E的渐开线斜齿轮参数化自动造型.pdf

信息技术 黄丽娟 基于 P m E的渐开线斜齿轮参数化 自动造型 基于 P r o E的渐开线斜齿轮参数化自动造型 黄丽娟 南京信息职业技术学院 江苏 南京 2 1 0 0 4 6 摘要 介绍了基于 P r o E Wi l d f i r e的环境下创建斜齿圆柱齿轮三维特征造型的方法 依据斜齿 轮的形成原理 利用其开发工具程序 p r o g r a m 实现了渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化 自动造型 关键词 渐开线斜齿轮 P r o E 参数化设计 三维建模 中图分 类号 T H 1 3 2 4 1 T P 3 9 1 文献标 志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 0 0 6 0 1 0 8 0 3 Pa r a me t e r i z e d M o d e l o f He l i c a l Ge a r Ba s e d o n Pr o E HU A N G L i j u a n N a n j i n g C o l le g e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y N a n j i n g 2 1 0 0 4 6 Ch i n a Ab s t r a c t This p ap e r in t r o du c e s t h e met h o d o f de s i g n i n g he l ic a l ge a r s 3 D mod e l b y t h e u s e o f p r o g r a m o f Pr o E a n d r ea l iz e s t h e p a r a me t e r iz e d mod e l of h e l ic al g e ar wit h t h e p r og r am Ke y wor d s h e l ic al g e ar Pr o E p a r ame t er i z e d d e s i g n 3D mo de 1 0 引言 P r o E Wi l d fi r e是 由美 国 C公 司 开发 的 三维 C A D 软件 具有机械零件设计 装配设计 工程图制作 结构分 析 运动仿真 工业造型设计和模具设计制造等功能 该 软件现已广泛应用于航空航天 汽车 机械 N C加工 电子 等诸多行业 其参数式的设计 使用户可以运用强大的数 学运算方式 建立各尺寸间的关系式 使模型 自动计算出 应 有的外形 本 文应 用 P r o g r a m模 块对 渐开线斜 齿轮进 行参数化设计和自动造型 渐开线斜齿轮传动冲击和噪声小 工作平稳 承载能 力高 在高速 重载机械中应用广泛 但齿形比较复杂 在 一 般的三维软件中很难实现齿廓的精确建模 基于斜齿 轮渐开线齿面的生成原理 结合 P r o E程序研制出直齿圆 柱斜齿轮实体造型的自动化设计程序 用户只要输入齿轮 的设计参数 齿数 当量模数 压力角 变位系数 齿槽圆 角半径 齿宽 就可以快速地生成斜齿轮实体 从而进一 步实现齿轮机构的虚拟装配 仿真加工以及数控编程等 该设计使用简单方便 可以广泛地应用于机械产品造型设 计 中 1 斜齿轮 的参数化造 型 斜齿轮轮齿三维造型的创建方法主要有 1 根据斜 齿轮参数 首先生成单个轮齿 再由轮齿绕齿轮中心轴线 旋转复制 最后合成一个整体 2 根据斜齿轮参数 首先 生成齿坯和单个齿槽 再 由齿槽绕齿坯中心轴线旋转复 制 生成斜齿 轮三维造型 现选用 方法 2创 建斜 齿轮 因 此关键在于单个渐开线齿槽 造型的创建 1 1 斜齿轮单 个齿槽造型 的创建 使用绘制基准曲线中的 F r o m E q u a t i o n选项 输入方 程式获得渐开线曲线 将其镜像得到轮齿的齿槽轮廓曲 线 然后以变截面面扫描 v a r i a b l e s e c t i o n s w e e p 的方法在 齿坯面沿螺旋轨迹线扫描切削出单个齿槽 1 给定斜齿轮的设计参数 标准斜齿轮的几何尺寸决定于齿轮的6个基本参数 因此 在斜齿轮建模之前 首先确定其设计参数 并赋初始 值 如下 齿数 2 0 法面模数 m 2 i n n 法面压力角 2 5 螺旋角 口 1 5 法面变位系数 0 2 法面齿顶高 系数 h 1 法面顶隙系数 c 0 2 5 齿宽 W 1 5 m m 齿根 圆角半径 P 0 2 m m 2 编辑 P r o g r a m和添加斜齿轮几何关系式 用 T o o l P r o g r a m E d i t D e s i g n命令 输入斜齿轮参数和 几何尺寸关系式 如下 I NPU T Z NUMB ER 请输入齿数 M NUMBER 请输入模数 P RES S URE ANGLE NUMB ER 请输入压力角 NUMBE R 请输入齿宽 BN NUMB ER 请输入螺旋角 HA N NUMBER 请输入齿顶高系数 C N NUMBER 请输入顶隙系数 作者简介 黄丽娟 1 9 7 9 一 女 安徽黄 山人 讲师 硕士 研究方 向为机械 C AD C AM技术 1 0 8 h t t p Z Z HD c h i n a j o u r n a 1 n e t C l l E m a i l Z Z H D c h a i n a j o u r n a 1 n e t c a 机械制造与 自动化 信息技术 黄丽娟 基于 P r o E的渐开线斜齿轮参数化 自动造型 X NUMB ER 请 输入 变位系数 RAD NUMBER 请 输入齿根圆弧倒角半径 E ND I NPUT RELA T 1 0NS MT M C O S B N 将法 向模数换算成端面模数 A T A T A N T AN P R E S S UR E A N G L E C O S B N 将 法 向压力角换 算成 端面压力角 XT X N C O S B N 端面变位系数 D Z MT 节 圆直径 D B D c o s A T 基 圆直径 HA M HA N X N 齿顶高 H F M H A N C N x N 齿根高 D A D 2 HA 齿顶圆直径 D F D一2 HF 齿根圆直径 P T P I M T 端 面分度 圆齿距 S T P T 2 2十X T T A N A T MT 端 面分度 圆齿厚 I N V T A N A T 一A T P I 1 8 0 渐开线 函数 S T B D B S T D I N V 端 面上基 圆齿厚 ANG S T B S T B DB 2 1 8 0 P I 端 面上基 圆齿厚 所 对应的圆心角 S fl A 3 6 0 Z A N G S T B 端面上基 圆齿槽宽所对应的圆心角 E ND RELA ONS 3 建立斜齿轮毛坯 用 C r e a t e P r o t r u s i o n E x t r a d e命令 以 F R O N T面为绘 图面 T O P为顶 面做一个 圆柱 完成后加入关 系式 圆柱直径 D d a 圆柱厚度 D W 4 建立 渐开线 曲线 创建一个和 T O P面有 一定角度 的基准 面 D T M1 再建 一 个 与 D T M1垂 直 的 基 准 面 D T M2 接 下 来 以 D T M1 D T M2和圆柱平面为基准创建一个坐标系 C S 0 轴方向 在 D T M1上 Y轴在 D T M2上 输人关系式 d 4 3 6 0 z 接下来作渐开线 坐标系选 C S O 类型选柱面坐标 输 入方程式 r d b 2 c o s 4 0 t t h e t a t a n 4 0 t 1 8 0 p i 一4 0 t s i t a 2 z 0 作出一条渐开线 再用 D T M 2为镜像面作出另外一条 渐开线 如 图 l 所示 图 1 一对渐开线 曲线 Ma c h i n e B u il d in g口 Au m m a t i o n De c 2 0 1 0 3 9 6 1 0 8 1 1 0 5 建立螺旋轨迹线 根据螺旋 角的定义 在 节圆齿面的展开 图 图 2 中 J8 为螺旋角 那么在直角三角形 A O B中 A B W T A N JB A B对应在节 圆圆柱 面上 就是弧 A B的长度 这样 就计算出 一 个齿所对应 的圆心角的度数 为 0 3 6 0 W T A N P I D 1 0 图 2 节 圆齿面展 开 选 择 基准 曲线 从方程 坐标 系 C S 0 类 型为柱 面坐 标 系 根据 以上 的 计 算结 果 可用 方 程 做 出一 条 螺 旋 线 如 图 3所示 其方程 如下 S I T A 3 6 0 W T A N B N P I D R D 2 T HE TA T S I TA 2 Z T W 改变 t h e t a的正负值可使螺旋线左旋或者右旋 得到 左旋 右旋 齿轮 图 3螺旋轨迹线 6 变截面扫描齿槽 启动变载面扫描 以 D T MI作为绘图面 经过圆柱中 心作一条基准直线 作为变截面扫描的原点轨迹 选择螺 旋线和中心线作为扫描轨迹线和原点 圆柱平面作为绘图 面 D T M1面作为参考面 进入草图环境作截面 用 使用 边 选择两条渐开线 再用同心弧作两条圆弧 作一个封 闭的截面 图 4 图 4 扫描截面轮 廓图 1 0 9 信息技术 黄丽娟 基于P r o E的渐开线斜齿轮参数化 自动造型 加入关 系式 s d l 1 d r 2 为了使截面伸 出齿顶 圆面 增加 去除材 料的成 功率 s d l 4 d a 2 2 s d l 2 r a d s d l 0 r a d s 确定 退出绘图界面 选择 去除 材料 确定 这 样就 刻出一个齿槽 如图 5所示 图 5 第一个齿槽 1 2 斜齿轮 全部 齿形的创 建 1 设置群组 将于第一 个齿槽 造型 相关 的特 征全部 组合在一起 用命令 E d i t G r o u p合成群组 2 利用 P a t t e n复制群 组 把 第一个 齿槽造 型 的群组 用 E d i t C o p y Mo v e 命令绕齿轮轴 A一 2 旋转 3 6 0 z的角度得到第 2个齿槽造型 用 P a t t e n 命令阵列群组 并通过关系式完成全部齿形 利用 命令 T o o l R e l a t i o n s 加入关 系式 d 43 3 6 0 z d 55 360 z p 5 6 一1 这样 就完成 厂渐开线斜齿圆柱齿轮全部齿型特征的 创建 如 图 6所示 1l 0 图 6 全部齿形轮廓 1 3 自动生成齿轮模 型 在创 建好 的斜齿轮模 型的基础上 使 用者就可 以通过 修改参数 变更成 自己所需 的齿轮 例如 创 建如下齿 轮 齿数 1 8 法面模数 m 2 m m 法面 压力 角 2 0 螺旋角 l 7 法面变位 系数 0 2 其 他参 数不变 1 读取所创建的变位右旋斜齿轮 2 更改设计参数 执行 R e g e n e r a t e E n t e r 命令 根据 窗口提示 的信息 分别输入 l 8 2 2 0 1 7 0 2 生成 的斜齿 轮模型如 图 7所示 2 结论 图 7 斜齿轮的 自动造型 P r o g r a m是 P r o E的使用简单 应用灵活的二次开发 工具 采用上面提供的方法可以很方便的生成渐开线斜 齿轮 可操 作性强 还 可 以通 过 添加设 计变 量 实现 零件 的参数化设计 不仅提高了工作效率 而且能更好地为齿 轮机构的仿真和有限元分析服务 工程人员在设计渐开 线斜齿 圆柱齿轮 时 只要 调用斜齿轮基 本模 型 人机交互 地输入设计所需的齿数 法面模数 法面压力角 螺旋角 法面变位系数等参数 系统即可 自动生成 自己想要 的斜 齿轮的三维造型 从而使设计人员减少繁琐复杂的重复 劳动 参考文献 1 詹友 刚 P r o E Wi l d fi r e 英 文野火版 教程 通