行星滚柱丝杠的虚拟样机设计

题目：行星滚柱丝杠的虚拟样机设计（宋体三号）（加粗）

专业：机械设计制造及其自动化

学生：拓文杰（签名）

指导教师：韩敏（签名）

摘要

行星滚柱滚柱丝杠作为新兴的丝杠传动装置，自1942年发明到现在，经过不断发展应用到各个领域里，目前为止还是有很多问题没有攻克，随着螺纹加工工艺的进步，科技技术的发展，行星滚柱丝杠将会取代其他丝杠类传动装置。

为了更好地了解滚柱丝杠的整体结构以及运动原理，对行星滚柱丝杠的各个零部件进行参数设计，了解滚柱，丝杠，螺母以及内齿圈之间的参数关系，同时了解各个参数对行星滚柱丝杠的性能影响，之后进行三维建模，根据参数设计绘制出每个零件的三维图，最后装配零件，建立好行星滚柱丝杠的三维模型，在加载动画，可以了解到行星滚柱丝杠的运动状况。

通过设计，对行星滚柱丝杠今后的发展有了清晰的认识。

关键词：行星滚柱丝杠参数设计三维建模

Subject：The virtual prototype design of the planetary roller

screw

Planetary roller screw as emerging screw transmission device, the invention in 1942 to the present, through the continuous development of applications in various fields, so far there are still many problems not conquer, along with the progress of the screw thread processing technology, the development of science and technology, the planetary roller

screw will replace other screw transmission device.

In order to better understand the overall structure of the roller screw and movement principle of the various parts of the planetary roller screw parameter design, understanding of roller, screw, nut, and the parameters of the relationship between inner gear ring, at the same time to understand the various parameters on the performance of the planetary roller screw, after 3 d modeling, according to the parameter design to map each components of the three-dimensional figure, final assembly parts, establish good 3 d model of the planetary roller screw, the loading animation, can learn the movement condition of the planetary roller screw.

Through the design of planetary roller screw have a clear understanding of the future development.

目录

第1章 1 绪论 (1)

1.1 行星滚柱丝杠的研究现状和市场需求 (3)

1.2 选题目的及意义 (4)

第2章行星滚柱丝杠的参数设计 (6)

2.1 概述 (6)

2.2 主要零件的参数设计 (6)

2.2.1滚柱的参数设计 (6)

2.3.2丝杠的参数设计 (12)

2.3.3内齿圈的参数设计 (12)

2.3.4螺母的参数设计 (12)

第3章 3 solidworks三维建模 (14)

3.1 SolidWorks简介 (14)

3.2主要零件的三维建模 (14)

3.2.1丝杠的三维建模 (15)

3.2.2滚柱的三维建模 (19)

3.2.3内齿圈的三维建模 (23)

3.2.4螺母的三维建模 (24)

3.2.5行星架的三维建模 (27)

3.3建模与配合 (29)

3.3.1螺母与滚柱的配合 (29)

3.3.2内齿圈的啮合 (33)

3.3.3丝杠的啮合 (34)

3.3.4行星架的配合 (36)

3.4行星滚柱丝杠的动画设计 (37)

4结论 (38)

第1章绪论

行星滚柱丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的机械传动装置，用滚柱作为中间传动体，用滚动摩擦取代滑动摩擦，这种传动方式与滚珠丝杠类似。行星滚柱丝杠作为一种新兴起来的的传动装置，有着摩擦力小、传动效率高、整体体积小、工作寿命长、机构承载能力强等特点。行星滚柱丝杠按照结构的不同可以大致分为三类：标准式、反向式、循环式、轴承环型式和差动式。

标准型行星滚柱丝杠主要传动装置有丝杠、螺母和螺纹滚柱，丝杠具有一定角度牙型角的多头螺纹，螺母的螺纹与丝杠的螺纹相同，有着相同的头数、螺纹形状和螺距，即螺纹截面相同，滚柱是单头螺纹，螺距与滚柱和丝杠相同，只是螺纹截面与螺母和丝杠有些区别，为了保证啮合，滚柱的螺纹面通常为圆弧面。多个滚柱沿丝杠圆周方向均匀分布，传动过程中滚柱既绕着丝杠轴线公转同时又绕自身轴线自转，丝杠和螺母分别与滚柱啮合，由于三者具有相同的牙型和螺旋升角，所以在啮合过程中可以保证丝杠及螺母与滚柱之间的纯滚动，并且确保螺母与滚柱没有轴向相对位移。在螺纹滚柱的两端加工直齿，与带有内齿圈的端盖啮合，用以消除螺旋升角对滚柱产生的倾斜力矩，并使滚柱沿圆周方向相对位置固定，保证所有滚柱的轴线都与丝杠轴线平行。

在标准型行星滚柱丝杠的基础上，根据不同性能要求进行修改形成了其他结构类型的行星滚柱丝杠。

循环型行星滚柱丝杠的丝杠和螺母与标准型行星滚柱丝杠相同都是牙型角为90°并且具有相同螺旋升角的多头螺纹，但是行星滚柱不再采用单头螺纹而是加工成没有螺旋升角的沟槽状结构，端盖的内齿圈被复位凸轮环取代，因为凸轮有着往复运动，当旋转一周后，滚柱又回到了原来的位置，与丝杠啮合，这和滚珠丝杠的滚珠原理相似，但是具有更高的承载力。在螺母中添加一个凹槽，当凸轮旋转到这个位置时，凸轮会推入到加工好的凹槽中，这样，滚柱就会回到原来的位置。通过这样的改制，可以使得滚柱加工难度降低，同时这可以采用更小的螺纹导程，提高位置精度，可以制作更小型的行星滚柱丝杠，并且有更多的接触点，增强了承载能力。然而这种机构也

是有缺点的，在啮合过程中，由于滚柱会与丝杠周期性的分离，频繁的接触与分离，会使滚柱与丝杠周期性的碰撞，从而影响使用寿命，当这种类型的行星滚柱丝杠在高速运作中会产生很大的噪声，影响使用效果。

轴承环型行星滚柱丝杠的丝杠也是具有一定角度牙型角的多头螺纹，滚柱与循环型行星滚柱丝杠的丝杠采用同牙型的凹槽，而螺母不再与滚柱进行啮合，螺母通过轴承环与滚柱轴向确定，轴承环两端端面安装有推力轴承并和壳体固定。传动过程中动力由丝杠自传带动滚柱绕着丝杠做公转，滚柱通过轴承环和推力轴承将动力传至螺母和壳体上，使得螺母自转，假定螺母是固定的，则滚柱就具有一定的公转，这样就完成传动过程。与之前两种相比，这种结构方式最大程度的减小了摩擦，提高了传动效率。

丝杠3（1-1）是具有90°牙型角的梯形螺纹，其螺纹头数为5，丝杠与滚柱1之间为螺纹啮合，滚柱的端部齿轮也经过螺纹切除，使其啮合在丝杠的螺纹中，螺母4与滚柱之间的啮合为螺纹啮合，并将内齿圈2嵌入到螺母中，本图中没有绘制行星架，滚柱应该插入到行星架中的行星孔中，行星架与内齿圈分别安装于螺母的两端端面上。滚柱的端部齿轮与内齿圈还有这齿轮副，可以保证滚柱与螺母之间没有轴向的偏移，增加运动的稳定性，减少丝杠与滚柱之间的滑动，保证滚柱与螺母的运动一致性。滚柱的螺纹面为圆弧面，可以保证滚柱与丝杠和螺母之间的接触为点接触，增加传动效率，和工作寿命。

1-1 滚柱丝杠副结构图

1.滚柱

2.内齿圈

3.丝杠

4.螺母

行星滚柱丝杠的运动原理是丝杠旋转，假定螺母是固定的，由于丝杠与滚柱为螺纹啮合，所以滚柱会自转，由于端部齿轮与内齿圈啮合，行星架与内齿圈固定，所以丝杠会边自转边作轴向运动；由于滚柱的自转，会使得端部齿轮旋转，内齿圈固定，所以会带动滚柱绕着丝杠做公转，从而完成整个传动

1.1行星滚柱丝杠的研究现状和市场需求

行星滚柱丝杠最先是由瑞典人Carl Bruno Strandgren在1942年第一个设计出来的，有着传动效率高，摩擦力小等特点，然而至今却没有能够广泛应用，这主要是由于其结构多为螺纹啮合，齿轮啮合，从而使得加工难度大，成本较高。目前主要使用在民用领域，比如高精度、高精密机床、食品包装机械、特殊、专业机械、测试仿真机械等；但随着大型飞行器与军用设备的发展以及煤矿、石油、化工、大型机床等需

要很大推力、高精度、高效率、超长寿命的机械装置作为新的机电传动系统的执行机构，取代容易污染、维护成本高的传统液压传动系统，行星滚柱丝杠便受到了社会的广泛关注。

瑞士Rollvis是当今世界上最有名，最专业的行星滚柱丝杠生产厂家，在市场中占有着将近40%份额，该厂生产的产品广泛应用于航空航天、大型精密机床、军用设备、仿真机器人等行业，可以生产的丝杠直径从1mm~150mm，满足各种机械设备，导程从0.1mm~50mm，轴向传动速度最高可以达到2m/s，大幅度提高传动效率，精度可以达到0.1pm，满足很多精密机床的要求，而且能够加工特殊的，专用的飞标准螺母。此外，其他国家近年来也在大力打发展行星滚柱丝杠的研制与生产，带动着行星滚柱丝杠的发展与创新，行星滚柱丝杠得到了很大程度的发展。

国内的一些企业具有行星滚柱丝杠制造能力，也有着一定的有点，比如研制的行星滚柱丝杠承载能力更强、抗冲击性能强和轴向速度高等特点，但国内企业大多精度不能满足一些高精度机床的设计要求，其性能和寿命都不如国外产品。

1.2选题目的及意义

因为行星滚柱丝杠与滚柱丝杠的结构特点和工作原理相似，只是滚珠丝杠中的摩擦为滑动摩擦，其传动不稳定，而且滚柱丝杠的螺纹截面为梯形，承载力更高，接触面更大，传动稳定。

滚柱丝杠与滚珠丝杠相比，所具有的优点

（1）滚柱与丝杠接触半径更大，而且所有滚柱都参与与丝杠之间的螺纹啮合，包括滚柱的端面齿轮，若行星滚柱丝杠中的滚珠个数为5，则其性能比滚珠丝扛在相同丝杠直径下承载力提高5倍，相同负载下比滚珠丝扛节省2/5空间，寿命提高12倍，工作坏境温度范围提高1.5倍。当滚柱丝杠直径为120mm时，其推力可达100t。

（2）滚柱丝杠由于滚柱端部齿轮与内齿圈啮合，所以滚柱与丝杠和螺母之间的摩擦为滚动摩擦，而且传动效率与滚珠丝杠相当，在具有良好的润滑情况下效率可以达到90%，体现出滚柱丝杠的高传动效率。

（3）滚柱与行星架啮合，行星架与内齿圈啮合，因此滚柱相对于螺母没有轴向运动，而且具有更高的加速,旋转和减速的能力,而滚珠丝杠难以达到滚柱丝杠所能达到的直线速度和转速。

（4）行星滚柱丝杠两端配有行星架，可以控制滚柱运动，这样就不需要添加滚动件的循环装置，简化机构，而且在高速运转时，其噪声小。

（5）比起滚珠丝杠，滚柱丝杠可以在坏境相对恶劣的情况下使用。滚柱的端部齿轮与内齿圈成功的保证行星滚柱丝杠的正常运作。

（6）因为丝杠只与滚柱螺纹啮合，和其他零件没有接触关系，因此，只需将丝杠旋出即可完成对机构的拆卸过程。

行星滚柱丝杠诸多优点给其带来了广阔的应用前景。滚柱丝杠具有较高承载能力和较快速度，除了可以代替梯形丝杠，滚珠丝杠外，在一定情况下可以代替气缸和液压缸的作用。其配置简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器等复杂的配套系统。并且其体积小，工作寿命长，维护简单，不存在液压缸的液体渗漏情况，噪音显著减小。

虽然行星滚柱丝杠的结构设计和参数匹配相对确定，其传动效率，轴向直线运动速度都将确定，但是从研究方面来讲，对于行星滚柱丝杠的最大承载力和使用寿命的研究不多，缺少对行星滚柱丝杠从外部尺寸参数到运动参数的研究，无法得到准确的外部尺寸参数与运动结果之间的数学模型，这对行星滚柱丝杠的优化和深入发展有很大的限制。目前国内外对行星滚柱丝杠的研究还没有成熟的理论体系和系统的研究方法，这也限制了行星滚柱丝杠的广泛应用。

滚柱丝杠传动机构可以应用于机械加工机床、检测设备、钣金加工机床和弯曲加工机床(替代滚珠轴承传动机构)、医药、激光加工机床制造、半导体和注塑机床制造业(替代液压油缸)等领域。高性能行星滚柱丝杠机构在舰艇的舱门开闭及推进装置、战斗机起落架及制动装置、导弹发射架、坦克火控系统、航天设备等领域也有很大的发挥空间。

伴随着以后需要高速、高精度，高推力的传动装置，行星滚柱丝杠的发展是必须的，由于螺纹加工工艺、制造水平和材料科学的发展，行星滚柱丝杠的性能，稳定性，将得到大幅度的提高，只要在将来能够顺应国内外发展趋势，那么，行星滚柱丝杠的

发展将会取代其他类型的丝杠传动装置，在航空昊天、军用设备、数控机床以及高精度机床上广泛运用。因此，加快对行星滚柱丝杠的研制势在必行。

研究行星滚柱丝杠的各部分参数，如何去计算，设计这些参数，使得行星滚柱丝杠能够完全啮合，利用solidworks软件对行星滚柱的各个零件进行三维图的绘制，直观的了解零件参数之间的关系，最后装配各个零件，添加零件之间的配合关系，可以知道他们之间的啮合关系，了解滚柱丝杠从零件到装配的全过程，掌握行星滚柱丝杠的

第2章行星滚柱丝杠的参数设计

2.1概述

标准的行星滚柱丝杠主要由四个部件构成，其中有丝杠、螺母、滚柱和内齿圈。丝杠是具有90°牙型角°的多头螺纹，可以增加导程，提高轴向直线运动速度，螺母与丝杠相同，牙型轮廓与丝杠相同，在设计时，应当保证螺母与丝杠的螺纹头数相同，螺距也相同[4]。滚柱是具有相同角度牙型角的单头螺纹，为了保证滚柱与丝杠和螺母之间的摩擦力小，提高传动效率，一般使得滚柱的螺纹面为圆弧面，同时可以提高承载能力。取滚柱的个数为丝杠和螺母的螺纹头数，将滚柱沿丝杠的圆周方向进行均匀分布，可以满足每个滚柱与丝杠之间螺纹的啮合。当给予丝杠一个旋转的驱动时，滚柱不仅绕着自身轴线做自转，同时绕着丝杠的轴线做公转。当滚柱转动时，螺母与滚柱没有轴向位移，因为螺纹紧密啮合，其螺旋升角是相同的。

2.2主要零件的参数设计

2.2.1滚柱的参数设计

2.2.1.1滚柱中径的匹配设计

根据设计指标要求，如推力、速度等，可以确定丝杠的中径d

s ,螺纹头数n

s

及螺

距p ，由行星滚柱丝杠的工作原理及运动特性可知

k d d r s =/ 2-1 2+=k n s 2-2 ()r n z k z 2+= 2-3 式中：Z n 为内齿圈齿数

Z e 为滚柱端部齿轮齿数

由式（2-1）和式（2-2）可以得到滚柱中径()2/-=s s r n d d

2.2.1.2部齿轮副设计

为了确保滚柱与丝杠和螺母之间的螺纹能够紧密的啮合，同时使得滚柱与丝杠具有轴向平行的特性，滚柱的端部齿轮也必须与内齿圈的齿轮啮合，因此端部齿轮的分度圆直径与滚柱的中径d r 相等,即：

r r mZ d d == 2-4 式中：m ——端部齿轮的模数

由式（2-4）可以看出，滚柱的中径d r 是由端部齿轮的齿数与模数确定的，因此

在选择端部齿轮的齿数Z r 和模数m ，首先先考虑齿轮之间的啮合情况，保证齿轮之间

没有根切，所以选择的模数为标准值，压力角也为标准值20°。所以需要进行多次的判定，才能确定出合适的齿数与模数。也要判定选定的齿数与不产生翔雀紫雨轩齿数最小Z min=的关系，最小Z min 为：

n h Z α2min sin /2*= 2-5

式中：h a *-----为齿顶高系数，长齿制h a *=1，短齿制h a *=0.8，计算过程中先采用长齿

制

n α----为齿轮压力角，一般取20o。

具体判定过程如下：

(1)选定齿数Z r ，比较Z r 与Z MIN 的大小，当Z r >Z min 时，判定选定的齿数和模数满足

设计要求，不会产生根切，因此可以根据齿轮相关公式计算出齿顶圆直径d a ，齿根圆

直径d f 和中心距a 。

（2）当Z r

和模数，因此 可以用下面三种方法来调整：

第一种，重新选定模数m 和齿数Z r ，然后重复上面的步骤，比较选定的齿数与最

小齿数之间的关系。

第二种，重新选择齿顶高系数h a *或者压力角n α，一般不采用这种方法，因为在建模中选择用的齿轮都为标准件，压力角和齿顶高系数没有非标准值，所以无法建立模型。

第三种是利用变位，变位系数()5.17/14min r Z x -=。变位系数x min 小时允许其根切，

变位系数大时采用高度变位。然后在进一步推导出齿顶圆直径d a ，齿根圆直径d f ，中心距a 。

2.2.1.3滚柱螺纹设计

在进行螺纹设计时，先确定螺纹牙形，选取梯形螺纹，因为其牙型为等腰梯形，牙型角取90°，这样滚柱与螺母和丝杠的螺纹内核为锥面，啮合紧密不易松动，牙根强度高，寿命高，工艺行强，传动效率高，啮合程度高。因为滚柱的端部齿轮也要啮合到丝杠的螺纹当中，因此滚柱螺纹大径d ＇与滚柱端部齿轮齿顶圆直径d a 相等才能

保证滚柱与丝杠完全啮合。在滚柱转动的过程中，为了防止滚柱与螺母有着轴向偏移，因此滚柱的螺纹必须完全啮合在螺母的内螺纹中，又因为滚柱与丝杠螺纹啮合，因此滚柱螺纹面采用圆弧面，同时使得滚柱与丝杠和螺母之间的接触为点接触。圆弧半径为：

()?=45sin 2/r d R 2-6 综上所述可以将螺纹牙截面确定，从而整个滚柱设计完毕。

2.2.1.4滚柱整体设计流程图

2-2-1滚柱整体设计流程图

现选择丝杠中径为d s =15mm ，螺纹头数n n =n s =5，螺距p=2mm ，由式（2-1和2-2）

可得出滚柱中径d r =5mm ，

取滚柱端部齿轮的压力角αn =20o，齿顶高系数h *a =1，顶隙系数c *=0.25，根据式

（2-5）课的最小齿数Z min =9 。确定齿数Z r =20，根据式（2-4）得模数m=0.25 。

齿轮相关计算公式：

()m h z d a r a *2+= 2-7

()

m c h z d a r f *22*--= 2-8

m h h a a *= 2-9

r d d b *=? 2-10

式中d a 为齿顶圆直径，d f 为齿根圆直径，h a 为齿顶高，b 为齿宽，d ?为齿宽系数，通

过机械设计手册可以得到3.0=d ?。因此可以得出滚柱的所有尺寸（表2-2-1）

表2-2-1滚柱的螺纹尺寸

表2-2-2端部齿轮的尺寸

2.2.2 丝杠的参数设计

由滚柱的螺纹参数以及端部齿轮参数，可以确定丝杠的螺纹参数。丝杠的螺纹截面与滚柱螺纹截面都为梯形，且具有相同的牙型角，区别在滚柱的螺纹面为圆弧面，而丝杠为直线面。为了保证螺纹紧密啮合，可以得到丝杠的相关尺寸。

丝杠的相关尺寸（表2-2-3）

2.2.3 内齿圈的参数设计

根据齿轮啮合的原理，内齿圈的齿顶高系数1*=n h ，齿隙系数3.0*=c ，可以得到内齿圈的模数25.0=n m ，

根据式（2-3）可以得到内齿圈的齿数100=n Z

根据式（2-7,2-8）可以得到内齿圈的齿顶圆直径以及齿根圆直径。

表2-2-4内齿圈的相关尺寸

2.2.4 螺母的参数设计

2.2.4.1螺母中径的参数设计

滚柱与丝扛以及螺母配合，为了保证他们最大程度的啮合，其中心距应该满足丝

杠螺纹中径的半径与滚柱螺纹中径之和等于螺母螺纹的中径，即r s l d d d +=

2

，从而的到了螺母螺纹中径（图2-2-2-1）

2-2-2螺母中径示意图

2.2.4.2螺母螺纹设计

丝杠的螺纹已经确定，滚柱的螺纹根据丝杠的螺纹参数设计得到，因此，螺母的螺纹参数也对应确定。其螺纹截面与丝杠相同，为梯形。

螺母的螺纹大径应当等于相应的内齿圈齿顶圆直径，小径为内齿圈的齿根圆直径，这样，螺母螺纹的整体设计参数就可以得到。

表2-2-4螺母的相关尺寸

第3章solidworks三维建模

3.1 SolidWorks简介

Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks 资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD 文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”

在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

一般用solidworks绘图时，用到的特征命令有拉伸凸台，旋转凸台，拉伸切除，旋转切除扫描切除，扫描，插住异性孔，线性阵列，圆周阵列，圆角，倒角的生成，参考几何体的建立，曲线等。灵活运用各个特征来完成零件的三维建模，快速而又简单。

3.2主要零件的三维建模

3.2.1丝杠的三维建模

1）点击新建，选择新手选项，点击零件，新建一张零件图，选择草图中的草图绘制，单击选择在前视基准面上绘制草图，点击草图上的圆，绘制直径为15.55mm的圆，然后点击特征选项

，选择特征中的拉伸凸台选项，同时设定拉伸长度为120mm。可以画出一个直径为15.55mm，高为120mm的圆柱。（图3-2-1）

3-2-1拉伸圆柱体图

2）点击圆柱的端面，选择草图绘制，并且点击，使得草图正立与制图者面前，在草途中圆形面绘制直径为14.35mm的圆，并添加螺旋线，点击特征中的曲线下拉三角形，选择螺纹线/涡状线从而的到螺旋线编辑选项，通过设置螺旋线参数，可以得到螺纹的路径。为了使得在零件编辑过程中，方便编辑，先取螺旋线的螺距为120mm，起始角度为0o，方向为顺时针（图3-2-2，3-3-3）。

3-2-2螺旋线草图

3-2-3螺旋线生成效果图

3）在任意平面绘制螺纹截面图，本图设立在零件的上视基准面上，首先先选定草图绘制，选择上视基准面，由于上视基准面经过圆柱中心轴，所以在绘制草图时，先对圆柱体进行剖面，选择剖面选项，在参考几何体中选择上视基准面，距离设定为0,mm，既可以的到剖面体，进行

草图绘制。选择草图中的直线命令，绘制一个梯形，然后点击智能尺寸，选

择梯形的边，进行尺寸设定，在设置角度的时候，分别点击两条直线，即可出现角度尺寸设定。设定梯形的上底为0.465mm，下底为1.445mm，梯形两斜边的夹角为90o（图3-3-4），如果在装配中出现干涉，可以略微的修改截面参数，以便能够完全啮合，单击特征中的扫描切除，在轮廓图中选择绘制的梯形草图名称，在路径中选择绘制的螺旋线，然后单击确定命令，即可切出螺纹.因为在扫描切除的过程中,上底靠近螺旋线,所以上底即为螺纹的牙底厚,上底为螺纹的牙顶厚,因此在绘制螺旋线草图时,选择圆的直径为14.435,而不是丝杠的中径。（图3-3-5）。

3-2-4丝杠扫描切除轮廓

浅谈虚拟样机技术

虚拟样机技术及应用 （课程考试） 题目: 浅谈虚拟样机和虚拟样机技术学生: 陈川 班级: 机制1001班 学号: 2010200626 指导教师: 王春光

浅谈虚拟样机和虚拟样机技术 一虚拟样机产生的背景 进入21 世纪, 科学技术突飞猛进, 社会发展日新月异。人们对个性化产品的需求越来越迫切, 对产品性能的要求也越来越高, 全球化经济已明显地呈现出买方市场的特点。由于这一变化, 导致市场竞争日趋激烈, 而竞争的核心则主要体现在产品创新上, 体现在对客户的响应速度和响应品质上。传统的物理样机在产品的创新开发中, 在开发周期、开发成本、产品品质等方面已越来越不能满足市场需求, 虚拟样机技术正是在这一市场需求的驱动下产生的。 传统的产品设计模式通常采取的是一种设计→制造→试验→改进→设计的串行设计模式，尽管在结构设计方面采用CAD、CAE等软件，但由于不同学科软件相对独立性，产品的性能指标往往是通过大量的试验来确定特征参数。而且降低了产品的总体性能，使产品研发周期长、效率低。 如在传统的印刷机械设计工作过程中，都是由工程师先根据机器功能改进的需要，进行理论选型，然后计算结果，画出机械零件图、部件图和装配图，再交给车间进行试制。待样品出来以后，对样品进行运转测试，把测试到的实际结果与设计前的理论构想进行比对，寻找差异产生的原因，再重新进行设计上的修改，直到样品满足改进的需要。这种设计过程，需要的周期长，样品试制费用高，往往不能满足市场对新机器换代及时性的要求，带来了人力物力的巨大浪费。为了改变这些现象，提高产品的性能，缩短生产周期，降低生产成本，各行各业都在不断地创新，开发新的技术。这样通过不断地创新、改进，近年来终于找到了解决这些缺点的方法，并提出了虚拟样机技术。 二什么是虚拟样机 虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。 虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性。利用这项技术，设计师可以在计算机上建立机械系统模型，然后以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统。 虚拟样机被美国国防部建模和仿真办公室(DMSO)定义为对一个与物理原型具有功能相似性的系统或者子系统模型进行的基于计算机的仿真；而虚拟样机则是使用虚拟样机来代替物理样机，对候选设计方案的某一方面的特性进行仿真测试和评估的过程。 虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发 (Integrated Product and Process Development,简称IPPD)是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起，对产品及其制造和支持过程

虚拟样机仿真实验报告样本

机械原理课程虚拟样机仿真实验 课题：六足步行机器人的虚拟样机仿真 姓名：XXX 学号：***** 班级：￥￥￥ 指导教师：XXX 2012年5月1日

六足步行机器人的虚拟样机仿真 摘要 以前我做过的一个设计题目是五足步行机器人的步态优化，当时由于还不会使用Adams软件，因此每次对步态做一些调整之后都要直接在样机上进行试验才能验证方案是否合理。由于样机硬件设备并不完善，因此很多时候试验会出现各种硬件问题，这占用了我很多时间。 现在虽然我暂时不做这个项目了，然而借着本次虚拟样机仿真实验的机会，我决定运用本学期学到的知识建立步行机器人的虚拟样机模型，并进行仿真分析。然而若是对五足机器人进行仿真，由于其步态比较复杂，因此大部分时间会用于计算步行过程中的关节变量数据。因此本文从简化问题和对所学知识实践两方面来考虑，改为对六足步行机器人进行建模仿真，并将关节型串联机构步行腿改为并联机构中的缩放结构型步行腿以简化计算。 关键词：六足步行机器人、缩放机构、虚拟样机、ADAMS应用、仿真

目录 1 问题的分析 (1) 2 六足步行机器人虚拟样机建模 (2) 2.1 设置工作环境 (2) 2.2 单腿建模与验证 (2) 2.2.1 创建平面缩放机构连杆模型 (2) 2.2.2 创建机器人单腿模型 (4) 2.3 创建整机模型 (5) 3 计算步行过程中的关节变量 (7) 4 六足步行机器人仿真分析 (8) 4.1 导入数据 (8) 4.2 修改驱动函数 (9) 4.3 仿真 (9) 4.4 测量和分析 (10) 课程总结 .......................................... 错误！未定义书签。参考文献 . (11) 附录A............................................. 错误！未定义书签。

从啮合原理上浅析行星滚柱丝杠

研究意义： 行星滚柱丝杠作为一种新型的传动装置，具有摩擦小、效率高、寿命长、体积小、承载能力强等特点，被广泛的应用于精密仪器、数控机床、武器装备、工业机器人、医疗器械的制造和航空航天等领域。 性能优势： 滚柱丝杠与滚珠丝杠的传动原理类似，但是用螺纹滚柱代替了滚珠丝杠中的滚珠作为丝杠和螺母之间的传动体，增加了接触点的数量，所以比滚珠丝杠具有更优越的性能。 行星滚柱丝杠的中心丝杠与螺母分别与滚柱啮合，在滚柱与丝杠和螺母螺旋升角相同的情况下，传动过程中没有相对滑动，与滚柱丝杠副一样，各部件之间的摩擦都为滚动摩擦，将大大减小传动摩擦阻力，传动效率将得到很大提高，传动部件经过表面工艺处理后，滚动摩擦产生的磨损极小，因此将大大提高使用寿命。（滚动摩擦的优点、与滚珠丝杠共有） 滚柱丝杠副较滚珠丝杠副有更多的接触点，可以提供更高的额定动载和静载，并且接触点的增多将大幅提高刚度和抗冲击能力。在相同载荷条件下，滚柱丝杠相对于滚珠丝杠占用更小的空间，并且使用寿命延长了10倍以上。（多接触点的优点） 滚柱丝杠副的螺纹滚柱两端通过齿轮啮合，这可以保证滚柱与丝杠和螺母间啮合传动的同步性，避免个别滚柱打滑造成干涉。这种滚柱周向相对固定的结构使得滚柱丝杠相对滚珠丝杠可以提供更大的速度和加速度。（滚柱周向相对固定优点） 由于滚柱丝杠用螺纹滚柱代替了滚柱，克服了滚珠直径对传动机构的限制。由于没有了滚柱直径的限制，滚柱丝杠可以采用比滚珠丝杠更小的导程，实现在小导程下的高速传动，振动小，噪音低。丝杠是小导程角的非圆弧螺纹，有利于提高导程精度，实现精密微进给，提高传动精度。（小导程的优点） 应用前景： 行星滚柱丝杠以上诸多优点给其带来了广阔的应用前景。滚柱丝杠具有较高承载能力和较快速度，除了可以代替梯形丝杠，滚珠丝杠外，在一定情况下可以代替气缸和液压缸的作用。其配置简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器

虚拟样机技术概述

虚拟样机技术概述 1.1.行业背景 多年来，制造业完全依赖于物理样机来解决和交流设计过程中的问题，这就使得制造成本增加和产品设计时间的延长（见表1）。然而，近年来，制造业者已经认识到物理样机在快速抢占市场上已严重阻碍了其发展，成为发展过程中的一个重要障碍。 为了突破这个障碍，很多制造业者（如Boeing ,GM, Caterpillar ,Ford等）开始研究使用虚拟样机，而减少对物理样机的依赖。他们并不完全排除物理样机，只是减少物理样机的数量，用虚拟样机的灵活性去完成物理样机不能完成的功能。例如，90年代Boeing公司用虚拟样机技术用在波音777上取得了极大的成功，他们仅用一个较小的物理机头模型就在四年内把这种飞机推向市场(Boswell, 1998)。Caterpillar公司也同样利用这个技术应用于他们的履带机设计，他们发现这种技术在解决设计评审阶段节省了9个月时间(Ellis, 1996)。 表1 物理样机成本 虚拟样机的成功有两项关键技术，第一，实时的3D图形特性和位图质量要达到一定的标准，要求硬件产生的高质量位图包括150，000到250，000个三角形的数据。另外，这些位图刷新速度要达到交互速度的要求。第二，投影和其它显示技术的发展使得高清晰度的立体图像能被建立。结合这两项技术，虚拟样机赢得了一些评论家的关注。现在，这种技术也面临着有激烈地争议，但虚拟样机的高成长性和广泛应用已成为事实。 物理样机被用于解决贯穿整个生产过程的问题。通常情况下，一些独特的模型对解决某些关键的问题是必须的。表2列出一些通过样机解决的问题和关心

的主要问题。 下面给出虚拟样机技术在工业中的三个具体应用层面： 1．建立可信的图像 2．产品设计与制造过程的集成（DFM） 3．虚拟样机和现有测量工具的结合 表2 原型问题 1.2.虚拟样机的关键技术 1.2.1.建立可信赖的1：1产品虚拟原型 建立可信的图像是一个核心要求。目前，绘图师和设计师都用不同的射线跟踪包（沿物理样机）去形成高真实的图像或动画电影。这些工具对于交流是非常有用的，他们也能描述必需的经验上的碰撞。当你在墙上看到这些图像时，你就会想象你正经历着这个产品，或正在看它漂亮的图片。这种预先渲染的技术限制了通常物理样机所提供的探测和交互的种类。例如，你不能进入图像的内部和感受到聚集在你周围的场景。这种情况下，具有现实性的图像并没有充分的理由代替物理样机。既然这样，使用这种技术生成的虚拟样机的应用的可信度就会大打折扣，因为它们限制了探测场景的比例和现场的沉浸感。 当计算机可视化的价值得到工业界的普遍认可时，具有“沉浸感”的虚拟样机还是被许多专家持怀疑和观望态度。但当它呈现出高可信度的图像和虚拟样机时，这种怀疑的态度就会消失。虚拟样机的展示，的确给观察者一种与物理样机同处一室的感觉，这时，观察者就会认为他看到的虚拟样机是真实的。

滚珠丝杠设计实例与计算

计算举例 某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 已知: 工作台重量 W 1=5000N 工作及夹具最大重量W 2=3000N 工作台最大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max =15m/min 定位精度20 μm /300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 表1 解： 1) 确定滚珠丝杠副的导程 max max h i n V P =? ::/min :/min :h max max mm m r i P V n 滚珠丝杠副的导程 工作台最高移动速度 电机最高转速 传动比 因电机与丝杠直联，1i = 由表查得 max 15/min m V =

max 1500/min n r = 代入得， 10h mm P = 2)确定当量载荷 112() m s n F F F W W P μ==+++ 可求得： 12342920,1850,1320, 800,1290m F N F N F N F N F N ===== 3)确定当量转速 112212/min m n t n t n r t t ++???==++??? 230 4）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。 按表3-24查得：轻微冲击取.w f =13 按表3-22查得：精度等级1-3取.a f =10 按表3-23查得：可靠性97%取.c f =044 已知h L h =20000 得：nm a c C N = =24815 ②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载max F 计算， 按表3-25查得：中预载取：.e f =45 max F F N ==12920，代入得 ' max am e C f F N ==13140

机械原理课程虚拟样机仿真

机械原理课程虚拟样机仿真 实验报告 题目：基于ADAMS的单缸四冲程内燃 机仿真与分析 姓名：苏雨 学号：14041032 班级：140411

2016年5月8日 基于ADAMS的单缸四冲程内燃机仿真与分析 14041032 苏雨 北京航空航天大学能源与动力工程学院 摘要 本文主要针单缸四冲程内燃机，首先绘制机构的运动简图，理论验证机构工作原理的可行性；然后使用SolidWorks软件对机构进行三维实体建模，使用ADAMS软件对机构进行仿真与分析。通过仿真，不仅验证了单缸四冲程内燃机原理的可行性，而且对机构传力特性的分析，验证了此机构设计的合理性。 关键词：ADAMS；单缸四冲程内燃机；建模；仿真与分析。

目录

1、机构简单分析 (5) 2、机构的三维实体建模 (6) 3、机构的ADAMS仿真分析 (6) 3.1模型的导入 (6) 3.2模型的完善 (7) 3.3机构分析 (7) 4、机构拓展（此部分也可省略不写） (8) 4.1其它四冲程内燃机简介 (8) 5、结束语 (9) 参考文献: (10)

1、机构简单分析 图1为单缸四冲程内燃机，其工作原理的描述可参考图2。该机器内含有三种机构：曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构。其中，由缸体4、活塞3、连杆2和曲轴1等组成曲柄滑块机构，用于实现移动到转动运动形式的转换。由凸轮5和推杆6组成凸轮机构，主要在于凸轮5利用其特定轮廓曲线使推杆6按指定规律作周期性的往复移动；齿轮1'、9、5'组成齿轮机构，其运动特点在于将高速转动变为低速转动。上述三种机构按照一定的时间顺序相互协调、协同工作，将燃气燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能，从而使这台机器输出旋转运动和驱动力矩，成为能作有用功的机器。 排气阀 进气阀 凸轮5 缸体4 推杆6 活塞3 连杆2 曲轴1 齿轮 齿轮 齿轮9 图1 内燃机 单缸四冲程内燃机的工作原理如图2所示，当燃气在缸体内腔燃烧膨胀而推动活塞移动时，通过连杆带动曲轴绕其轴线转动。 为使曲轴得到连续的转动，必须定时地送进燃气和排出废气，这是由缸体两侧的凸轮，通过推杆、摆杆，推动阀门杆，使其定时关闭和打开来实现的（进气和排气分别由两个阀门控制）。曲轴的转动通过齿轮传递给凸轮，再通过推杆和

虚拟样机仿真与测试实验

虚拟样机仿真与测试实验 实验目的 了解ADAMS软件的建模和分析方法； 初步掌握ADAMS进行机构参数化建模的方法； 初步掌握ADAMS添加运动约束、运动驱动、仿真分析、参数测量。 实验参数 图所示为某机器的曲柄滑块机构，圆盗1以n= 60r /min的转速逆时针旋转， 在滑块的端部作用有载荷F, F的方向与滑块运动的方向相反。已知：圆盘1的半径R =350mm 厚度3= 100mm 材料密度为7. 8X 10-3kg /cm3;连杆 2 长度L = 1100mm 宽度w= 150mm 厚度3= 50mm 质量Q= 65kg，惯性矩Ixx = 0.132kg - m2 Iyy = 6.80kg - m2 Izz = 6.91 kg ? m2,滑块3长度L= 400mm高度h= 300mm厚度3 = 300mm材料为黄铜。 试进行以下的建模和分析： 1）确定滑块酌位置、速度和加速度。 2）裁荷F=l00kN时，确定所需的圆盘驱动力矩；3）设置驱动力矩，测量滑块的位置和速度。

实验结果 时间一位移曲线 piston Displacement —piston Cl/ Position X u i g E ) §匸^ 10 15 2.Q 2.5 Analysis Last^Run Time (sec) 2012-04-12 11:18 16 时间一速度曲线 piston CM Velpcity X 「me 底匸） 2012-04-12 11 18:16 T -P Z-.」 .H D 一 ：2r .--J -l Analysis Last_Run 时间一加速度曲线 F o a s A s OJ E )匸口曾」E -piston CM Ac cetera!bon X 100 5.0 0.0 ■5 0 -10.0 ■15.0 -20.Q pistonpump 1 0 1 5 2Q 2 5 Trneisec) QQ 0 5 "Tknalvsis La5t Run 2012-04^12 11 18 16 时间一驱动力矩曲线 pistcnpump —MOTION 1 TZ 」￡q>E ?c □ 舊 匚

虚拟样机

虚拟样机技术 1、虚拟样机概念 1.1 产生背景 传统的设计方式要经过图纸设计、样机制造，测试改进、定型生产等步骤，为了使产品满足设计要求，往往要多次制造样机，反复测试，费时费力、成本高昂。虚拟样机技术的出现，改变了传统的设计方式，采用数字技术进行设计。它能够在计算机上实现设计——试验——设计的反复过程，大大降低了研发周期和研发资本，能够快速响应市场，适应现代制造业对产品 T（time ）、Q（quality ）、 C（ cost ）、S（services ）、E（environment ）的要求，极大地促进了敏捷制造的发展，推动了制造业的数字化、网络化、智能化。 1.2 虚拟样机技术定义 虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是指在产品设计开发过程中 ,将分散的零部件设计和分析技术（指在某一系统中零部件的 CAD 和 FEA 技术）揉合在一起 ,在计算机上建造出产品的整体模型 ,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析 ,预测产品的整体性能 ,进而改进产品设计 ,提高产品性能的一种新技术。 虚拟样机技术是一门综合多学科的技术 , 它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。 CAD/ FEA 技术的发展为虚拟样机技术的应用提供了技术环境和技术支撑。虚拟样机技术改变了传统的设计思想,将分散的零 部件设计和分析技术集成于一体 ,提供了一个全新的研发机械产品的设计方法。虚拟样机技术设计流程见图 1 。

图1虚拟样机技术设计流程 1.3虚拟样机分类 虚拟样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与功能虚拟样机。 结构虚拟样机主要用来评价产品的外观、形状和装配。新产品设计首先表现出来的就是产品的外观形状是否满意，其次，零部件能否按要求顺利安装，能否满足配合要求，这些都是在产品的虚拟样机中得到检验和评价的。 功能虚拟样机主要用于验证产品的工作原理，如机构运动学仿真和动力学仿真。新产品在满足了外观形状的要求以后，就要检验产品整体上是否符合基于物理学的功能原理。这一过程往往要求能实时仿真，但基于物理学功能分析，计算量很大，与实时性要求经常冲突。 结构与功能虚拟样机主要用来综合检查新产品试制或生产过程中潜在的各种问题。这是将结构虚拟样机和功能虚拟样机结合在一起的一种完备型的虚拟样机。它将结构检验目标和功能检验目标有机结合在一起，提供全方位的产品组装测试和检验评价，实现真正意义上的虚拟样机系统。这种完备型虚拟样机是目前虚拟样机领域研究的主要方向。 1.4虚拟样机技术特点

滚珠丝杠副参数计算与选用

滚珠丝杠副参数计算与选用1、计算步骤

2、确定滚珠丝杠导程Ph 根据工作台最高移动速度Vmax , 电机最高转速nmax, 传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。

Ph=(电机与滚珠丝杠副直联时，i=1) 3、滚珠丝杠副载荷及转速计算 这里的载荷及转速，是指滚珠丝杠的当量载荷Fm与当量转速nm。滚珠丝杠副在n1、n2、n3······nn转速下，各转速工作时间占总时间的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受载荷分别是F1、F2、F3······Fn。 当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等，可按下列公式计算： (nmax: 最大转速，nmin: 最小转速，Fmax: 最大载荷（切削时），Fmin: 最小载荷（空载时） 4、确定预期额定动载荷 ①按滚珠丝杠副预期工作时间Ln（小时）计算： ②按滚珠丝杠副预期运行距离Ls（千米）计算： ③有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax计算：Cam=feFmax(N) 式中： Ln-预期工作时间（小时，见表5) Ls-预期运行距离(km),一般取250km。 fa-精度系数。根据初定的精度等级（见表6)选。 fc-可靠性系数。一般情况fc=1。在重要场合，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下使用寿命超过希望寿命的90％以上时fc见表7选

fw-负荷系数。根据负荷性质（见表8）选。fe-预加负荷系数。（见表9)

表－5 各类机械预期工作时间Ln表－6 精度系数fa 机械类型 Ln(小时） 普通机械5000～10000 普通机床10000～20000 数控机床20000 精密机床20000 测示机械15000 航空机械1000 精度等 级 1.2.3 4.5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.7 表－7 可靠性系数fc 可靠性% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表－8 负荷性质系数fw 负荷性 质 无冲击(很平 稳） 轻微冲击伴有冲击或振动fw 1～1.2 1.2～1.5 1.5～2 表－9 预加负荷系数fe 预加负荷类型轻预载中预载重预载fe 6.7 4.5 3.4 以上三种计算结果中，取较大值为滚珠丝杠副的Camm。 5、按精度要求确定允许的滚珠丝杠最小螺纹底d2m a.滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端自由或游动时（见图-5） 式中：E-杨氏弹性模量21×105N/mm2 dm-估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量（mm） Fo-导轨静摩擦力（N)。Fo＝mow(mo为静摩擦系数） L-滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支承的最大距离（mm)

行星滚柱丝杠

一．载荷计算 行星滚柱丝杠在实际使用中, 很多情况下丝杠的速度及所承受的轴向载荷都是变化的。为计算当量动载荷, 首先须计算出丝杠所受的平均载荷。 当速度不变时, 所受载荷也是固定不变的，而当速度改变时, 载荷也随之而变。此时作用在丝杠上的平均载荷可由下式计算： 若速度及载荷方向不变, 而载荷大小在其最大值及最小值之间变化, 此时平均载荷可由下式计算： 从而可计算出当量动载荷： 根据计算出的当量动载荷, 就可以选取合适的丝杠。此外, 还应进行静载荷计算。

二．驱动力矩 丝杠加速时所需总的驱动力矩可由下式计算： 行星滚柱丝杠的效率取决于其工作条件： 它在任何条件下都不会自锁, 丝杠和螺母都可以作为主动件，因此,其效率有正效率，将旋转运动变为直线运动，和逆效率 直线运动，变为旋转运动, 其计算公式如下： 三．临界速度

行星滚柱丝杠的临界转速由下式计算： 高速切削技术在我国尚处于起步阶段, 行星滚柱丝杠作为一种新型的高效丝杠将会逐步得到实际应用。 . ------- 【一种新型的高速进给传动机构--行星滚柱丝杠】

滚柱丝杠副具有较大接触半径的滚动体(图1, R 可看作为等效滚珠半径) , 这样在导程小到只有1 或2mm 时仍可获得很高的承载能力(约为滚珠丝杠副的20 倍) ,并且强度高, 可靠性好。 此外, 和滚珠丝杠副相比, 行星式滚柱丝杠副还具有寿命长、振动小、噪声低、螺母和螺杆易分离等优点 行星式滚柱丝杠副的工作原理是螺杆转动, 推动滚柱沿螺杆和螺母组成的滚道作行星式运动。当将螺杆、滚柱和螺母的接触半径及头数控制到一定的数值时, 螺母与滚柱在轴向近似无相对运动, 螺母与滚柱同步地沿螺杆的轴线运动。 滚柱与螺杆及螺母的接触为点接触, 滚柱两端有外齿轮; 内齿环4 安装于螺母的两端, 与滚柱两端的齿轮相啮合。这两个齿轮副的啮合保证螺母与滚柱协调工作, 减小导向螺杆的滑动, 保持滚柱工作时的一致性; 导环5 保证各滚柱间有相同的间距, 避免相互间摩擦, 改善受力状态。 主要由丝杠、螺纹滚柱、齿圈、保持架和螺母等组成。螺纹滚柱为单头螺纹, 均匀排列在螺母的内螺纹圆周上, 其螺旋角与螺母相同, 以确保滚柱在螺母内不产生轴向窜动。

数字化设计与虚拟样机技术

数字化设计与虚拟样机技术 无线测温 https://www.wendangku.net/doc/c0721152.html, 产品设计的数字化是企业信息化的重要内容。近年来，随着产品复杂性的不断增长，以及企业间竞争的日趋激烈，传统的产品设计方法已经很难满足企业当前生存和发展的需要。为了能在竞争中处于有利位置，实现产品设计数字化势在必行。 产品设计过程本质上是一个对信息进行采集、传递、加工处理的过程，其中包含了两种重要的活动：设计活动和仿真活动。因此产品设计也可以看作是一个设计活动和仿真活动彼此交织相互作用的过程。设计活动推动信息流程向前演进，而仿真则是验证设计结果的重要手段，二者关系如图1所示。随着技术的发展，仿真的重要性正在不断加强。 目前为止数字化设计技术的发展历程可以大体上划分为以下三个阶段。 (1) CAx工具的广泛应用。自20世纪50年代开始，各种CAD/CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这些工具的应用表明制造业已经开始将利用现代信息技术来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。 (2) 并行工程思想的提出与推行。20世纪80年代后期提出的并行工程是一种新的指导产品开发的哲理，是在现代信息技术的支持下对传统的产品开发方式的一种根本性改进。PDM（产品数据管理）技术及DFx（如DFM、DFA等）技术是并行工程思想在产品设计阶段的具体体现。 (3) 虚拟样机技术。随着技术的不断进步，仿真在产品设计过程中的应用变得越来越广泛而深刻，由原先的局部应用（单

领域、单点）逐步扩展到系统应用（多领域、全生命周期）。虚拟样机技术正是这一发展趋势的典型代表。 虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是各领域CAx/DFx技术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合先进建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期、全系统，并对它们进行综合管理。与传统产品设计技术相比，虚拟样机技术强调系统的观点、涉及产品全生命周期、支持对产品的全方位测试、分析与评估、强调不同领域的虚拟化的协同设计。虚拟样机技术充分体现了图1所示的产品设计过程，全面突出了仿真的重要性。 虚拟样机技术的实施是一个渐进的过程，其中涉及到许多相关技术，如总体技术、多领域协同建模/仿真/评估技术、数据/过程管理技术、支撑框架技术等等。下面主要提及三个关键技术。虚拟样机管理技术。虚拟样机开发过程中涉及到大量的人员、工具、数据/模型、项目/流程，对这些元素进行合理的组织和管理，使其构成一个高效的系统，实现整个开发过程中的信息集成和过程集成，是优质成功的进行虚拟样机开发的必要条件。 通过对当前并联机床的发展现状和趋势的分析，可以看出，集成化、一体化、数字化的并联机床快速开发平台能够大大缩短并联机床的设计开发周期、实现最新设计理论和应用技术的集成和应用、保证设计过程的一体化，从而推动并联机床在理论方面的研究进展和在实际应用方面走向产业化的进程。 协同仿真技术。协同仿真技术将面向不同学科的仿真工具结合起来构成统一的仿真系统，可以充分发挥仿真工具各自的优势，同时还可以加强不同领域开发人员之间的协调与合作。目前HLA规范已经成为协同仿真的重要国际标准。基于HLA的协同仿真技术也将会成为虚拟样机技术的研究热点之一。 多学科设计优化技术（MDO）。复杂产品的设计优化问题可能包括多个优化目标和分属不同学科的约束条件。现代的MDO

机械原理课程虚拟样机仿真实验

机械原理课程虚拟样机仿真实验 课题：急回机构的虚拟样机仿真 姓名：贾林江 学号：10041152 班级：100415 指导教师：刘荣 2012年5月26日

急回机构的虚拟样机仿真 摘要 ADAMS软件在分析复杂机构的运动学和动力学方面有着强大的功能。以一急回机构为例，运用ADAMS建立了机构的模型并对其进行了仿真分析，提出了应用仿真技术对平面机构进行运动分析的方法，在理论和实践上具有非常重要的意义。 本次虚拟样机仿真实验，我决定运用本学期学到的知识建立急回机构的虚拟样机模型，并进行仿真分析。 关键词：急回机构、虚拟样机、ADAMS应用、仿真

目录 1.问题分析 (1) 2.急回机构模拟样机建模 (2) 2.1.启动ADAMS (2) 2.2.设置工作环境 (2) 3.创建机构的各个部件 (3) 3.1.创建的主曲柄BC和副曲柄AC (3) 3.2.创建主、副曲柄之间的连接部分C (3) 3.3.创建连杆DF (4) 3.4.创建滑块F (4) 3.5.创建铰接点D (5) 3.6.在滑块上创建一个M ARKER点 (7) 3.7.创建机架 (8) 3.8.创建旋转副和移动副 (9) 3.9.创建驱动 (10) 3.10.保存模型 (10) 4.急回机构的仿真 (11) 5.急回机构仿真测量分析 (11) 6.课程总结 (13) 7.参考文献 (13)

1.问题分析 我们在机械原理课上的第二章 平面连杆机构分析与设计中学到了机构的急回特性，当时我就想要是能做一个急回机构的模型就好了。刚好这次老师让我们用Adams 做一个机构仿真，所以我就借此机会做了一急回机构的模拟样机仿真。下面是急回机构的设计参数及要求。 图1-1为开槽机上用的急回机构。原动件BC 匀速转动，已知mm a 80=，mm b 200=，mm l AD 100=，mm l DF 400=。原动件为构件BC ，为匀速转动，角速度2/rad s ωπ=。对该机构进行运动分析和动力分析 图1-1 急回机构原理图

行星滚柱丝杠

行星滚柱丝杠 概述： 行星滚柱丝杠是一种可以将旋转运动与直线运动相互转化的机械传动装置，用滚珠作为中间传动体，用滚动摩擦取代滑动摩擦，这种传动方式与滚珠丝杠类似。行星滚柱丝杠作为一种新型的传动装置，具有摩擦小、效率高、寿命长、体积小、承载能力强等特点。行星滚柱丝杠按照结构的不同可以大致分为三类：标准型1、循环型2、轴承环型3。 标准型行星滚柱丝杠主要传动装置有丝杠、螺母和螺纹滚柱，丝杠具有90°牙型角的多头螺纹，螺母是和丝杠头数牙型角都相同的内螺纹，滚柱是具有相同牙型角的单头螺纹，多个滚柱沿丝杠圆周方向均匀分布，传动过程中滚柱既绕着丝杠轴线公转同时又绕自身轴线自转，丝杠和螺母分别与滚柱啮合，由于三者具有相同的牙型和螺旋升角，所以在啮合过程中可以保证丝杠及螺母与滚柱之间的纯滚动，并且确保螺母与滚柱没有轴向相对位移。在螺纹滚柱的两端加工直齿，与带有内齿圈的端盖啮合，用以消除螺旋升角对滚柱产生的倾斜力矩，并使滚柱沿圆周方向相对位置固定，保证所有滚柱的轴线都与丝杠轴线平行。 在标准型行星滚柱丝杠的基础上，根据不同性能要求进行修改形成了其他结构类型的行星滚柱丝杠。 循环型行星滚柱丝杠的丝杠和螺母与标准型行星滚柱丝杠相同都是牙型角为90°并且具有相同螺旋升角的多头螺纹，但是行星滚柱不再采用单头螺纹而是加工成没有螺旋升角的沟槽状结构，端盖的内齿圈被复位凸轮环取代，作用是使滚柱在完成一个循环后可以回到初始位置重新与丝杠啮合，作用与滚珠丝杠副中的滚珠返回装置相似，在螺母上加工有一个凹槽，当滚柱完成一个循环后被凸轮推入凹槽，凹槽中的螺纹引导滚柱回到开始啮合的位置。这种改变使得滚柱的加工难度降低，这样就可以采用更小的螺纹导程，提高位置精度，并且有更多的接触点，增强了承载能力。在啮合过程中滚柱周期性的与丝杠接触分离，频繁的加载卸载，影响使用寿命，并且高速时凸轮结构会产生较大的振动和噪音。 轴承环型行星滚柱丝杠的丝杠也是90°牙型角的多头螺纹，滚柱与循环型行1Strandgren C B. Roller screw: Us, 3182522(A) [P]. 1965-05-11. 2Cornelius C C , Lawlor S P .Roller screw sy stem: US, 7044017(B2) [P]. 2006-05-16. 3Saari O. Anti-Friction Nut/Screw Drive: US, 4576057[P]. 1986-05-18.

滚珠丝杠选型和电机选型计算讲课讲稿

滚珠丝杠选型和电机 选型计算

1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 根据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆通过联轴器连接，传动比为0.99。X 向最大运动速度24m/min ，即 24000mm/min 。则丝杠导程为 max max 24000/ 5.390.994500 h P V i n =?=≈? 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： 000.0065009.84549.4F M g f N μ=??+=??+?= 式中： M ——工件及工作台质量， M 为500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： max min 60/6024/10144h n n v P rpm ≈=?=?= max min 049.4F F F N ≈≈= 滚珠丝杠副的当量载荷： max min 0249.43 m F F F F N +=≈= 滚珠丝杠副的当量转速：

max min 1443 m n n n rpm += = 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算： 49.41253.0310010011 m w am a c F f C N f f ?===?? 式中： m n ——当量转速，max min 1443 m n n n rpm +== h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时 w f ——负荷系数，平稳无冲击选择w f =1 a f ——精度系数，2级精度选择a f =1 c f ——可靠性系数，一般选择c f =1 1.3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算： 49.416784.0411m w am a c F f C N f f ?===? 式中： s L ——预期运行距离，一般选择32410s L m =? 1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算： max 6.749.4303.98am C f F N ε==?= 式中： e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7 max F ——丝杠副最大载荷 1.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm ()?≤4/1~1m δ重复定位精度 X 向运动的重复定位精度要求为0.03mm ，则

虚拟样机仿真与测试实验

虚拟样机仿真与测试实验 一、实验目的 了解ADAMS软件的建模和分析方法； 初步掌握ADAMS进行机构参数化建模的方法； 初步掌握ADAMS添加运动约束、运动驱动、仿真分析、参数测量。 二、实验参数 图所示为某机器的曲柄滑块机构，圆盗1 以n＝60r／min 的转速逆时针旋转， 在滑块的端部作用有载荷F，F 的方向与滑块运动的方向相反。已知：圆盘1 的半径R ＝350mm，厚度δ＝100mm，材料密度为7．8×10-3kg／cm3；连杆2 长度L＝1100mm，宽度w＝150mm，厚度δ＝50mm，质量Q＝65kg，惯性矩Ixx＝0.132kg·m2，Iyy＝6.80kg·m2； Izz＝6.91 kg·m2，滑块3 长度L＝400mm，高度h＝300mm，厚度δ＝300mm，材料为黄铜。 试进行以下的建模和分析： 1)确定滑块酌位置、速度和加速度。 2)裁荷F=l00kN 时，确定所需的圆盘驱动力矩; 3)设置驱动力矩，测量滑块的位置和速度。

三、实验结果 时间—位移曲线 时间—速度曲线 时间—加速度曲线 时间—驱动力矩曲线

四、数据分析 用MATLAB计算得到的图形： 通过对比图形和数据，不难发现：ADAMS中计算的滑块位移与MATLAB中计算的略有不同，每个时间点比MATLAB中滑块位移大0.05m，产生这种差别的原因可能是用MATLAB计算时是以杆1为主动轴计算的，而用ADAMS计算时是以质心计算的。 两种软件中计算的速度、加速度随时间变化曲线基本一致。 因此，两种计算结果没有太大差异。 五、收获和体会 通过本次实验、我初步掌握了ADAMS的基本用法，也在实验中提高了自己的自学能力。 并在与MATLAB的数值比较中对曲柄滑块的运动规律有了更深的了解。

Adams虚拟样机课程设计报告

Adams虚拟样机分析 设计说明书 冷霜自动灌装机部分机构的建模与分析起止日期：年月至年月日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院 年月日

目录 一、设计任务 (3) 二、机构建模 (4) 三、运动学分析 (8) 四、动力学分析 (10) 五、参数化分析 (12) 六、参数化样机的手动分析 (15) 七、设计研究分析 (16) 八、总结 (18) 九、参考文献 (18)

一、设计任务书 冷霜灌装机总体结构图 分析曲柄滑块结构： 1、运动学分析确定滑块的位移、速度和加速度的对应关系。 2、动力学分析在滑块在运动过程中受到载荷F=50N的阻力时，确定所需驱动 力矩。 3、参数化分析首先对样机进行参数化，然后分析杆曲折段长度对滑块的位移、 速度、加速度和所需驱动力矩大小的影响。

二、机构建模 1、启动ADAMS 双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择“Create a new model”，在模型名称（Model name）栏中输入：model_1；在重力名称（Gravity）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。如图1-1所示。 图1-1 欢迎对话框 2、设置工作环境 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting）下拉菜单中的工作网格（Working Grid）命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成750mm和750mm，间距（Spacing）中的X和Y都设置成10mm。然后点击“OK”确定。 3、建模 3.1创建设计点 在主工具箱中选择，并设置在工具箱中出现的对应选项为：Add to Ground, do n’t attach。 按下列坐标创建点： 3.2创建标记点

电机与丝杆的传动比计算

电机与丝杆传动比计算

脉冲当量 相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。 脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm，较精密的机床取0.001mm 或0.005mm 。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为1~3m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分法、直线函数法等。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。 “脉冲当量”在学术文献中的解释 1、如果我们将飞锯车所走的距离与步进电机的功率脉冲Fs之比称为脉冲当量,则不同的齿轮配比可得到不同的脉冲当量.当脉冲当量一定时,则飞锯车所走的位移为步进电机的功率脉冲数与脉冲当量的乘积 文献来源 2、伺服系统伺服系统也叫做执行机构它将数控装置的脉冲信号转换为机床运动部件相应的位移量称为脉冲当量.日线的驱动部分全 部采用交流电气伺服系统 与”脉冲当量”;相关的学术图片 脉冲当量学术图片

已知脉冲当量丝杆螺距步距角怎么计算传动比 2008-12-16 09:35 提问者：bdyuegui|问题为何被关闭|浏览次数：1234次 开环系统的脉冲当量为0.01MM/脉冲，丝杆螺距为8MM，步进电机步距角为0.75度，电机与丝杆采用齿形皮带传动，其传动比应为多少。 麻烦各位“老师”教下稍微写下计算步骤 应传动比是速度/速度现在是距离是相除吗？ 其他回答共2条 2008-12-17 10:27 牙牙_chow|一级 传动比i=360*脉冲当量/步距角*导程 滚珠丝杠一般为单头，所以导程=螺距 |评论 2008-12-19 16:00 宁强山里人|三级 一个脉冲供给步进电机就是一个步距角!这个传动比要看你的皮带轮的大小比例了！ 脉冲当量 悬赏分：5 - 解决时间：2010-10-22 20:17:00 请问脉冲当量和步进马达的步距角有什么关系啊？我知道了步距角能否根据圆的周长公式计算出脉冲当量啊？或者知道了脉冲当量能不能计算出步距角啊？ 提问者：啊杰- 新生第1级回答共1 条 可以的相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm，较精密的机床取1或0.5。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为1~3m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分插补法等。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。“脉冲当量”在学术文献中的解释1、如果我们将飞锯车所走的距离与步进电机的功率脉冲Fs之比称为脉冲当量,则不同的齿轮配比可得到不同的脉冲当量.当脉冲当量一定时,则飞锯车所走的位移为步进电机的功率脉冲数与脉冲当量的乘积文献来源2、伺服系统伺服系统也叫做执行机构它将数控装置的脉冲信号转换为机床运动部件相应的位移量称为脉冲当量.日线的驱动部分全部采用交流电气伺服系统

虚拟样机仿真

虚拟设计与仿真技术 课程作业 学院：机电工程学院 专业：车辆工程 姓名：施长政 学号：2010020261 教师：王钰（教授）

Matlab的GUI应用 一、Matlab的简介 MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB具有以下六个特点： 1.编程效率高 用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，MATLAB语言也可通俗地称为演算纸式的科学算法语言。由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。 2. 用户使用方便 MATLAB语言把编辑、编译、连接和执行融为一体，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错

误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。 3．扩充能力强 高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且MATLAB的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为MATLAB的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。 4．语句简单，内涵丰富 MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为(a，6，c…)= fun（d，e ，f，…），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f，…和输出变量a，b，c….组成，同一函数名F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得MATLAB编写的M文件简单、短小而高效。 5．高效方便的矩阵和数组运算 MATLAB语言像Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的一系列运算符，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。 6．方便的绘图功能