差速器的参数化设计

差速器的参数化设计摘要：直齿圆锥齿轮广泛的应用于汽车差速器上，由于其形状很复杂,设计过程中需要计算的参数很多。一般是先计算其相关参数,然后在CAD软件中手工造型。其设计过程复杂繁琐，重复性劳动太多，并且对于同一类型但尺寸不同的圆锥齿轮不能实现模型的自动更新。如果对CAD软件进行二次开发,编制专用的圆锥齿轮参数化设计系统则可以解决这个问题。本设计选择采用UGNX软件，利用UG二次开发工具UGOPENAPI和VC+联合开发了汽车差速器圆锥齿轮的参数化实体造型系统,该系统能够根据输入的参数精确而快速地生成齿轮实体模型，大大提高了设计质量和设计效率。关键词：差速器，直齿圆锥齿轮，UG，二次开发，参数化ParametricdesignofdifferentialAbstract：Straightbevelgearsarewidelyusedindifferential,becauseitsshapeisverycomplicated,alotofthedesignprocess.Isgenerallythefirsttorelatedparameters,andthenmanuallyintheCADsoftwaremodeling.Thedesignprocessiscomplex,repetitiveworktoomuch,andtupdatethesametypebutsizesofbevelgearcannotachievemodel.IfthetwosecondarydevelopmentofCADsoftware,makingthebevelgearparametridesignsystemcansolvethisproblem.ThisdesignusesUGNXsoftware,parameterizedsolidmodelingsystemusingtheUGtwodevelopmenttoolUGOPENAPIandVC+jointdevelopmentofautomobiledifferentialbevelgear,thesystemcanaccordingtotheinputparametersaccuratelyandquicklygenerategearsolidmodel,greatlyimprovethedesignqualityanddesignefficiency.Keywords:Differential，Straightbevelgear，UG，Re-develop，ParametricI目录1前言.11.1课题研究背景.11.2课题研究的目的以及研究内容.11.3本课题研究的主要工作.22差速器参数化系统.32.1系统开发软件简介.32.1.1UG软件简介.32.1.2VC+简介.32.2UG二次开发技术简介.32.2.1UG/OPENAPI.42.2.2UGOPENUIStyler.43差速器的设计.63.1汽车差速器的功用及其分类.63.2设计差速器的选型.83.3设计初始数据的来源与依据.83.4差速器结构分析简图.83.4.1差速器结构方案图.83.4.2差速器的结构分析.93.4.3差速器的工作原理.10II3.5差速器非标准零件的设计.123.6锥齿轮最终设计方案.153.7差速器壳体的建模.194差速器的三维参数化建模.204.1直齿锥齿轮的手工建模.204.1.1直齿锥齿轮的建模思路.204.1.2齿轮常用的齿形曲线渐开线.214.1.3渐开线的形成及其特性.214.1.4绘制思路.234.2绘制过程.244.2.1建立渐开线齿廓曲线.244.3差速器的整体模型.274.4直齿锥齿轮的参数化建模.284.4.1创建人机交互界面对话框.284.4.2编写菜单文件.294.5创建应用程序框架.30结论.34参考文献.35致谢.36附录.37III11前言1.1课题研究背景差速器作为传动系统的主要部件之一,主要安装在驱动桥内,其各构件的强度和力矩的分配,对车辆的转向性能、通过性和可靠性有决定性的影响。汽车在转弯过程中,两侧车轮在相同时间滚过的距离往往是不同的,内侧车轮滚过的距离短，外侧车轮滚过的距离远1。即使汽车作直线行驶,也会由于各种原因，例如，路面不平、轮胎的磨损而高低不平、汽车内部的磨损导致汽车倾斜等种种原因导致左右车轮行驶距离的不同。在这种工况下,如果两侧驱动轮刚性连接,其速度只能是相等的,则在转弯或是直线行驶时,都可能引起车轮的滑移或滑转。如果轮胎经常处于滑移或滑转状态,不仅会加剧轮胎磨损,功率和燃料消耗,而且使转向沉重,影响汽车的通过性和操纵稳定性。因此,为了使两侧驱动轮可用不同的速度旋转,一般在两半轴间安装差速器2。差速器如此重要，其设计也很繁琐复杂，直齿锥齿轮、壳体设计都比较复杂。如果对CAD软件进行二次开发,编制专用的圆锥齿轮参数化设计系统则可以解决这个问题。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化,使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同的数值,就可得到不同大小和形状的零件模型,从而加快新产品开发周期，提高设计效率，减少重复劳动。在目前流行的三维CAD/CAE/CAM软件中,Pro/E、UGNX、CATIA和SolidWorks以其强大的三维建模功能以及优秀的参数化技术,在制造业得到了广泛的应用。运用UG二次开发技术，采用参数化设计其部件，可以大大减轻工作量，提高工作效率，加快工作完成进度。本设计选择采用UGNX软件，利用UG二次开发工具UGOPENAPI和VC+联合开发了汽车差速器圆锥齿轮的参数化实体造型系统3,该系统能够根据输入的参数精确而快速地生成齿轮实体模型，大大提高了设计质量和设计效率。21.2课题研究的目的以及研究内容研究目的：完成差速器的参数化设计，从而能够在UG中快速生成差速器部件模型。本设计主要是基于WINDOWS平台在VC+环境下创建UGNX三维设计软件的二次开发工程。其具体内容为：（1）三维造型在UG建模系统里面进行直齿锥齿轮和差速器的三维造型；（2）搭建框架用VC+创建二次开发工具应用程序基本框架；（3）编译与连接用已经做好的两个库文件来执行；（4）菜单设计在UGOPENUI系统的菜单栏里添加新的菜单；（5）UI(用户界面)对话框通过资源文件的编写和控制程序来实现用户界面对话框的生成；（6）模型生成通过在对话框中输入所需参数值，实现三维模型的生成3。1.3本课题研究的主要工作(1)差速器的设计选择某种车辆的差速器，分析其驱动参数，计算得到差速器部件的各种数据。再根据其数据，完成一种差速器的设计。(2)直齿圆锥齿轮以及差速器的建模根据计算得到的差速器数据，计算相应的直齿锥齿轮参数。根据此数据，在UG建模系统中，完成锥齿轮的三维建模。在此基础上，完成与锥齿轮的配合的差速器壳体的三维建模，并完成齿轮与壳体的装配，完成差速器的整体建模。(3)User-Function函数的应用以及代码编译学习UF函数，并在VC+框架中实现函数的调用，能够完成简单的二次开发应3用。在此基础上，逐步完成设计所需代码的编译。(4)UGOPENAPI模块完成二次开发首先，在UGOPENUIStyler模块完成用户界面的设计；然后在VC+中建立关于UG的工程，编译代码，实现User-Function函数的调用；最后实现用户界面与UG工程的接口函数的编译，实现二次开发的利用。完成参数化设计。(5)调试检验二次开发编译的代码可能存在问题，逐步分析代码，找出并修正错误。同时调试二次开发生成的文件，能够实现参数化出图。2差速器参数化系统2.1系统开发软件简介2.1.1UG软件简介UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，主要功能有：工业设计、产品设计、NC设计、模具设计，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。2.1.2VC+简介VC+全称MicrosoftVisualC+，是微软公司推出的开发WIN32环境程序，面向对象的可视化集成编程系统。它不但具有程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可开发多种程序等优点，而且通过简单的设置就可使其生成程序框架支持数据库接口、OLE2、WinSock网络、3D控制界面4。42.2UG二次开发技术简介UG软件作为CAD/CAE/CAM一体化软件系统,不仅具有强大的实体造型、曲面造型、参数化造型、装配和工程图创建等功能,还提供了功能强大的二次开发工具UG/OPEN。UG/OPEN随UG一起发布,以开放性架构面向不同的软件平台提供灵活的开发支持用户或第三方可以使用该开发工具,开发出基于UG系统的应用程序,实现与UG系统的无缝集成,从而满足用户的特殊需求5。UG/OPEN开发工具主要包括4个模块,即UG/OPENAPI、UG/OPENGRIP、UG/OPENMenuScrip、UG/OPENUIStyler。本次设计主要选用UG/OPENAPI和UG/OPENUIStyler，以下是两种模块简介。2.2.1UG/OPENAPIUG/OpenAPI(UG开放应用程序接口)，也称作UserAPI，也称作UserFunction(用户函数)。它是UG/Open二次开发软件包Function(用户函数)的一个重要组成部分。其核心包括了约2000个C函数，分别用来实现大部分的UG操作。通过调用这些C函数，用户自编的程序能查询并修改UG对象模型，处理使用者和UG界面的交互,控制UG的行为等。UG/OpenAPI提供了比GRIP更多的对UG及其模块进行操作的功能，包括建模、装配、有限元分析、机构运动分析、制造等。它支持C/C+语言，可以充分发挥C语言编译、运行效率高，功能强大的特点。并且，这些API函数可以无缝地集成到C+程序中，并利用强大的MicrosoftVisualC+集成环境进行编译。这样，就可以充分地发挥出VC强大的功能和极其丰富的资源，包括MFC类库，使用面向对象的软件工程方法，优质高效地进行软件的开发。根据程序运行环境的不同，UG/OpenAPI程序可分为两种模式：(1)外部(External)程序模式：UG/OpenAPI外部程序可以脱离UG环境在操作系统下单独运行，运行的结果通常不能在UG图形界面中显示，也无用户交互界5面，所以应用较少。通常用于不需要图形界面的后台应用程序，如打印机或绘图仪输出。(2)内部(Internal)程序模式：UG/OpenAPI内部程序只能在UG环境下运行，用VC+将应州程序编译链接生成动态链接库(*.dll)文件，UG启动时会自动加载动态链接库，供用户菜单调用，用户开发的应用程序能与UG软件无缝集成。并且这种模式下有较好的人机交互性，因此应用较为广泛。2.2.2UGOPENUIStylerUG/OpenUIStyler是一个构建UG风格对话框的直观可视化的编辑器。通过选择和放置对话框控件，能实现所见即所得，可以避免复杂的图形用户接口(GUI)编程。而且，UIStyler创建的对话框可以在MenuSeripl中调用，因此可以实现在UG菜单项上调用UIStyler创建的对话框，从而将用户应用程序和UG完全融合。对话框创建完成后，会在具存放的目录下自动生成3个文件，分别是*.dig、*.template.C和*.h文件6。其中*.dlg是对话框资源文件，定义了对话框样式及控件事件的响应函数名称，存放在用户目录下面的applleation目录内，供用户菜单调用；*.template.c是C语言源文件模板，它包含了对话框所有回调函数的定又，提供了一个具有对话框应用的程序框架，该程序框架通过调用UG/OpenAPI函数和访问对话框资源文件，实现最初的对话框界面功能，在程序标明的位置添加用户代码，编写问调函数即可以实现具体的应用功能；*.h文件是对话框头文件。它包含了对话框控件标识的定义以及控件事件响应函数原型的声明，供VisualC+编写应用程序时使用。63差速器的设计3.1汽车差速器的功用及其分类在汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”。差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。差速器的种类趋于多元化，功用趋于完整化，目前汽车上最常用的是对称式锥齿轮差速器，还有现在各种各样的功能多样的差速器。如：轮间差速器、防滑差速器、强制锁止式差速器、高摩擦自锁式差速器、托森差速器2。其中的托森差速器是一种新型差速器机构，它能解决在其他差速器内差动转矩较小时不能起差速作用的问题和转矩较大时不能自动将差速器锁死的问题。差速器按其结构不同可以分为以下几种形式：（1）齿轮式：汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、质量小等优点。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器等。（2）凸轮式：现在常见的是滑块凸轮式差速器，它是一种高摩擦自锁差速器，结构紧凑、质量小、但是结构较复杂。（3）蜗轮式：蜗轮式差速器也是一种高摩擦自锁差速器，这种差速器结构复杂，制造精度要求高，因而限制了它的应用。（4）牙嵌式：牙嵌式自由轮差速器是自锁式差速器的一种，该差速器工作可靠，使用寿命长，锁紧性能稳定，制造加工也不复杂。下面介绍普通对称式锥齿轮差速器：普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差速器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成7。由于其结构简单、工作平稳、制造7方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构。8如图3.1所示普通锥齿轮差速器的结构图。图3.1普通锥齿轮差速器如图3.2所示普通锥齿轮差速器的结构分解图。9图3.2普通锥齿轮差速器结构分解图3.2设计差速器的选型汽车上广泛采用的是对称锥齿轮式差速器，它具有结构简单、质量小等优点。它又分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强锁止式差速器等2。本设计选取某轿车上的普通锥齿轮式差速器，差速器左、右壳，2个半轴齿轮，2个行星齿轮，行星齿轮轴,半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。如上图3.1和图3.2。3.3设计初始数据的来源与依据目标车型参数如下表3.1：表3.1目标车型参数表轴距2.62m整车重量2382Kg车轴载荷分配60/40最大车速192Km/h轮胎半径0.35m最低档传动比4.453主传动比2.18发动机经过变速箱后输出转矩3500Nm103.4差速器结构分析简图3.4.1差速器结构方案图如图3.1,对称式行星锥齿轮主要是由差速器左右壳，两个半轴齿轮1和3，两个行星齿轮2和2，主动齿轮5，从动齿轮4组成。动力传输到主动齿轮5，带动从动齿轮4转动。安装在从动齿轮的轴支架又带动安装在它上面的行星齿轮2和2转动，行星齿轮与半轴齿轮相互啮合，所以又将转矩传递给半轴齿轮1和3，半轴齿轮与半轴相连，半轴又将动力传给驱动,完成汽车的行驶5。其具有结构简单、工作平稳、制造方便、安装方便、调试简单等优点。差速器结构方案图如如下图3.3：图3.3差速器结构方案图113.4.2差速器的结构分析（1）行星齿轮2的背面大都做成球面，与差速器壳配合，保证行星齿轮具有良好的对中性，以利于和两个半轴齿轮1和3正确地啮合；（2）由于行星齿轮2和半轴齿轮3是锥齿轮传动，在传递转矩时，沿行星齿轮和半轴齿轮的轴线有很大的轴向作用力，而齿轮和差速器壳之间又有相对运动。为减少齿轮和差速器壳之间的磨损，在半轴齿轮背面与差速器壳相应的摩擦面之间装有平垫圈，而在行星齿轮和差速器壳之间装有球面垫圈7。当汽车行驶一定得里程。垫圈磨损后可以通过更换垫圈来调整齿轮的啮合间隙，以提高差速器的寿命。（3）在中、重型汽车上由于需要传递的转矩较大，所以要安装四个行星齿轮，行星齿轮轴也要用十字轴。此次选用的差速器是某轿车，为小型汽车，故只安装两个行星齿轮，中间用轴连接支撑。3.4.3差速器的工作原理差速器采用对称式锥齿轮结构，其原理如下图3.4所示图3.4差速器差速原理图差速器壳3与行星齿轮5连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿12轮6固连在一起，故为主动件，设其角速度为。半轴齿轮1和2为从动件，其角0速度为和。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿12轮的中心点为C，A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为r。当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为.于是，=，即差速器0120不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度7。行星齿轮在公转的同时也在进行自传，如图当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度自转时，啮合点A的圆周速度为=+，啮合点B的圆4104周速度为=-。于是有：204+=（+）+(r-)120404即+=2120若角速度以每分钟转数n表示，则：+=2（3-1）120式（3-1）为两半轴齿轮直径相等的对称式齿轮差速器的运动性方程式。它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此，在汽车转弯行驶或其他行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动7。由式（3-1）可得知：(1)当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；(2)当差速器壳转速为零时，若一侧半轴齿轮受到其他外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。对称式锥齿轮差速器的转矩分配：由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、0行星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮。行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮的半径也是相等的。因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩平均分配给013左、右两半轴齿轮，即=/2（3-2）120当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速大于右半轴1转速，则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。此时行星齿轮孔与行星2齿轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星齿轮所受的摩擦力矩方向与行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右半轴齿轮附加作用了大小相等而方向相反的两个圆周力，因此当左、右驱动车轮存在转速差时，=（-）/2，=（+）/2.（3-3）1020左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩。为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K表示K=（-）/=/（3-21004）差速器内摩擦力矩和其输入转矩（差速器壳体上的力矩）之比定义为差0速器锁紧系数K。快慢半轴的转矩之比/定义为转矩比，以21=/=(1+K)/(1-K)（3-5）21目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数K=0.050.15，转矩比为1.11.4。可以认为，无论左、右驱动车轮转速是否相等，其转矩基本上总是平均分配的。在图3.5容易看出汽车在直线行驶时候两半轴的转速相等和在转弯行驶时实现两半轴转速不等：14图3.5差速器工作时转矩变化图当汽车在直线行驶时，此时行星齿轮轴将转距平均分配两半轴齿轮，两半轴齿轮转速恒等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的。此时左右车轮的转速时相等的。而当汽车转弯行驶时，其中一个半轴转动一个角，两半轴的转矩就得不到平均分配，必然出现一个转速大，一个转速小，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶。3.5差速器非标准零件的设计本次设计选用的差速器为两个行星齿轮，一根直销轴的整体式壳体差速器。非标准件主要有行星圆锥齿轮和行星齿轮轴。对于安装在半轴之间的差速器它的尺寸受到轴承座的限制，而影响差速器尺寸的主要就是齿轮的尺寸，所以如何把齿轮设计得更加优化就显得更加重要。如下图3.6为行星齿轮初步方案图。15图3.6行星齿轮的方案图（1）行星齿轮数目n的选择轿车常用2个行星齿轮,载货汽车和越野汽车多用4个行星齿轮,少数汽车采用3个行星齿轮。本次设计选用两个行星齿轮。即行星齿轮数n=2.（2）行星齿轮球面半径的确定以及节锥距的计算0行星齿轮差速器的结构尺寸，通常取决于行星齿轮的背面的球面半径，它就是行星齿轮的安装尺寸，实际上代表了差速器锥齿轮的节锥距，因此在一定程度上也反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力。球面半径可按照如下公式确定：=mm（3-6）3上式中：16KB为行星齿轮球面半径系数。可取2.522.99，对于有两个行星齿轮的汽车来说，取大值，对于有4个行星齿轮的汽车取小值。此处取2.58。T为差速器计算转矩（N.m）,T=minTce,Tcs；取Tce和Tcs的较小值。球面半径。转矩的计算：T=（3-7）2.=28609.860%0.350.951=3960Nm上式中：T计算转矩；汽车满载时，一个驱动桥给水平地面的最大负荷，此处取2382N。（根据轿2车参数选取经验值）轮胎对地面的附着系数，一般取0.85。车轮的滚动半径，此处取0.35m。，分别为由所计算的主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率和减速比，传动效率为0.95，减速比为1。则球面半径=2.58=40.8mm。33960差速器行星齿轮球面半径确定后，则可根据经验公式预计算节锥距：0=（0.980.99）017=0.9940.8=40.39mm则可以初步选取节锥距为40mm。（3）行星齿轮与半轴齿轮齿数计算为了得到较大的模数从而使齿轮有较高的强度,应使行星齿轮的齿数尽量少，但一般不应少于10。半轴齿轮的齿数采用1425。半轴齿轮与行星齿轮的齿数比多在1.52范围内。在任何圆锥行星齿轮式差速器中，左右两半轴齿轮的齿数和之和能被行22星齿轮的数目n所整除，否则将不能安装，即应满足：（）/n=整数2+2上式中：、为左右半轴齿轮的齿数，对于对称式圆锥齿轮差速器来说，有：22=22n为行星齿轮数目；综上，本课题设计中取行星齿轮齿数10，半轴齿轮齿数15。（4）差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定先初步求出行星齿轮和半轴齿轮的节锥角和：12=arctan（）=33.69（3-8）112=arctan（）=56.31（3-9）221上式中，行星齿轮和半轴齿轮齿数。12然后可以初步确定圆锥齿轮的大端模数：18m=4.4201sin1202sin2上式中，在前面已初步确定。0，1，2算出模数后，节圆直径d即求得：d=mz（3-10）则可得出：=m=4.410=44；11=m=4.415=66。22（5）压力角的确定过去汽车差速器齿轮都选用20的压力角,这时齿高系数为1,而最少齿数是13。目前汽车差速器齿轮大都选用2230的压力角,齿高系数为0.8,最少齿数可减至10,并且在小齿轮(行星齿轮)齿顶不变尖的条件下还可由切向修正加大半轴齿轮的齿厚,从而使行星齿轮与半轴齿轮趋于等强度2。由于这种齿形的最少齿数比压力角为20的少,故可用较大的模数提高齿轮的强度。某些重型汽车和矿用汽车的差速器也可采用25的压力角。在具体设计方案中我们综合考虑压力角为22.5和25情况。在本次设计中，由于本设计的车型整车重量比普通微型车大很多，为了增加齿轮强度，因此我们考虑将齿轮的压力角25的压力角。3.6锥齿轮最终设计方案由以上计算的可选择得到圆锥齿轮的参数，如下表3.2所示：表3.2圆锥齿轮几何参数计算表行星齿轮数目选择219=.=3500（2.184.05）10.90.=686712758Nm=1000/（25043.1416）=0.316m./（）=2.=23829.860%0.850.316/0.95=3960Nm行星齿轮球面半径的确定取=3960Nm=2.522.99=2.58行星齿轮球面半径系数=340.82mm行星齿轮齿数110半轴齿轮齿数215模数m4.5mm预选节锥距=（0.980.99）040.00mm齿面宽F=（0.250.3）=10120取F=12mm齿工作高=1.6m7.2mm齿全高h=1.788m+0.0518.10mm压力角25轴交角90节圆直径=m1145mm2021续表3.2圆锥齿轮几何参数计算表=m12267.5mm=arctan（）11/233.69节锥角=90-2156.31节锥距=d/（2）0sin140.56mm周节t=3.1416m14.14mm=-124.53mm齿顶高=0.43+0.370/m2(2/1)22.68mm=1.788m-113.52mm齿根高=1.788m-225.37mm径向间隙C=h-0.90mm=arctan()11/04.96齿根角arctan()2=2/07.55arctan()1=1/06.37齿顶角arctan()2=2/03.77面锥角=+011140.0622+02=2260.08=-11128.73根锥角=-22248.7623续表3.2圆锥齿轮几何参数计算表外圆直径=+20111cos152.53mm=+20222cos270.47mm=/2-sin0121131.24节锥顶点至齿轮外援距离：=/2-sin0212220.28mm=t-127.69mm理论弧齿厚=t/2-(-)-m212tan6.44mm齿侧间隙B：0.1270.178B=0.15mm=-/(6)-B/21113127.58mm弦齿厚=-/(6)-B/22223226.36mm=+/(4)1112cos114.80mm弦齿高=+/(4)2222cos222.76mm切向变位修正系数-0.0524=/(2)11cos127.04mm当量齿轮分度圆半径=/(2)22cos260.80mm当量齿轮齿顶圆半径=+11131.56mm24=+22263.47mm=arcos(cos/)11139.06当量齿轮齿顶压力角=arcos(cos/)22229.7525续表3.2圆锥齿轮几何参数计算表=/-2(inv-111111inv)2.69mm大端齿顶圆齿厚=/-2(inv-222222inv)3.90mm以上是行星齿轮的参数，可以依据此参数在UG建模中实现行星齿轮的三维建模。3.7差速器壳体的建模对于差速器壳体,其主要功用是支撑齿轮组的质量,并承受主减速器传来的转矩和振动,因此它应该满足如下设计要求:(1)应具有足够的强度和刚度；(2)在保证强度和刚度的前提下,尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性；(3)结构工艺性好,成本低；(4)拆装、调整、维修保养方便。根据设计好的齿轮组的轮廓尺寸并且考虑一定的壁厚以及必要的工艺要求,采用经典的整体式差速器壳体，其三维模型如下图3.5：26图3.5差速器壳体模型274差速器的三维参数化建模4.1直齿锥齿轮的手工建模4.1.1直齿锥齿轮的建模思路圆锥齿轮是一种形状复杂的三维实体，其造型精度的高低将直接影响到后续的有限圆分析、仿真结果以及齿轮的制造精度。目前，工程中常用的圆锥齿轮三维造型方法主要有两种：一种是利用二次开发的方法来实现其造型；二是利用三维造型软件提供的强大的造型功能完成齿轮的造型。其中，二次开发的方法要求设计人员有一定的编程水平，造型周期相对较长，而且编出的软件也仅适用于特定的齿轮造型；而利用三维造型软件可以在较短的时间内实现形状复杂零件的三维造型3。首先绘出锥齿轮的轴截面草图，然后对草图进行尺寸约束，在设计锥齿轮时要确定主要参数，这样才能使成型的物体驱动。我确定的主要参数是模数m，齿数z，顶锥角。其他的尺寸都应该用主要参数表示。然后对草图进行旋转，形成齿轮坯。然后利用规律曲线功能在齿轮背锥面的切平面上生成齿廓线，接着在同一平面上做齿底弧草图。锥齿轮的齿廓曲线在理论上是球面曲线，但是球面不能展开成平面，这给圆锥齿轮的设计和制造带来了很多困难，所以人们便采用一种近似的方法来研究圆锥齿轮的齿廓曲线：用背锥上的齿形来代替大端球面上的理论齿形，背锥可以展开成平面，把背锥上的齿形展开到与之相应的平面上，补全齿轮，即可得到一圆拄齿轮齿形9。该齿轮称为相应圆锥齿轮的当量齿轮，用当量齿轮的齿形来代替直齿圆锥齿轮大端球面上的理论齿形，其误差是很小的，所以，可以先求出当量齿轮的齿形曲线，然后缠绕到背锥上，即可得到圆锥齿轮大端齿廓曲线。我无法利用齿顶圆，分度圆和齿根圆确定齿底弧。后来我想分锥角是一定的，而分度圆可以用分锥角和齿顶高表示，同样齿根圆可以用分锥角和齿根高表示，而齿顶圆可以利用轴截面草图确定，所以我利用这种关系间接的用齿顶高和齿根高确定齿底弧草图。然后对齿底弧进行扫描，接着做出引导线，然后进行剪切，生成一个单个的齿，然后对齿进行阵列，这样就完成了锥齿轮的三维参数化建模。再作出孔和键槽。284.1.2齿轮常用的齿形曲线渐开线首先分析渐开线齿形曲线的特性，建立了相应的渐开线数学模型，以此指导渐开线齿廓的参数化建模。目前齿轮齿形曲线通常采用渐开线、摆线及变态摆线，近年来还有圆弧和渐开线齿形等。齿形齿廓除了要满足定传动比外，还必需从设计、制造、测量、安装及使用等方面要求，和其它的齿形相比，渐开线拥有保持瞬时传动比恒等和可分离性等优点，因此绝大部分的齿轮都是采用渐开线作为齿形齿廓的10。齿轮的齿廓曲线包括齿顶圆部分、齿形曲线部分、过渡曲线及齿根圆部分如图4.l所示。其中齿形曲线部分为齿轮啮合传动接触的重要部分，也是构造齿廓的重要曲线。图4.1齿廓曲线组成4.1.3渐开线的形成及其特性1、渐开线的形成的原理当有一条直线(常称发生线)在一个半径为的固定圆的圆周上作纯滚动时，如下图，直线上任意点A的运动轨迹线AA。就是形成的渐开线。图中半径为的固定圆称为渐开线的基圆。由图可知，当发生线在基圆上做纯滚动时，发生线上的一些任意点如B、C都会展出渐开线。尽管这些渐开线的位置不同，但渐开线的形状相同11，如图所示。29渐开线齿轮的轮齿齿形就是由两条对称的渐开线所形成:图4.2渐开线的形成2、渐开线特性：（1）渐开线自基圆开始，基圆外面才有渐开线，基圆以内无渐开线；（2）渐开线上任意点的法线必切于基圆，切于基圆的直线必为渐开线上一点的法线；（3）发生线与基圆的切点G。是渐开线在点A的曲率中心，线段AG。是渐开线在点A的曲率半径，渐开线上越接近基圆的点，其曲率半径越小；（4）同一基圆上任意两条渐开线之间各处的公法线长相等；（5）渐开线的形状取决于基圆的大小。在相同展开角处，基圆半径越大，其渐开线的曲率半径越大，当基圆半径为无穷大时，其渐开线变成直线。故齿条的齿廓30曲线就是变为直线的渐开线；（6）渐开线上任意点的法线长度(也是曲率半径)等于发生线在基圆上滚过的弧长12。3、齿轮的齿形曲线对于定传动比的齿轮机构，选择的齿形曲线除了要满足定传动比外，还必需从设计、制造、测量、安装及使用等方面综合考虑1。其中渐开线齿形能够较为全面地满足上述方面的要求，渐开线齿形的优点如下:（1）渐开线齿形能够保证瞬时传动比不变；（2）渐开线齿轮传动具有“可分离性”。渐开线齿轮传动，如果把两轮的中心距离稍微增大或减小些，此时，两轮的啮合时的传动比仍能保持不变。即:渐开线齿轮的瞬时传动比不因中心距稍有变化而发生变化。这种性质称为渐开线齿轮传动的“可分离性”；（3）因为渐开线的形成原理较其它齿形曲线简单，并可用直线廓形的工具进行加工，所以制造精度也容易提高；（4）互换性好渐开线齿轮只要模数和压力角相同都可以互换。加工刀具的通用性也广，一种模数的刀具可加工任意齿数的齿轮。而其他齿形曲线的齿轮基本上没有互换性，常成对调换，并且加工刀具都为专用刀具，设计制造的工作量大12。故目前绝大部分的齿轮都是采用渐开线作为齿形。渐开线齿轮的齿形有着严格的数学方程轨迹，造型复杂，而一般的软件均不提供渐开线和其他高级曲线的功能13。目前，绘制渐开线齿轮齿形的方法有三种，一种是用圆弧近似代替渐开线，这样虽然能够近似画出齿轮轮廓，但存在如下缺点:绘制过程复杂，费时并且容易出错;修改过程困难，不能形成系列化修改不能直接在图中得出渐开线的相应数据。第二种方法是先调用绘制工程图形的专用软件，然后把图形文件导入CAD系统。如果只是为了绘制渐开线而花高价钱购买专用软件显然不合算。第三种方法是利用CAD的二次开发工具来实现渐开线齿轮齿廓的精确绘制，此种方法能够比较精确的绘制31出渐开线齿轮齿廓。此次我们就使用这种方法来绘制渐开线齿轮齿廓14。4.1.4绘制思路首先利用UG中的规律曲线(LawCurve)功能生成齿廓曲线渐开线,然后利用扫掠和抽取几何元素特征操作,建立锥齿基本齿形,接着对该齿形和锥台进行求和特征操作、阵列操作得到相应的直齿锥齿轮三维模型。4.2绘制过程4.2.1建立渐开线齿廓曲线以下是绘制渐开线步骤：1、启动UG，进入主界面，单击“New”命令，选择毫米作为工作单位，设置存储路径，新建名为“zhuichilun”的文件（文件名不能用中文名称，路径名称也不能包含中文名称）。2、进入“model”工作界面，选择“Tools”菜单栏中“Expression”（表达式）菜单命令，弹出【ListedExpression】对话框，如下图4.3所示，依次在“Name”（名称）中输入参数符号，在“Formula”（公式）中依次输入对应的参数初始值，输入完成，单击“OK”。如下图4.4所示。其中，渐开线方程为：Xt=(Db/2)*cos(s)+(Db/2)*rad(s)*sin(s)Yt=(Db/2)*sin(s)-(Db/2)*rad(s)*cos(s)Zt=0314以“t”为变量，坐标原点为基点。利用“Insert”中“Curve”（曲线）的“LawCurve”（规律曲线）生成渐开线，如下图4.5：32图4.3【ListedExpression】对话框图4.4齿轮表达式（Expression）建立33图4.5生成渐开线4、以坐标原点为基点，依次绘出齿顶圆，齿根圆，分度圆，基圆，如下图4.6所示：34图4.6齿顶圆、分度圆、基圆、齿根圆5、进行剪切，镜像、拉伸、阵列，布尔求和等命令，先得到一个齿形，如图4.7再阵列得到基本的锥齿轮模型，如下图4.8所示：图4.7一个齿形图4.8基本锥齿轮模型354.3差速器的整体模型由第3章可得到差速器行星锥齿轮和半轴锥齿轮的数据，依据此数据在UG中建立三维模型。然后与差速器壳体装配，可得到差速器的三维模型，如下图4.9所示：图4.9差速器三维模型4.4直齿锥齿轮的参数化建模4.4.1创建人机交互界面对话框对话框的创建需要用到UG/OpenUIStyler，用以编辑对话框的控件。首先进入UG“model”模式，进入快样式编辑器，添加如下图4.10所示的控件、按钮、文本输入框等所需控件。然后设置对话框本身的属性及其回调函数，如下表4.1所示：表4.1对话框属性及其回调函数属性属性值回调函数对话框标题锥齿轮参数构造函数：XINGXING_construct_fun36线索由参数生成模型应用：XINGXING_apply_fun前缀名XINGXINGOK：XINGXING_ok_fun对话框类型底部CANCLE:XINGXING_CANCLE_fun调用对话框回调按钮样式OK、APPLY、CANCLE可重设对话框大小是图4.10锥齿轮参数对话框其中模块包括：1、齿轮参数计算模块37该模块根据输入的基本参数计算齿轮的形状参数。由于汽车差速器直齿锥齿轮的齿制均为格里森制，故计算所用的公式采用格里森制。2、齿轮齿形生成模块该模块用来计算生成齿廓曲线所需的一些参数,并根据这些参数生成齿廓曲线,然后由齿轮大端和小端的齿廓曲线生成齿廓曲面,最后由两相对齿廓曲面生成齿形实体。3、齿轮实体生成模块首先由齿轮的形状参数生成齿轮中心实体,然后根据齿轮齿数,调用齿轮齿形生成模块,在中心实体上生成沿圆周均匀分布的齿形实体并与中心实体合并,最后根据齿轮形状参数裁减齿轮轮廓,得到最终的齿轮实体14。对话框文件编辑完成后，会在具存放的目录下自动生成3个文件，分别是*.dig、*.template.C和*.h文件。其中*.dlg是对话框资源文件，定义了对话框样式及控件事件的响应函数名称，存放在用户目录下面的applleation目录内，供用户菜单调用；*.template.c是C语言源文件模板，它包含了对话框所有回调函数的定又，提供了一个具有对话框应用的程序框架，该程序框架通过调用UG/OpenAPI函数和访问对话框资塬文件，