齿轮画法.doc

浅谈Pro/E中标准直齿圆柱齿轮的设计方法湖 北 航 天 工 业 学 校 胡光明摘要：齿轮是机械制造业常用的传动机构。由于齿轮齿廓是渐开线且齿轮各参数间存在内定的关系，给齿轮的设计带来一定的难度。本文具体结合Pro/E软件参数化的设计特点，详细阐述了标准直齿圆柱齿轮的设计方法。关键词：齿轮，渐开线，Pro/Engineer，参数，关系式Abstract：Gear is the transmission-mechanism which is in common use in mechanical moulding, it is difficult to design gear because of the complex of gears evolvent and relations of parameters. This paper reports that how to design standard straight cylinder gear by the soft Pro/E step by step.Keywords：gear，evolvent，Pro/Engineer，parameter，relation equation在机械设计中，齿轮是很常用的一种传动机构，因此绘制齿轮，表达齿轮的各项尺寸也是机械设计人员经常面临的问题。在机械制图中，由于齿轮上的参数众多，通常采用简化画法表达一个齿轮，画出的齿轮只是一个示意图。随着计算机辅助设计技术的发展，大量CAD/CAM软件的涌现，我们能否构建一个三维的齿轮模型,准确的表达一个齿轮呢？答案显然是肯定的。根据长时间的摸索和学习，本人就在计算机中运用Pro/Engineer野火版2.0（以下简称Pro/E）软件设计一个标准直齿圆柱齿轮作一个简单说明，愿与大家共勉。一、齿轮分析1、齿轮之所以不易绘制，主要有两个原因：一是齿轮的齿廓不是一般的曲线，而是渐开线方程，且整个齿廓又不全是渐开线；二是决定齿轮形状和尺寸的参数较多，而且各参数之间存在一定关系。因此绘制齿轮之前必须先熟悉齿轮的渐开线方程，明确齿轮各部位名称和基本参数之间的关系。2、渐开线齿轮的基本参数渐开线齿轮的基本参数是齿数z、模数m、压力角a、齿顶高系数和ha及顶隙系数c。其中模数m是决定齿轮及其轮齿大小和承载能力的重要参数，是按标准系列取值的，单位为mm；分度圆压力角a是决定齿轮齿廓形状和齿轮啮合性能的重要参数，一般取200为标准值；而齿顶高系数ha和顶隙系数c也已标准化，标准化数值为ha=1，c=0.25。这五个基本参数就决定了标准直齿圆柱齿轮的各部分尺寸。二、Pro/E功能简析Pro/E是美国参数技术公司(PTC)推出的新一代CAD/CAM/CAE软件，Pro/E自从1988年问世以来，其强大的功能深受业内人士欢迎，并成为当今世界上拥有用户最多的三维CAD软件。它广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电和玩具等各行业。Pro/E是一个全方位的三维产品开发软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析和产品数据库管理等功能于一体。随着WTO的加入，要求工业设计人员由二维CAD向三维CAD转变也成为必然趋势。Pro/E是一套参数设计软件，用Pro/E进行零件设计时，可以利用参数来控制尺寸的大小，参数与参数之间可以建立数学关系式，还可以利用参数来建立参数方程。本人根据使用Pro/E的体会，感到理解和使用好Pro/E中的参数和关系式很重要，它将给自己的设计带来更大的方便、灵活和快捷。因此Pro/E中的关系式和参数方程为绘制齿轮提供了理想的解决方案。三、Pro/E野火版2.0中设计标准直齿圆柱齿轮的步骤为讲述清楚齿轮的设计过程，以下根据软件的实际操作步骤进行描述，用“”符号表示软件中菜单及对话框的顺序执行过程。文中的图片皆出自Pro/E野火版2.0软件。1、新建一个文件文件菜单新建. 出现新建文件对话框 输入新文件名：gear OK2、定义齿轮参数工具菜单参数出现参数对话框 点击“”号添加参数：齿数z=25、模数m=3、压力角angle20、正常齿制齿顶高系数ha1、顶隙系数c0.25、分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、基圆 直径db、齿宽b。后面五个参数通过其他参数算出，故不用给出具体数值。添加完参数，点击确定退出。（如图1）3、建立齿根圆、基圆和分度圆曲线插入菜单模型基准草绘选择FRONT面作为草绘平面绘制三个同心圆。同心圆直径从内到外分别是d0、d1、d2。4、建立关系式工具关系建立关系式如下：d=m*z /* 分度圆db= m*z*cos(angle) /* 基圆da=m*(z+2*ha) /* 齿顶圆df=m*z-2*m*(ha+c) /* 齿根圆b=2*pi*m /* 齿宽d0df ； d1db； d2d令d0、d1、d2分别为齿根圆、基圆、分度圆。点击确定退出。5、绘制齿轮齿廓渐开线曲线插入菜单模型基准曲线从方程完成选取系统坐标系设置坐标系类型，选择笛卡儿坐标在rel.pld文件中输入齿轮渐开线参数方程：afa=40*tx=(db/2)*cos(afa)+pi*(db/2)*afa/180 * sin(afa)y=(db/2)*sin(afa)-pi*(db/2)*afa/180 * cos(afa)z=0输入完成，保存文件退出，齿轮渐开线生成。（如图2）6、绘制基圆与齿根圆齿廓部分插入菜单模型基准草绘选择Front面确定进入草绘器选择“通过边创建图元”命令选择渐开线及齿根圆过渐开线端点绘制圆弧标注尺寸，令sd5db/2，sd40.45*df。（如图3）图2图37、插入基准点插入菜单模型基准点点同时选中分度圆d2与渐开线，产生点PNT0同时选中齿根圆d0与渐开线，产生点PNT1确定后退出。（如图4）8、插入基准轴插入菜单模型基准轴弹出基准轴对话框同时选中RINGHT面和TOP面，两个面的交线生成基准轴A_1。插入基准轴的目的是为了通过基准轴生成后面的渐开线镜像基准面。（如图5）图4图59、生成基准面DTM1插入模型基准平面弹出基准平面对话框同时选中基准轴A_1和基准点PNT0，产生基准面DTM1。（如图6）10、镜像复制渐开线曲线编辑菜单特征操作弹出特征菜单管理器复制镜像完成选取要复制的特征渐开线曲线完成创建基准平面（镜像平面）通过选择基准轴A_1角度选择基准面DTM1输入值：90/z产生基准面DTM2，同时特征镜像复制完成。DTM2与DTM1的夹角为90 / z，即为每相邻齿夹角的一半。（如图7）图6图711、草绘齿轮齿廓形状插入菜单模型基准草绘选择FRONT面进入草绘器将渐开线曲线及基圆曲线投影到草绘平面倒圆角修剪整理后如图所示。圆角半径为sd7sd10d/200（如图8） 12、将齿轮齿廓曲线拉伸成曲面插入菜单拉伸拉伸方式选择曲面拉伸曲线选择以上建立的齿廓曲线 拉伸宽度输入b 完成，生成齿廓曲面。（如图9）图8图913、拉伸出齿轮毛坯插入菜单拉伸拉伸方式选择实体选择FRONT面作为草绘平面以系统原点为圆心，绘制圆圆直径为da确定退出草绘拉伸宽度为b完成。（如图10）14、将齿廓曲面旋转复制编辑菜单特征操作弹出菜单管理器选择复制移动完成选取齿廓曲面完成旋转选取A_1轴为旋转轴正向输入旋转角度为360 / z确定完成旋转复制。（如图11）图10图1115、利用齿廓曲面将齿轮毛坯切割出齿槽点击选中旋转复制出的齿廓曲面选中 按钮点击确定齿廓曲面将齿轮毛坯切割出第一个齿槽。（如图12）16、将齿廓曲面与齿槽合并成组按住shift键，在模型树中同时选中齿廓曲面与齿槽点击右键选择“组”命令，合并组完成。17、阵列齿槽特征选中齿廓曲面与齿槽组编辑菜单阵列弹出阵列对话框第一尺寸选择第14步中的旋转角度阵列个数为z（齿数）确定完成。（如图13）18、绘制齿轮安装定位孔插入菜单拉伸选择齿轮的端面为草绘平面，绘制如图截面形状，令sd2d/15、sd4=d/5、sd5=d/6去除材料方式拉伸形式为贯穿确定完成生成齿轮安装孔。（如图14）19、至此，一个标准直齿圆柱渐开线齿轮在Pro/E中创建完成。（如图15）图12图13图14图15四、结论在Pro/E中构建的标准直