论文总字数：22864字

摘 要

齿轮的失效，将会直接导致整个机械系统故障，在现有的工作条件下，采用齿轮箱实验设备研究齿轮的失效情况要比采用理论分析更有价值和参考意义。通常情况下，需要对齿轮齿面的胶合承载能力，齿面磨损情况，齿轮轮齿的弯曲强度等方面进行测定，分析齿轮的失效原因，进而能够保证齿轮能够正常工作，像这样复杂的工作过程只能在齿轮箱试验台上进行。本课题研究的内容是对齿轮箱试验台进行三维扫描建模并利用3D打印机打印出相关产品，主要考查三维扫描和3D打印相结合的应用。三维扫描技术能够通过测量目标物体的外形，快速及高效率的获取被测量点的空间三维坐标信息，形成点云数据进而重建曲面，获得目标物体的外形特征；而3D打印则是一种现代化的先进制造技术，他能够利用自身的便利条件快速的将产品的设计理念转化成产品原型，这在一定程度上大大的提高了企业的生存能力和市场竞争力，有效的控制了产品的开发风险，给消费者提供了丰富的想象空间

关键词：齿轮箱试验台 三维扫描 点云数据 3D打印技术

3D modeling and printing technology of gearbox test-bed

ABSTRACT

The failure of the gear will directly lead to the failure of the whole mechanical system. Under the existing working conditions, it is more valuable and meaningful to study the failure of the gear with the gear box experimental equipment than with the theoretical analysis. In general, it is necessary to measure the scuffing bearing capacity of the gear tooth surface, the wear of the gear tooth surface, the bending strength of the gear tooth, analyze the failure reasons of the gear, so as to ensure that the gear can work normally. Such a complex working process can only be carried out on the gearbox test bench. The research content of this project is to build 3D scanning model of gearbox test-bed and print out relevant products with 3D printer, mainly examining the application of combination of 3D scanning and 3D printing. 3D scanning technology can quickly and efficiently acquire the three-dimensional coordinate information of the measured point through measuring the shape of the target object, form the point cloud data and then reconstruct the surface to obtain the shape characteristics of the target object; while 3D printing is a modern advanced manufacturing technology, which can use its own convenient conditions to quickly transform the design concept of the product into the original product To a certain extent, it greatly improves the survival ability and market competitiveness of enterprises, effectively controls the risk of product development, and provides consumers with rich imagination space.

Key words: Gearbox test bench 3D scanning Point cloud data 3D printing techno

目 录

齿轮箱试验台3D建模与打印技术 I

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 齿轮箱试验台简介 1

1.3 三维扫描技术国内外研究现状 2

1.4 3D打印技术国内外研究现状 4

1.5本论文主要研究年内容 6

第二章 三维扫描及曲面重建过程 7

2.1 三维激光扫描的工作原理 7

2.2 三维数据获取方法 8

2.2.1 接触式测量方法 9

2.2.2 非接触式测量方法 9

2.3 CREAFORM系列扫描仪扫描过程 9

2.4 逆向工程软件Geomagic Studio处理点云数据 10

2.4.1杰魔软件介绍 10

2.4.2 点处理阶段 11

2.4.3 多边形处理阶段 12

2.4.4 曲面处理阶段 14

2.5本章小结 16

第三章 单排行星齿轮传动机构设计 17

3.1 单排行星齿轮传动机构的基本结构 17

3.2 单排行星齿轮机构的工作原理 17

3.3 行星轮系相关计算 18

3.3.1 单排行星齿轮传动机构各齿轮数 18

3.3.2行星齿轮传动机构设计计算 19

3.4各齿轮齿数及行星轮数量应满足的条件 20

3.4.1 传动比条件 20

3.4.2 同心条件 20

3.4.3 装配条件 21

3.4.4 邻接条件 22

3.5 单排行星齿轮传动机构三维建模 22

3.6 本章小结 25

第四章 3D打印过程 26

4.1 3D打印技术的概念 26

4.2 3D打印技术的原理 26

4.3 3D打印技术的主要类型 27

4.3.1 选择性激光熔融类型3D打印技术 28

4.3.2光敏树脂选择性固化技术 29

4.3.3 熔融沉积成型打印技术 31

4.4 3D打印技术的数据格式及数据处理流程 33

4.4.1 3D打印技术的数据格式 33

4.4.2 3D打印技术的数据处理流程 33

4.5 3D打印技术的发展趋势 34

4.6 安全环保与经济性分析 35

4.6.1安全环保性分析 35

4.6.2 经济性分析 35

4.7 本章小结 35

第五章 总结与展望 36

5.1 总结 36

5.2 展望 36

参 考 文 献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1 研究背景

齿轮在工业应用中起到至关重要的作用^[1]。因此齿轮的失效，将会直接导致整个机械系统故障，停止工作。在现有的工作条件下，采用齿轮箱实验设备研究齿轮的失效情况要比采用理论分析更有价值和参考意义。通常情况下，需要对齿轮齿面的胶合承载能力，齿面磨损情况，齿轮轮齿的弯曲强度等方面进行测定，分析齿轮的失效原因，进而能够保证齿轮能够正常工作，像这样复杂的工作过程只能在齿轮箱试验台上进行。

本课题研究的内容是对齿轮箱试验台进行三维扫描建模并利用3D打印机打印出相关产品。主要考查三维扫描和3D打印相结合的应用^[2][3]。前者可以快速获取目标物体的三维坐标信息进而可以重新得到目标物体的三维模型^[4]。文献^[6][7]讲述了3D打印则是一种现代化的先进制造技术，他能够利用自身的便利条件快速的将产品的设计理念转化成产品原型，这在一定程度上大大的提高了企业的生存能力和市场竞争力，有效的控制了产品的开发风险，给消费者提供了丰富的想象空间。

1.2 齿轮箱试验台简介

文献^[8]讲述了目前国际上对齿轮失效形式的研究主要采用的是运转式齿轮实验设备，它能够精确的测量出齿轮的各项参数。响应国家“2025中国制造”计划，大型工业开始复苏。伴随着汽车工业的飞速发展，用于齿轮箱实验的试验台，也在不断的研发和更新^[9][10]。在中国，目前已经有多种齿轮箱试验机通过鉴定，符合国家标准并且大批量的投入生产，但是就对齿轮失效形式的研究来说，我国与国外其他国家相比较起步比较晚^[11]。齿轮箱试验台最重要的部分是电动机加载部分，根据电动机加载装置不同，齿轮箱试验台的性能也将会有明显的差异。本次课题实验采用的是机械功率流封闭齿轮试验台，它通常由驱动电机、扭矩传感器、被式齿轮箱、传动装置、陪式齿轮箱和加载电机组成。其结构图和外观图如下：

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