基于Pro／E的齿轮类零件三维建模.pdf

第 7 卷第 3 期 2 0 0 8年 7月 北京工业职业技术学院学报 J 0 U R N A I J O F B E I J I N G P O L Y T E C H N I C C O L L E G E N o 3 Vo 1 7 J u 1 2 o o 8 基于 P r o E的齿轮 类零 件三维建模 张文兵 王侃 1 北方工业大学 北京 1 0 0 0 4 1 2 北京工业职业技术学院 北京 1 0 0 0 4 2 摘要 根据齿轮渐开线齿廓的形成原理 利用P ro E强大的参数化设计功能 通过方程建立精确的渐开线 齿轮齿廓 能够简化设计过程 减少重复工作 提高齿轮类零件的设计计算效率 方便快捷地实现直齿轮 斜 齿轮 圆锥齿轮 蜗轮和蜗杆等各类齿轮 的三雏造型设计 关键词 P r o E 齿轮 参数化设计 三维建模 中图分类号 T H1 3 2 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 5 5 8 2 0 0 8 0 3 5 0 0 5 3 D M o de l i ng o f Ge a r s Pa r t s Ba s e d o n Pr o E Zh a n g W e n b i n g W a n g Ka n 1 N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y B e i j i n g 1 0 0 0 4 1 C h i n a 2 B e i j i n g P o l y t e c h n i c C o l l e g e B e r i n g 1 0 0 0 4 2 C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e p rin c i p l e s o f f o r ma t i o n o f i n v o l u t e g e a r t o o t h p r o fil e us i n g t h e f u n c t i o n o f P r o E po we r f ul p a r a me t ric d e s i g n t h i s p a p e r e s t a b l i s h e s p r e c i s e i n v o l ut e g e a r t o o t h p r o fi l e b y e q u a t i o n t h us s i mp l i fie s t h e pr o c e s s o f de s i g n r e d u c e s d up l i c a t i o n o f wo r k i mp r o v e s de s i g n c a l c ul a t i n g e ffi c i e n c y o f t h e g e a r p a rt e xp e d i e n t l y a n d q u i c k l y a c h i e v e s the 3 D d e s i g n o f s t r a i g h t g e a r s h e l i c a l g e a r s b e v e l g e a r t h e w o r m g e a r a n d wo r m Ke y wo r ds P r o E g e a r pa r a me t ric d e s i g n 3D mo de l i n g 0引言 齿 轮传动是机械传动 中最重要 的一种传动形 式 具有传递功率大 最大可达近 l 0万 k w 速度范 围广 圆周速度可达2 0 0 m s 效率高 工作可靠 寿 命长 一般可达几十年 结构紧凑 能保证恒定 的 传动比等特点 在工业生产中应用非常广泛 齿轮 传动的型式很多 可分为平面齿轮传动和空间齿轮 传动 常见的有直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮 圆锥 齿轮 蜗轮和蜗杆等 由于齿轮类零件种类多 形状 结构复杂 三维实体造型比较困难 采用 P r o E软件 提供的参数化建模技术 能方便快捷地实现各类齿 轮的三维造型设计 1 P r o E软件概述 目前市场上主流的三维 C A D设计 软件 国外 的 主要有 P r o E U G C A T I A S o l i d Wo r k s 等 国 内的有 北航海尔 的 C A X A 华 中软件集 团的 I n e r C A D 开 目 收稿 日期 2 0 0 8 0 4 1 4 作者简介 张文兵 1 9 6 4一 男 安徽理工大学机械制造专业毕业 北方工业 大学在读硕 士研究生 高 级工程师 2 0 0 7年北京 市属市管 高等学 校人才强教计划资助项目 维普资讯 第 3期 张文兵 等 基于 P r o E的齿轮类零件三维建模 5 1 软件公司的开目C A D等 其中 P r o E在我国的应用 最为广泛 P r o E是 由美 国参 数 技 术 公 司 P a r a m e t r i c T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n 简称为 P T C 推出的新一代 c A D c A c A E软件 P r o E是特征技术和参数化 技术的开拓者 尤其是特征技术是现代 C A D软件发 展史上具有里程碑意义的重大进步 P T C公司虽然 在成立的时间和规模上与其他 C A D软件公司相差 甚远 但依靠技术方面的领先地位和成功的市场运 作 在 2 0 0 0年成为 C A D软件领域销售额第一名 P r o E集三维实体造型 曲面造型 零件装配 二维 工程图制作 制造加工 模拟仿真等于一体 受到当 今世界机械 c AD c A c A E领域 的广泛认可和推 广 是 目 前最有影响的 最成功的三维设计软件之 一 已成为机械行业工程技术人员必备的技术之一 2直齿圆柱齿轮的三维建模 齿轮传动是由主动轮的轮齿依次拨动从动轮 的 轮齿来实现的 齿轮的三维实体造型关键是做出齿 廓曲线 目前常用的齿廓曲线有渐开线 摆线和圆弧 等 渐开线齿廓曲线因容易加工 便于安装和互换性 好的优点被绝大多数齿轮采用 2 1齿轮的建模分析 2 1 1齿轮 的建模步骤 1 计算齿轮基本参数 分度圆直径 d m z 1 基 圆直径 d 6 m z C O S O L 2 齿顶圆直径 d m z 2 h a 3 齿根圆直径 d m z一2 m 口 c 4 齿宽 b k d 5 式中 m一 齿轮模数 z 一齿数 O l 一 压力角 一 齿顶高系数 c 一顶隙系数 k一 齿宽系数 2 创建齿轮的基本圆 用 P r o E的草绘命令 创建齿轮的基圆 分度 圆 齿顶圆和齿根圆 并且设置参数以控制它们的大 小 3 创建渐开线 通过方程建立精确的渐开线齿廓 4 镜像渐开线 通过镜像平面来镜像渐开线 并 用关 系式控制 镜像平面角度 5 创建第一个轮齿 直齿轮通过拉伸特征 先建立齿根圆实体 再进 一 步创建第一个轮齿特征 而斜齿轮就要采用扫描 混合特征来创建齿轮的第一个轮齿 6 创建第二个轮齿复制第一个轮齿特征 创 建齿轮的第二个轮齿 7 完成所有齿形 阵列上一步所创建的轮齿 完成齿轮的 基本外形 8 创建其他特征 创建齿轮的轴孔 键槽 分布孔 倒圆和倒角等其 他特征 并目 设置参数和关系式以控制相关的尺寸 2 1 2齿轮的渐开线方程 渐开线是当一条直线绕着齿轮的基 圆作纯滚动 时 该直线上任一点的轨迹所形成 的曲线 一一一 0 图 1 渐开线 如图1 所示 直线 B K绕基圆 D作纯滚动 其一 端点K x Y 的轨迹A K即为渐开线 设点B的坐标 为 B Y 则有 1 c o s a n g 6 Y 1 s i n a n g 7 式 中 为齿轮基圆半径 角 a n g如图 1中所示 设变量 t 0 1 则 a n g 9 0 t 直线 B K的长度 与圆弧 B A的长度相等 设为 S r 占 a n g 2 w 3 6 0 霄 r b t 2 8 则得到齿轮的渐开线方程 1 S s i n a n g 9 Y Y 1一S C O S a n g 1 O z 0 1 1 2 2直齿圆柱齿轮的建模 直齿圆柱齿轮的建模基本上就是按照上述步骤 进行的 2 2 1创建齿轮设计参数 创建齿轮的模数 齿数 压力角 齿宽 分度圆 基圆 齿顶圆和齿根圆等设计参数 例如一个 m 3 Z 1 7 O t 2 0 b 2 0的齿轮 2 2 2添加齿轮参照圆的关系式 利用 P r o E工具里 的关系式 添加式 1 式 4 的齿轮参照圆的计算关系式 图 2 维普资讯 5 2 北 京 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报 第 7 卷 图 2 直齿圆柱齿轮关系式 a渐开线方程 2 2 3创建齿轮渐开线齿廓 1 从方程绘制渐开线齿廓基准曲线 添加式 8 式 1 1 渐开线方程如图 3 a 创建齿轮 的渐开 线齿廓 图3 b 2 镜像渐开线 创建镜像的基准轴 基准点 和基准平面 镜像渐开线如图 3 c所示 3 利用草绘命令绘制轮齿轮廓如图3 d 2 2 4创建齿轮的轮齿特征 1 创建第一个轮齿 利用拉伸特征 建立齿 根 圆实体 再 通过 拉伸特 征创 建第 一个 轮齿 特征 图 4 a t t l 川 b渐开线齿廓 C 镜像渐开线d草绘轮齿轮廓 图 3绘制渐开线 a第一个轮齿 b第二个轮齿 C完整齿形 图4 创建齿轮轮齿 2 创建第二个轮齿 旋 转复制第一个轮 齿 创建齿轮的第二个轮齿如图 4 b 3 阵列已创建的轮齿 完成整个齿轮齿形 图4 c 4 参数化模型 通过 P r o E工具里 的参 数对 话框 修改模数 齿数等参数 即可生成新 的齿轮 的 三维实体模型 如将模数改为 2 齿数改为 2 5后生 成齿轮如图 5所示 图 5 参数化设计生成新齿轮 2 2 5创建齿轮的其他特征 通过实体造型方法 创建齿轮 的轴孔 键槽 分 布孔 倒圆和倒角等其他特征 并且设置参数和关系 式 以控制相关的尺寸 见 图 6 图 6 创建齿轮其他特征 维普资讯 第 3 期 张文兵 等 基于 P r o E的齿轮类零件三维建模 5 3 3其他齿轮的三维建模 3 1斜齿圆柱齿轮的建模 斜齿圆柱齿轮的建模步骤与直齿轮基本相同 但由于其轮齿的生成线与轴线倾斜了一个角度 所 以不能通过拉伸特征创建轮齿 而要采用扫描混合 特征来实现 这是它们的主要区别 当然斜齿轮的建 模过程中其关 系式也 和直齿轮有一定 区别 主要是 斜齿圆柱齿轮要用端面参数 和法面参数之间的关 系要除以 c o s 3 通过扫描混合特征来创建轮齿的步骤见图7 如一个 m 5 Z 2 5 2 0 1 6 b 5 0的 斜齿 圆柱齿轮 完成后 的三维造型如图 7 f 所示 a生成渐开线 b第一个轮齿 图 8 参数化设计斜齿圆柱齿轮 需要说明的是 在一些大型重要设备上用的人字 齿轮可以看成是 由两个尺寸相同 旋向