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基于 ug 齿轮 虚拟 加工 蜗轮 蜗杆 造型 研究 钻研 三维 图纸 说明书 仿单

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内容简介：

* 来 稿 日 期 ： 2 0 0 7 - 0 5 - 2 8 * 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 5 0 6 3 5 0 3 0 ） ， 吉 林 省 科 委 资 助 项 目 （ 2 0 0 5 0 5 3 9 ）#$% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % $【 摘 要 】 圆 锥 齿 轮 是 机 械 常 用 零 件 ， 希 望 能 够 实 现 参 数 化 设 计 。 介 绍 了 在 U G - N X 3 环 境 下 ， 通过 模 型 模 块 中 的 规 律 曲 线 , 直 纹 面 ， 建 立 齿 槽 轮 廓 ， 通 过 切 割 形 成 齿 槽 轮 廓 体 ， 在 抽 取 几 何 体 后 ， 通过 布 尔 、 阵 列 等 运 算 ， 实 现 圆 锥 齿 轮 参 数 化 设 计 。关 键 词 ： 圆 锥 齿 轮 ； 参 数 化 设 计 ； U G - N X 3【 A b s t r a c t】 B e c a u s e b e v e l g e a r i s a m e c h a n i c a l p a r t i n c o m m o n u s e , i t s p a r a m e t e r i z e d d e s i g n i se x p e c t e d . A p a r a m e t e r i z e d t a p e r g e a r d e s i g n m e t h o d u n d e r U G - N X 3 c i r c u m s t a n c e i s i n t r o d u c e d . T o o t hc o n t o u r w a s s e t u p t h o u g h r e g u l a t i o n c u r v e a n d s t r a i g h t t e x t u r e f a c e i n m o d e l m o d u l e , t h e n a t o o t h c o n t o u rb o d y c a m e i n t o b e i n g t h r o u g h t r i m b B o d y . A f t e r e x t r a c t i n g g e o m e t r y b o d y , b y b o o l e a n a n d a r r a y o p e r a t i o n s ,p a r a m e t e r i z e d b e v e l g e a r d e s i g n w a s r e a l i z e d .K e y w o r d s : B e v e l g e a r ； P a r a m e t e r i z e d d e s i g n ； U G - N X 3中 图 分 类 号 ： T H 1 3 2 文 献 标 识 码 ： A利 用 U G 实 现 圆 锥 齿 轮 参 数 化 设 计*文 立 阁1 , 2李 建 桥1侯 洪 生2（1吉 林 大 学 地 面 机 械 仿 生 技 术 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 长 春 1 3 0 0 2 2 ）（2吉 林 大 学 机 械 科 学 与 工 程 学 院 ， 长 春 1 3 0 0 2 2 ）P a r a m e t e r i z e d d e s i g n o f b e v e l g e a r b a s e d o n U GW E N L i - g e1 , 2， L I J i a n - q i a o1， H O U H o n g - s h e n g2（1J i l i n U n i v e r s i t y ， T h e K e y L a b o r a t o r y f o r T e r r a i n - M a c h i n e B i o n i c s E n g i n e e r i n g ，M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 ， C h i n a ）（2C o l l e g e o f M e c h a n i c a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， J i n l i n U n i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 ， C h i n a ）1 引 言随 着 计 算 机 的 高 速 发 展 ， 机 械 设 计 不 仅 限 于 二 维 计 算 机 绘图 ， 正 在 朝 C A D / C A E / C A M 的 方 向 发 展 ， 这 就 需 要 实 现 对 机 械 零件 的 参 数 化 设 计 。 圆 锥 齿 轮 是 机 械 传 动 中 常 用 的 零 件 之 一 ， 对 圆锥 齿 轮 而 言 ， 改 变 常 用 参 数 的 齿 数 z 、 模 数 m 、 分 度 圆 锥 角 a ， 压力 角 a0， 得 到 相 应 的 圆 锥 直 齿 轮 的 三 维 模 型 ， 可 进 一 步 实 现 数 控加 工 ， 虚 拟 装 配 ， 运 动 仿 真 ， 以 及 本 身 的 应 力 分 析 ， 以 达 到 对 圆 锥齿 轮 的 快 速 简 便 的 优 化 设 计 。 圆 柱 直 齿 轮 已 经 实 现 参 数 化 设 计 1 - 4 ， 但 圆 锥 齿 轮 设 计 还 得 单 独 建 模 5 - 6 ， 尚 未 实 现 参 数 化 设 计 。 提出 在 U G 环 境 7 下 不 用 编 程 ， 即 可 实 现 圆 锥 齿 轮 参 数 化 设 计 。2 圆 锥 齿 轮 参 数 分 析圆 锥 齿 轮 的 齿 形 是 在 圆 锥 面 上 加 工 而 成 的 ， 所 以 齿 顶 圆 、 分度 圆 和 齿 根 圆 都 形 成 锥 面 ， 从 大 端 到 小 端 ， 其 齿 形 由 大 逐 渐 变小 ， 国 家 标 准 规 定 以 大 端 模 数 为 圆 锥 齿 轮 的 模 数 。 因 此 齿 形 由 背锥 面 上 的 渐 开 线 向 锥 顶 方 向 变 小 形 成 ， 背 锥 面 的 齿 轮 参 数 称 为当 量 参 数 ， 背 锥 的 顶 角 与 分 度 圆 锥 角 互 补 。锥 齿 轮 参 数 如 图 1 所 示 ， 齿 数 z 、 模 数 m 、 分 度 圆 锥 角 a ， 压力 角 a0， 背 锥 的 顶 角 a1= 9 0 - a ， 当 量 齿 数 z1= z / c o s（ a ） ， 当 量 分 度 圆直 径 d1= m z1， 当 量 基 圆 直 径 d b1= d1 c o s（ a0） ， 齿 根 高 hf= 1 . 2 5 m ，齿 顶 高 ha= m ， 当 量 齿 顶 圆 直 径 d a1= d1+ 2 ha， 当 量 齿 根 圆 直 径d f1= d1- 2 hf， 齿 顶 线 与 分 度 圆 锥 素 线 夹 角 a2= r a c t a n（ 2 s i n（ a ） / z ） ，齿 顶 线 与 背 锥 素 线 夹 角 a3= 9 0 - a2， 外 锥 距 r = m z /（ 2 s i n （ a ） ） ， 齿宽 b = r / 3 。图 1 圆 锥 齿 轮 参 数3 建 立 渐 开 线 方 程圆 锥 齿 轮 齿 形 由 渐 开 线 构 成 ， 因 此 建 立 渐 开 线 方 程 ：t = 0 ， t 为 U G 里 的 参 数 0 1 ；s = 9 0 t ， s 为 弧 度 单 位 “ ” ；z齿 顶 高齿 底 高Exa1c背 锥 素 线齿 顶 线brr2a2aDr1df1 /2FB文 章 编 号 ： 1 0 0 1 - 3 9 9 7（ 2 0 0 8 ） 0 3 - 0 1 8 3 - 0 2第 3 期2 0 0 8 年 3 月 - 1 8 3 -M a c h i n e r y D e s i g n & M a n u f a c t u r e机 械 设 计 与 制 造xt=（ d b1/ 2 ） c o s（ s ） +（ d b1/ 2 ） r a d（ s ） s i n（ s ） 为 渐 开 线 方 程 ；yt=（ d b1/ 2 ） s i n（ s ） -（ d b1/ 2 ） r a d（ s ） c o s（ s ） 为 渐 开 线 方 程 ；y1 t= - ytzt= 0形 成 齿 槽 的 两 条 渐 开 线 ， 如 图 2 所 示 ， 在 当 量 分 度 圆 处 展开 角 夹 角 a4= 1 8 0 / z1， 一 条 渐 开 线 在 基 圆 与 分 度 圆 展 开 角 a5= 1 8 0 t a n（ a ） / - a ， 两 条 渐 开 线 在 基 圆 的 展 开 角 a6= a4- 2 a5。 把 前 两 节 的公 式 及 圆 锥 齿 轮 参 数 输 入 U G 建 模 模 块 的 公 式 （ 工 具 / 公 式 ） 对话 框 里 ， 在 U G 环 境 下 ， 只 能 识 别 英 文 字 符 ， 因 此 将 公 式 中 的 字符 都 写 成 英 文 字 符 ， 角 度 单 位 为 ：“ ” ， 长 度 单 位 为 “ m m ” 。图 2 齿 槽 轮 廓4 齿 形 建 模4 . 1 建 立 母 锥 体进 入 x c z 平 面 绘 制 的 粗 实 线 母 锥 草 图 如 图 1 所 示 ， 并 用 公式 里 的 参 数 控 制 其 线 性 与 角 度 尺 寸 ， 其 中 背 锥 长 度 r1= ha+ hf+ 5 ，r2= ha+ hf， 其 它 尺 寸 如 图 1 所 示 。 绘 制 齿 顶 线 B D ， 背 锥 素 线 B E ，作 为 参 考 线 ， 对 D 、 E 两 点 在 c x 轴 上 作 几 何 约 束 ， 退 出 草 图 ， 利用 旋 转 （ 插 入 / 旋 转 ） 命 令 ， 建 立 母 锥 体 。4 . 2 建 立 辅 助 平 面为 形 成 齿 槽 渐 开 线 ， 因 此 建 立 辅 助 平 面 与 辅 助 轴 ， 这 里 为 保证 参 数 化 驱 动 ， 不 能 用 建 立 用 户 坐 标 系 的 方 法 。 做 和 背 锥 相 切 于E 点 的 辅 助 平 面 P ， 以 该 辅 助 平 面 为 草 图 面 ， 过 E 点 绘 制 与 背 锥素 线 B E 成 a6角 度 的 参 考 线 E H 。 再 以 x c z 平 面 为 草 图 面 ， 过 E点 作 与 背 锥 素 线 B 相 垂 直 的 参 考 线 E F 。 退 出 草 图 ， 过 E H 、 E F 两直 线 作 辅 助 平 面 Q ， 过 E F 直 线 作 辅 助 轴 。4 . 3 建 立 直 纹 面为 方 便 以 后 将 直 纹 面 隐 藏 ， 建 立 新 的 工 作 层 ， 通 过 规 律 曲 线（ 插 入 / 曲 线 / 规 律 曲 线 ） 命 令 ， 定 义 x 为 xt， y 为 yt， z 为 常 数 0 ，指 定 csys参 考 ： P 面 为 放 置 平 面 ， x c z 面 水 平 参 考 面 ， E F 辅 助 轴 ，应 用 确 定 后 ， 生 成 一 条 渐 开 线 ； 定 义 y 为 y1 t， x 、 z 不 变 ， 指 定 csys参 考 ： P 面 为 放 置 平 面 ， Q 面 水 平 参 考 面 ， E F 辅 助 轴 ， 应 用 确 定后 生 成 另 一 条 渐 开 线 。 退 出 草 图 ， 用 直 纹 面 （ 插 入 / 网 格 曲 面 / 直纹 面 ） 命 令 ， 分 别 选 择 D 点 与 两 条 渐 开 线 ， 生 成 两 片 直 纹 面 。以 P 面 为 草 图 面 ， 绘 制 齿 根 圆 、 基 圆 ， 从 渐 开 线 起 点 到 齿 根圆 的 齿 形 轮 廓 用 直 线 代替 ， 绘 制 直 线 ， 该 直 线 与 渐开 线 相 切 ， 用 齿 根 圆 为 边界 ， 用 快 速 剪 切 （ 草 图 ： 编辑 / 快 速 剪 切 ） 命 令 把 齿根 圆 内 部 的 直 线 剪 掉 ， 再以 直 线 为 边 界 ， 剪 切 齿 根圆 ， 保 留 直 线 之 间 的 齿 根 圆 弧 ， 退 出 草 图 ， 采 用 直 纹 面 命 令 ， 分 别选 择 D 点 ， 刚 才 保 留 两 直 线 段 和 一 段 圆 弧 ， 如 图 2 所 示 的 粗 实线 ， 形 成 三 个 直 纹 面 ， 然 后 用 缝 合 命 令 （ 插 入 / 联 合 体 / 缝 合 ） 命令 ， 把 五 个 直 纹 面 用 缝 合 命 令 缝 合 在 一 起 ， 形 成 一 个 剪 切 片 体 ，如 图 3 所 示 。4 . 4 建 立 圆 锥 直 齿 论用 剪 切 （ 插 入 / 裁 剪 / 修整 ） 命 令 ， 对 母 锥 体 剪 切 生 成齿 形 体 。 再 重 复 生 成 母 锥 体的 过 程 ， 可 以 用 几 何 约 束 使其 新 的 轮 廓 与 前 母 锥 体 轮 廓重 合 ， 再 生 成 新 的 母 锥 体 ， 为达 到 参 数 化 驱 动 的 目 的 ， 对齿 形 体 进 行 抽 取 几 何 体 （ 插入 / 关 联 复 制 / 抽 取 几 何体 ） ， 再 执 行 这 个 命 令 时 ， 选取 “ 隐 藏 原 先 的 ” 选 项 ， 对 母 锥 体 与 抽 取 的 几 何 体 利 用 布 尔 （ 插 入/ 联 合 体 / 差 ） 命 令 形 成 齿 槽 ， 用 阵 列 （ 插 入 / 关 联 复 制 / 引 用 /阵 列 ） 命 令 阵 列 齿 槽 ， 把 直 纹 面 层 设 为 不 可 见 ， 生 成 圆 锥 齿 轮 ， 如图 4 所 示 。 以 上 每 步 都 实 现 参 数 化 设 计 。 中 心 孔 尺 寸 参 数 化 设 计简 便 ， 这 里 就 不 再 赘 述 。5 结 束 语在 U G 环 境 下 ， 利 用 齿 槽 与 齿 顶 锥 体 差 运 算 实 现 参 数 化 设计 ， 说 明 选 用 适 当 的 参 数 化 驱 动 的 命 令 ， 可 以 实 现 齿 轮 等 复 杂 形体 的 参 数 化 设 计 ， 此 种 方 法 为 其 它 具 有 复 杂 表 面 形 状 形 体 的 参数 化 建 模 提 供 参 考 方 法 。参 考 文 献1 张 晋 西 ， 郭 学 琴 . 齿 轮 三 维 参 数 化 建 模 与 加 工 运 动 仿 真 J . 机 械 设 计 ，2 0 0