齿轮泵CADCAE综合设计分析

课程设计课程名称CAD/CAE 综合训练题目名称齿轮泵CAD/CAE综合设计分析学生学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化2007级6班学号3107000248学生姓名陈凯指导教师卜研成绩评定教师签名2010年6月28日广东工业大学课程设计任务书齿轮泵产品CAD/CAE题目名称综合设计分析学生学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化2007级6班姓名陈凯学号3107000248一、课程设计的内容1．设计齿轮泵结构模型；2．在Unigraphics NX 4.0/NX 5.0平台上建立齿轮泵结构的三维参数化、变量化实体模型。

3. 根据产品的功能及设计要求建立组件的装配模型；4．在Unigraphics NX 4.0/NX 5.0平台上按国家制图标准绘制工程图。

可以适当补充完成下列设计内容：1. 对所设计的模型设置光照、背景、材料纹理等条件，完成模型渲染，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，包括设计分析模型简化、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，利用ADAMS解算器完成运动分析求解；3．后处理及仿真，输出有限单元分析(或机构运动分析) 结果(包括：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，主要运动件位移、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、课程设计的要求与数据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．要求使用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个特征操作（包括扫描特征、成型特征、参考特征以及特征编辑的操作）；4．要求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、技术要求等；5．工程图应具有符合标准的边框、标题栏，要求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．说明书要求描述建模和绘图工作的主要过程与操作步骤，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到下列设计要求：（下列要求四选一）1．建模过程中应包含总数不少于25个特征操作，其中包括网格曲面特征、扫描特征、联合体特征、面倒角等细节特征、参考特征、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件；三、课程设计应完成的工作1．设计齿轮泵结构；2．建立齿轮泵三维参数化、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成下列设计工作：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，提出改进方案；2). 对产品的运动机构进行运动分析、仿真，输出分析结果，提出改进方案；四、课程设计进程安排五、应收集的资料及主要参考文献[1]. 零点工作室编著. 《精通 UG NX 4.0》. 北京:电子工业出版社. 2006-09；[2]. 中国机械工程学会等主编. 机械设计手册(电子版)(含光盘1张). 北京:电子工业出版社. 2007-01；[3]. 洪如瑾. UG NX4高级仿真培训教程. 北京:清华大学出版社. 2007-03；[4]. 耿鲁怡，徐六飞编译. UG结构分析培训教程——UGS PLM应用指导系列丛书.北京:清华大学出版社. 2005-01；[5]. 胡小康编译. UG NX4运行分析培训教程(含盘一张）. 北京:清华大学出版社. 2006-11；[6]. 卫兵工作室编著. UG NX中文版数控编程入门与实例进阶(含盘). 北京: 清华大学出版社. 2007-02；[7]. UGS公司编. UG NX 4.0 CAST. 美国. 2006。

发出任务书日期：2010年5 月31 日指导教师签名：计划完成日期：2010年6 月28 日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：摘要本文先简单介绍此次课程设计的任务书，了解其基本要求。

然后花大篇幅详细说明本次课程设计的基本步骤和内容，主要涉及到了齿轮泵的结构分析，实体建模，装备模型及零件的工程图，除此之外，还介绍了齿轮泵输入轴的有限元分析和齿轮泵模型的运动仿真、渲染，最后再总结这次课程设计我的感想与收获。

目录一、设计分析步骤 (1)（一）齿轮泵的结构分析 (1)（二）建立齿轮泵三维参数化 (2)（三）建立装备过程 (12)（四）绘制工程图 (16)（五）输入轴零件模型的有限元分析 (17)（六）齿轮泵模型的机构运动分析 (21)（七）齿轮泵模型的表面渲染与处理 (22)二、设计总结 (22)三、思考题 (23)四、主要参考文献 (23)五、致谢 (24)一、设计分析步骤（一）齿轮泵的结构分析绘制的齿轮泵的装配图和爆炸图如下图一和图二所示图一齿轮泵装配图图二齿轮泵的爆炸图齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。

来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。

因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。

由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。

随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。

泵的流量直接与泵的转速有关。

（二）建立齿轮泵三维参数化1 大齿轮的建模过程1）在第90层绝对坐标系的原点位置，建立工作坐标系的三个基准平面和三个基准轴，用到的命令为“特征操作”工具条中的“基准平面”和“基准轴”命令，得到如下结果。

2）利用“圆柱Cylinder”命令，得到齿轮的主体的模型。

“sketch_000”。

（特征6）的两端面平齐（起始尺寸为0，结束尺寸为10）。

5）通过“特征操作”工具条中的“实例特征”命令下的“镜像特征”命令，以基准平面“Fixed Datum Plane(1)”为镜像平面，镜像出单个齿轮齿的完整模型，并使用unite命令将两部分unite在一起。

将以上三个特征组合成一个特征集名称为“Tine”的特征集。

7）通过“特征操作”工具条中的“实例特征”命令下的“圆周阵列”命令，以基准轴ZC轴“Fixed Datum Axis(5)”为阵列圆周的中心，阵列出12个均布的齿轮齿，并通过unite命令将所有的齿轮齿与齿轮主体untie在一起，如下图。

8）建立安装轴孔，利用“成形特征”工具条中的命令“孔”，制作一个直径为15的通孔。

的草图“sketch_001”。

然后整理图面，关闭草图，基准等所在的层。

2 基座的建模过程。

1）在图示位置利用block命令建立基座模型的框架，并用unite命令将两部分合成一个整体图3）通过“腔体”“圆角”“孔”等命令绘制安装座的详细特征4）通过“孔”和“镜像特征”的命令绘制前后端盖的安装孔和限位孔5）通过“螺纹”命令，对安装孔加工“符号”的螺纹3 前端盖的建模过程1）通过“基本体素”中的“块block”命令和“成形特征”中的“凸垫”命令形成前端盖的外观轮廓。

2）绘制前端盖的安装孔，应与基座的安装孔位对应。

3）建立两个轴的安装孔。

4）绘制定位孔和细节特征。

其他几个零件的建模过程不再详细描述，仅给出建模完成后的最终状态。

4 轴5 铜套6 输入轴7 后端盖（三）建立装备过程1 建立Gear Pump Assembly.prt文件，用工具条“装配”中的命令“添加现有的组件”在总装图的绝对位置处加入零件Gear Pump Base.prt。

2 同样重复上述操作，以配对的定位关系和原先的图层选项，按照下面的定位方式将前端盖装配到正确的位置。

3 重新9的操作，依次的将零件装配到相应的位置，在装配螺钉的时候，可以使用“创建组件阵列”的命令进行简化操作，装配完成后，各零件间的装配关系见下图。

4 装备图及爆炸图最后截图。

齿轮泵装备图齿轮泵爆炸图（四）绘制工程图1 前端盖的工程图2 大齿轮的工程图3 总装备图的工程图（具体工程图见所画图纸文件）由于UG5.0后置处理的效果好于UG4.0，所以以下的操作环境改为UG5.0。

（五）输入轴零件模型的有限元分析对输入轴零件模型的受力有限元分析过程见截图。

（具体过程见有限元分析文件）根据（一）齿轮泵的结构分析和分析其工作原理，建立齿轮泵的运动仿真。

导出的的gif文件。

（具体过程见运动仿真文件）渲染效果图如下。

（具体过程见渲染效果文件）二、设计总结通过本次综合训练，我掌握更多了UG建模操作、装配和UG后置处理的一些知识，使我对CAD/CAE有了更好理解和应用的经验，收获匪浅。

（1）学到许多课堂学不到的知识，拓展我知识面与深度。

有时为了实现一些操作，是翻阅了差不多一本书，如在结尾做动画仿真时，刚开始老是达不到预定的运动效果，我去图书查阅了几本关于动画仿真的书。

（2）提高UG操作动手能力。

通过这本系统的综合训练，我对UG的操作能力得到大大的搞高。

（3）锻练了我工作能力与合理安排时间的能力。

由于这段时间我们专业也在搞数控课程设计，加上又是期末考试，自已又两个选修要交论文和考试，时间是非常的紧迫。

通过本次综合训练，让我体会到了走出社会的师兄们所说的“加班熬夜是家常便饭”的含义，也认识到平时的学生时代的幸福。

三、思考题1 草图中的约束是什么？约束一般有哪些类型？答:①草图中的约束是定义所建立的草图对象的几何特性(如直线的水平和竖直)及两个或两个以上对象间的相互关系(如两直线垂直或平行、直线与圆弧相切等)；还用于定义草图对象的大小和形状。

②按照约束的性质，草图约束可分为下列三种，即尺寸约束、几何约束和定位约束。