基于PROE 的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、基于PRO/E 的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)    摘 要：齒輪是廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動的一種常用零件，用來傳遞動力、改變轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。常見的有直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、圓錐齒輪、人字齒輪等。文章介紹了基于PRO/E 利用Program 實(shí)現(xiàn)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法。根據(jù)漸開線生成的原理和理論公式，在方程編輯器中輸入笛卡爾坐標(biāo)方程，從而生成精確的齒輪輪齒漸開線，再據(jù)角變位斜齒輪各參數(shù)的計(jì)算公式,精確創(chuàng)建了齒廓曲線;利用掃描混合和陣列命令創(chuàng)建斜齒輪的輪齒特征。從而使設(shè)計(jì)人員能方便快捷地實(shí)現(xiàn)齒輪的三維特征造型設(shè)計(jì)以便提高設(shè)計(jì)效率。關(guān)鍵字：齒輪 ；PRO/E Progra

2、m ；參數(shù)化1 引言隨著CAD 技術(shù)的發(fā)展，在齒輪設(shè)計(jì)過程中，越來越廣泛地采用三維建模的方法。PRO/E是被廣泛應(yīng)用的CAD 優(yōu)秀軟件，它有強(qiáng)大的三維建模功能。利用PRO/E 的二次開發(fā)工具模塊Program，就可以方便地實(shí)現(xiàn)齒輪設(shè)計(jì)的參數(shù)化，從而大大提高設(shè)計(jì)效率。當(dāng)用戶在PRO/E中對齒輪進(jìn)行三維建模時(shí)，Program 就以程序的形式記錄了齒輪的主要設(shè)計(jì)步驟和尺寸參數(shù)列表，用戶可以根據(jù)需要對程序進(jìn)行修改。這樣只要用戶重新運(yùn)行這個(gè)程序并變更齒輪的參數(shù)就可以生成新的齒輪，從而使不熟悉三維建模技巧的設(shè)計(jì)人員也可使用現(xiàn)有的三維齒輪模型進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，減少繁瑣復(fù)雜的重復(fù)勞動。2 系統(tǒng)介紹Pro/Engi

3、neer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（ Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法作為一種全新的設(shè)計(jì)方法現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)界，充分運(yùn)用Pro/E 軟件的參數(shù)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)漸開線齒輪的三維參數(shù)

4、化建模已廣泛應(yīng)用2。3 參數(shù)化齒輪的設(shè)計(jì)3.1 圓柱斜齒齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)首先，按設(shè)計(jì)要求確定齒輪的相關(guān)參數(shù)，如表一所示為斜齒輪各參數(shù)：M（法向模數(shù)）、Z (齒數(shù))、AFPH (壓力角)、BTA（螺旋角）、W（齒厚）等。表一 斜齒圓柱齒輪參數(shù)序號 名稱 符號 參數(shù)值1 法向模數(shù) M 32 齒數(shù) Z 453 壓力角 AFPH 20-2-4 螺旋角 BTA 125 齒厚 W 60再根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和添加相應(yīng)關(guān)系從而得出齒頂圓、齒根圓、分度圓、基圓尺寸。關(guān)系如下所示：d=m*z/cos(bta)db=m*z*cos(afph)da=d+2*1*mdf=d-2*(1+0.25)*m漸開線齒輪設(shè)計(jì)最為重要的就是

5、漸開線的確定，其由PRO/E 方程得出，方程如下：afa=60*tr=db/2x=r*cos(afa)+pi*r*afa/180*sin(afa)y=r*sin(afa)-pi*r*afa/180*cos(afa)z=0至此可以建立漸開線的鏡像基準(zhǔn)面，從而得到如圖一所示在FRONT 面上的齒廓曲線。草繪第一個(gè)齒廓，然后在利用PRO/E 編輯（特征操作）得出其他齒廓。（這里應(yīng)注意，齒廓數(shù)量越多得到的齒輪就越標(biāo)準(zhǔn)，本文采用四個(gè)齒廓）剩下的工作就是利用掃描混合得出齒輪第一個(gè)齒，然后在陣列，從而得到標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化斜齒齒輪如圖二所示。圖1 齒廓曲線 圖2 標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪3.2 錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)錐齒輪用于相交

6、兩軸之間的傳動，和圓柱齒輪相似，一對錐齒輪的運(yùn)動相當(dāng)于一對節(jié)圓錐的純滾動，除此之外，錐齒輪還有分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓追和基圓錐3。錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)也是眾多齒輪設(shè)計(jì)中最為繁雜的一個(gè)，其參數(shù)過多就不逐一列舉，取其中部分參數(shù)如表二所示：表二 錐齒輪參數(shù)序號 名稱 符號 參數(shù)值1 大端模數(shù) M 72 齒寬 B 483 齒數(shù) Z 224 壓力角 ALPHA 20-3-根據(jù)齒輪的有關(guān)參數(shù)，確定相互關(guān)系，生成齒廓曲線。得到錐齒輪兩端面的分度圓錐、齒頂圓錐、齒根圓錐和基圓錐如圖三所示。（其大小由關(guān)系決定）delta=atan(z/z_asm)d=m*zha=(hax+x)*mhf=(hax+cx-x)*

7、mh=(2*hax+cx)*mdb=d*cos(alpha)da=d+2*ha*cos(delta)df=d-2*hf*cos(delta)rx=d/(2*sin(delta)theta_a=atan(ha/rx)theta_f=atan(hf/rx)delta_a=delta+theta_adelta_f=delta-theta_fhb=(d-db)/(2*cos(delta)theta_b=atan(hb/rx)delta_b=delta-theta_b 圖三 兩端面曲線草繪ba=b/cos(theta_a)bb=b/cos(theta_b)bf=b/cos(theta_f)D0=d/(2

8、*tan(delta) 1在錐齒輪設(shè)計(jì)中應(yīng)注意兩個(gè)端面的坐標(biāo)原點(diǎn)，因而必須建立兩個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系并旋轉(zhuǎn)一定角度（360*cos(delta)/(4*z)+180*tan(alpha)/pi-alpha)。再者就是分別建立兩端面的漸開線如圖四所示：大端漸開線方程： r=db/cos(delta)/2theta=60*tx=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0小端漸開線方程：r=(db-2*bb*sin(delta_b)/cos(delta)/2theta=60*tx=r*co

9、s(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0然后在進(jìn)行漸開線的鏡像，鏡像基準(zhǔn)面的偏轉(zhuǎn)角度為（360*cos(delta)/(4*z) ）至此，可以分別草繪兩端面的齒廓，再利用混合掃描完成第一個(gè)齒。為了能在以后更方便處理，先復(fù)制、選擇性黏貼一個(gè)齒再進(jìn)行陣列，從而得標(biāo)準(zhǔn)的錐齒輪。如圖五所示：-4-圖四 各端面漸開線 圖五 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪4 編輯齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)程序4.1 程序編輯在PRO/E 工具/程序/編輯設(shè)計(jì)中輸入如下語句：#0001 INPUT#0002 法向模數(shù) UNMBER=3#000

10、3“法向模數(shù)=”#0004 螺旋角 NUMBER=12#0005“螺旋角=”#0006 齒數(shù) NUMBER=45#0007“齒數(shù)=”#0008 齒厚 NUMBER=60#0009“齒厚=”#0010 壓力角 NUMBER=20#0011“壓力角=”#0012 END INPUT4.2 運(yùn)行齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)程序齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)程序編輯完成后，只要調(diào)用Regenerate 命令，PRO/E 就自動執(zhí)行程序，用戶可根據(jù)提示輸入新的模數(shù)、齒數(shù)和齒寬等系數(shù)，PRO/E 就能按新輸入的齒輪參數(shù)自動生成新的齒輪。5 結(jié)束語1.對于直齒圓柱齒輪，可以通過參數(shù)和關(guān)系來確定齒輪在二維平面上的全部齒形，然后通過拉伸得

11、到，但此種方法草繪過程繁瑣且電腦計(jì)算量大。也可以通過上述辦法得到，至于是在實(shí)體上切出齒形還是先做齒形再補(bǔ)中間，個(gè)人認(rèn)為同樣可取。2.對于斜齒圓柱齒輪和錐齒輪，我認(rèn)為以上做法很快捷，但是細(xì)節(jié)部分得注意。尤其對于錐齒輪，個(gè)人認(rèn)為必須熟練掌握PRO/E 操作命令，這樣才能快速、高效的繪圖，并且對基礎(chǔ)要更熟練，例如：基準(zhǔn)點(diǎn)、面、坐標(biāo)的建立以及特征操作等等。3.Program 是PRO/E 的一個(gè)使用簡單，應(yīng)用靈活的二次開發(fā)工具，用它可以方便地實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。在工程實(shí)際中，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)上述方法建立各類零件的模型庫。使用時(shí)只需調(diào)用模型Program 程序就可以靈活地修改設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率。-5

12、-參考文獻(xiàn)1葛正浩，楊芙煉 機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)仿真及分析北京：化學(xué)工業(yè)出版社.20092楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版北京：高等教育出版社20053孫桓機(jī)械原理M北京：北京高等教育出版社1990Based on PRO / E Gear Parametric DesignCheng Jia, Ren Dawei, Huo Wenjin, Wang Shuo, Gao Zhao FengNorth University of China .School of Materials Science and Engineering, Taiyuan（030051）AbstractGears

13、are widely used in a variety of mechanical transmission of a common parts, used to transferpower to change the speed and direction of rotation. Common are spur gears, helical gears, bevel gear,herringbone gear. This paper introduces based on PRO / E to use Program Gears parametric designapproach. Ac

14、cording to the principles of involute generation and theoretical formula, equation editor,enter the Cartesian coordinates equation, to generate accurate involute gear teeth, then deflection anglebevel gear according to the parameters of the calculation formula, accurate to create tooth profile curve;the use of mix-and-scanned array command to create a helical