为2K-H行星齿轮传动的设计和应用提供理论基础和技术支撑。
部分将围绕行星齿轮传动的发展历程、2K-H行星齿轮传动的特点和存在的问题进行介绍和分析，为后续的研究工作奠定基础。
1.2 研究目的研究目的是通过对2K-H行星齿轮传动进行优化设计，提高其传动效率和工作性能。
具体目的包括：优化齿轮的结构参数，减小传动系统的摩擦损失和能量损失；提高传动系统的传动精度和稳定性，降低噪声和振动水平；提高传动系统的承载能力和寿命，增强其工作可靠性和耐久性。
通过数学建模和解算分析，寻找最佳的设计方案，使得2K-H行星齿轮传动在实际工程应用中能够发挥最佳效果，满足不同领域和行业的需求。
通过本研究的成果，为行星齿轮传动的设计优化提供新的思路和方法，推动行星齿轮传动技术的发展和应用，为相关领域的工程设计和制造提供技术支持和参考依据。
2K-H行星齿轮传动优化设计数学建模与解算作者：史素华来源：《中阿科技论坛（中英阿文）》2019年第01期摘要：通过研究2K-H行星轮系的设计要求及分析各种约束条件，以最小体积为目标建立数学模型。
在确定设计变量，建立目标函数后，利用约束变尺度优化算法和Fortran语言编程进行最优化的求解。
关键词：行星齿轮传动;优化设计;m数学建模渐开线行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比具有承载能力大、体积小、效率高、重量轻、传动比大、噪音小、可靠性高、寿命长、便于维修等优点，广泛应用于小汽车、重型载重汽车、工程车辆和飞机等的传动系中[1]。
研究指出，同一制造精度下，行星传动比起定轴线固定传动，载荷一般沿齿宽分布得较好[2]。
这是由于在行星传动中齿宽对直径的比值一般不超过0.7，而在普通减速器中却达到1.6，在个别情况下，例如在涡轮机减速器中则显著超过此值。
在同样条件下，行星传动的箱体重量比普通定轴齿轮传动的箱体其重量要小好几倍，因为行星传动箱体外廓尺寸比普通定轴齿轮传动的箱体要小得多。
设计行星传动时，正确选择齿轮参数的意义远比设计普通定轴传动的大。
齿轮参数选择不当时，不但可能丧失在外廓尺寸和重量方面的优点，甚至可能得到不利于使用的传动。
按最小体积为目标对行星齿轮机构进行最优化设计，不仅对缩小体积，而且对减小质量、节约材料及降低成本等都是很有实效的，这些对汽车及飞机这一类的产品尤其重要[3]。
现在就以这类产品中常采用的2K-H型行星齿轮机构作优化设计。
一、2K-H行星齿轮设计要求对于2K-H行星齿轮，如右图所示，要设计一个符合条件的行星齿轮传动，需要根据已知条件确定齿轮的几个参数：各齿轮的齿数z，模数m，齿宽b，如果将行星轮的个数也作为设计变量，则有四个参数。
根据机械设计知识，行星齿轮参数需要满足以下两种条件：一是几何设计条件就是在不考虑材料视齿轮为刚体的情况下齿轮正常传动的条件;二是齿轮的强度条件，行星齿轮作为一种机械构件，需要在确定材料的情况下对强度作一定的要求，保证齿轮到达预期寿命[4]。
目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)第1章任务与课题条件 (1)1.1任务 (1)1.2课题条件 (1)第2章凸轮机构及PRO/E简介 (2)2.1凸轮机构简介 (2)2.2 PRO/E简介 (7)第3章盘形凸轮创建过程 (10)3.1新建零件 (10)3.2创建拉伸特征 (10)3.3创建方程曲线 (10)3.4创建图形特征 (11)3.5创建可变剖面扫描特征 (12)3.6创建孔特征 (12)第4章其余零件设计 (14)4.1从动杆设计 (14)4.2连杆设计 (14)4.3滑块设计 (15)第5章装配 (16)第6章机构仿真 (17)6.1定义凸轮从动连接机构. (17)6.2添加驱动器 (17)第7章运动分析及结果分析 (20)7.1运行分析 (20)7.2结果回放 (21)7.3结果分析 (22)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)摘要机械产品的运动分析和仿真在机械产品的设计中是不可缺少的重要环节。
在各类机械的传动结构中，凸轮结构有着广泛的应用，根据凸轮机构的设计原理，提出了在pro/e 中实现凸轮设计及实体造型的方法,并主要利用Pro/e Wildfire的运动学分析模块Mechanism对凸轮机构进行了运动学分析和仿真，这对凸轮机构的优化设计将提供较大的帮助。
本文通过对对心直动尖顶盘型凸轮机构进行运动仿真分析，更加明确了该机构的优缺点，对于该机构的优化设计以及该机构以后的用途将提供指导作用。
关键词：凸轮机构 Pro/E 运动仿真运动分析AbstractSimulation technology in the mechanical products design plays an important role. In some mechanical transmission structures,the cam mechanism is used widely, Introducs the method of cam design and modeling in Pro/E,and mainly expiains the kinematics analysis and the simulasion by using Pro/E Wildfire Mechanism ,it will provide useful help to the optimized design of cam mechanism. This article through to the heart of translational knife-edge plate cam mechanism motion simulation analysis, more clearly the advantages and disadvantages, for the optimal design of the mechanism as well as the agency later use will provide guidance.Key Words：cam mechanism ;Pro/E;motion simulation;motion analysis第1章任务与课题条件1.1 任务为了对凸轮机构进行更好的优化设计以及对凸轮机构以后的应用起指导作用，因此基于pro/e对盘型凸轮机构进行设计与运动仿真，并对速度和加速度进行分析，研究该盘型凸轮机构的运动情况，并对该凸轮机构以后的应用作出预测。
大家谈DISCUSSIONOCCUPATION2013 08186摘 要：本文首先从实体上建立了行星轮系的物理模型，根据力的平衡和能量守恒关系推导出行星轮系的运动方程；然后从理论上对2K-H（A）行星轮系建立了数学模型，结合数理分析，得出了同样的运动方程。
这种“模型化”的分析方法揭示了行星轮系传递运动的内在规律性，为其他轮系的分析提供了新的方法。
关键词：2K-H（A）行星轮系 模型化 物理模型 数学模型2K-H(A)型行星轮系“模型化”分析文/徐志山行星轮系属于非定轴轮系，它结构紧凑、重量轻，可以实现多个传动比，在传动、减速机构中多有应用。
所谓2K-H(A)型行星轮系，就是两个中心轮和一个行星架组成的行星齿轮传动机构，结构示意图如图1所示，主要由四部分组成：中心太阳轮A、齿圈B、行星轮C和行星架H，其中A、B、H的转动轴在一条直线上，称为行星轮系的基本构件，且轴线固定，C可以绕该转动轴转动。
设A、B、C的齿数分别为z A 、z B 和z C ，它们的模数都相同，明显有z A ＜z B 。
这种机构看起来简单，但传动规律分析起来比较复杂。
对该机构的分析方法有“转化机构法”“速度矢量法”“等效杠杆法”“图论法”等，这些方法分别从不同的侧面对行星轮系传动规律分析进行了有效的尝试，取得了较好的效果，但都不易于直观理解。
“模型化”分析是一种简化分析方法，将2K-H(A)型行星轮系简化为两个模型，即“物理模型”和“数学模型”，通过对模型进行物理分析和数学分析，来揭示行星轮系的传动规律。
图1 2K-H(A)型行星轮系的结构示意图一、2K-H(A)型行星轮系“模型化”假设1.假设承受一定载荷的行星轮系在传动过程中传递运动和动力，为了便于分析，首先提出三点假设。
第一，若行星轮系中定轴主动件匀速转动，则其他各个定轴从动件都处于匀速转动——运动假设。
第二，若不考虑行星轮系各构件间的摩擦和制动带来的能量损失，则该轮系的输入功率等于输出功率——能量守恒假设。
单排2K-H型行星轮系优化设计摘要：行星减速器在机械设备中应用广泛，具有体积小、质量轻、传动比大、承载能力大及传动效率高等优点。
随着行星减速器的传统设计方法的越来越不适应性,应用现代设计方法对其进行优化分析，有利于提高产品质量、降低生产成本，对促进齿轮传动设计技术的发展有重要的意义。
本文以2K-H行星减速器为研究对象，针对传统设计上的不足对其进行优化设计，以行星齿轮体积最小、结构最紧凑为目标，确定了设计变量、目标函数及约束条件，建立了行星减速器的优化数学模型，运用MATLAB优化工具箱中fmincon算法进行优化计算得到了优化设计参数。
关键词：行星齿轮减速器，优化设计，fmincon算法The study on Optimal Design System of 2K-H Planetary Gear TrainABSTRACT: The planetary gear reducer is various and applied widely in mechanical equipment. It has advantages of small volume, light quality, big transmission ratio, carrying capacity and high transmission efficiency. The traditional static design method of planetary gear reducer are more and more unadapted. The modern design method can improve product quality and reduce production cost. It has important significance for promoting the development of the design of gear transmission technology.This paper made optimization design based on the 2K-H planetary gear reducer as the research objective, aiming at the deficiency of traditional design. It established the optimization mathematic model of planet wheel with the smallest and most compact planet gear volume as the objective by determining the design variables, objective functions and constraint conditions. It calculated optimization parameters under fmincon in MATLAB optimized tool.Key Words: planetary gear reducer, optimization design, fmincon algorithm目录1绪论 (1)1.1 研究现状 (1)1.2 研究背景、目的及意义 (2)1.3 论文主要研究内容 (3)2 优化设计基本理论与方法 (4)2.1 优化设计方法概述 (4)2.2 MATLAB简介 (6)2.2.1 MATLAB的特点 (6)2.2.2 MATLAB优化工具箱 (6)2.3 优化设计数学模型概述 (7)2.3.1 优化设计数学模型三要素 (7)2.3.2 优化设计数学模型的分类 (8)3 2K-H行星减速器的数学模型 (9)3.1 单排2K-H行星轮结构简介 (9)3.1.1 工作特点 (9)3.1.2 运用场所 (9)3.1.3 工作原理 (9)3.2 机械优化设计的过程 (10)3.2.1 建立目标函数 (10)3.2.2 选择设计变量 (13)3.2.3 确定约束条件 (15)4 2K-H型行星轮系最优化设计问题的求解 (21)4.1 优化方法的选择 (21)4.2优化工具箱中fmincon工作界面简介 (22)4.3 M文件的编写与简介 (24)4.3.1 M文件的编写 (24)4.3.2 M文件简介 (24)4.4 优化求解与结果分析 (24)4.4.1 在fmincon工具箱的工作界面上需要输入的数据 (26)4.4.2 M文件的编制 (26)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (33)1绪论1.1研究现状2K-H型行星轮减速器（以下简称行星减速器）与普通定轴减速器相比，具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点，被广泛应用于汽车、起重、冶金、矿山等领域[1][2]。
【教法学法新探】探索摘要：在机械设计基础的教学过程中，从过去的采用挂图、模型的教学方法到现在的多媒体教学，不仅提高了教学效果，同时也激发了学生的学习兴趣。
本文针对机械设计的课程特点，结合自身的教学实践，对机械设计基础课堂教学中应用Pro/E 软件进行机构仿真的辅助教学加以描述，旨在提高该课程的教学质量，推动课程的教学改革。
关键词：机械设计基础；Pro/E软件；机构仿真机械设计基础课程是中等职业学校机械类专业学生的主要课程之一，作为专业基础课在教学中占有重要的地位，该课程系统地阐述了机械原理及常用机械零件的设计方法。
然而这门课的理论性很强，一些抽象的概念和常用的机构对于没有实际经验甚至连见都没见过的学生来说很难掌握。
开展课程教学改革，提高教学质量是中等职业学校教学改革一项重要举措，本文结合自身的教学实践，根据课程的特点，在教学过程中从教学方法、教学手段方面进行了探索，在课堂教学中应用Pro/E软件进行机构仿真辅助教学，取得了良好的教学效果。
一、机械设计基础传统教学方法的弊端1.传统的教学模式影响课堂教学效果机械设计基础主要研究机械中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计原理和计算方法。
上课前学生往往对机械设备知之甚少，尤其是对常用机构部分缺乏感性认识。
传统的教学方法是采用挂图与模型，但对于常用机构来说实物模型一般较为复杂，给上课带来诸多不便，学生不易理解和掌握，而且教材的变化较大，模型往往与教材相脱节，教师不能根据实际情况灵活选用教具，近年来虽已逐步采用多媒体教学，但多数只是采用简单的PPT，缺乏直观性，教师无法在课堂上进行演示，也不能随意进行反转、拆卸，使学生观察内部结构及装配关系，更不能充分展示动态变化过程。
2.学生的学习兴趣不高机械设计基础内容较多，由于学生刚接触机械专业知识，缺少实践，对实际生产中的一些零件及机构都很陌生，再加上中等职业学校的学生基础相对较差，上课时学生对部分较难的内容不能很好理解，难以掌握，因而学生的学习积极性受到挫伤，有的甚至产生厌学情绪。
