二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计与仿真

任务书设计题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计与仿真1设计的主要任务及目标（1）根据设计参数完成二级减速器的设计及图纸绘制；（2）根据设计参数完成减速器仿真模型的建立及仿真零件装配。2设计的基本要求和内容（1）完成二级减速器设计并撰写设计说明书一份；（2）完成所设计零件的零件图及装配图一套；（3）完成仿真模型一份。3.设计的参数（1）传送速度V=0.65m/s（2）鼓轮直径D=350mm，鼓轮轴所需扭矩T690N.m4主要参考文献.1濮良贵,纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.52孙恒,葛文杰.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，2006.53骆素君.机械课程设计简明手册M.北京：化学工业出版社，2006.65进度安排设计各阶段名称起止日期1开题准备2013.12.15-2014.3.012完成二级减速器设计2014.3.01-2014.4.153完成仿真模型建立及装配2014.4.16-2014.5.154完成图纸绘制及说明书撰写2014.5.16-2014.6.105提交设计，答辩2014.6.11-2014.6.20注：一式4份，系部、指导教师各1份、学生2份：毕业设计（论文）及答辩评分表各一份二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计与仿真摘要：本文阐述了二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计和仿真的过程，对减速器的进一步改造。齿轮传动系统是减速器最主要的部分，特别是箱体，精度要求非常的高，还需考虑其它方面对传动轴的影响。在分析各种减速器结构和性能特点的基础上，并利用各种相关的资料和实践中的经验，综合考虑了各种性能、精度、平稳、经济设计，实用性比较强，设计一台二级斜齿圆柱齿轮减速器传动系统。通过了精确的计算到验算，不符合就对某些部件进行改进，反复进行修改直到达到要求，并通过二维绘图软件AutoCAD绘图，修改结构上不合理的地方。本文对设计的方案的选择进行了分析、比较，对零件的选择校核和分析，对二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计步骤做了介绍，并对一些设计步骤进行了简化。在对二级斜齿圆柱齿轮减速器参数优化的基础上，利用Pro/E软件建立了减速器的三维实体模型并进行虚拟装配，其重点是关键部件斜齿圆柱齿轮的参数化建模过程。最后对该模型进行运动学仿真分析，给输入轴一定转速，由仿真分析得出中间轴和输出轴转速，并将仿真结果与理论计算进行对比，从而验证该结构的有效性和可行性。关键词：减速器，Pro/E，建模，运动分析SecondarydesignandsimulationofhelicalcylindergearreducersAbstract:Thispaperdescribestwohelicalgearreducerdesignanddesignprocess,thefurthertransformationofthemachinetool.Gearreducerdrivesystemisthemostimportantpart,especiallythebox,veryhighaccuracyrequirements,needtoconsidertheimpactofotheraspectsofthedriveshaft.Intheanalysisofthestructureandperformancecharacteristicsofvariousreducer,basedonanduseavarietyofrelevantinformationandpracticalexperience,comprehensiveconsiderationavarietyofperformance,precision,stability,economicdesign,practicalityrelativelystrong,todesigna2stagehelicalgearreducerdrivesystem.Throughtheexperienceoftheestimatestothecheckingdoesnotconformtocertaincomponentsontherightimprovements,repeatedlymodifieduntilthemeettherequirements,andthroughtwo-dimensionalmappingsoftware,AutoCADdrawings,modifythestructureofirrationalplace.Inthispaper,thedesignoptionsoftheprogramanalysisandcomparison,thechoiceofpartscheckedandanalysis,thetwohelicalgearreducerdesignstepsmadeanintroductory,andsomedesignstepshasbeensimplified.Thispaperisbasedonthedesignofmechanicaldesigncourseteachingpracticeintwo-stagehelicalgearreduceronthebasisoffurtheroptimization,usingPro/Esoftwaretoestablishathree-dimensionalmodelreducerandthevirtualassembly,focusingonkeycomponentsoftheprocessofparametricmodelinggear.Finally,kinematicsimulationofthemodel,somegiveninputshaftspeed,obtainedbythesimulationspeedintermediateshaftandoutputshaft,thesimulationresultswillbecomparedwiththetheoreticalcalculation,toverifytheeffectivenessandfeasibilityofthestructure.Keywords:Reducer,Pro/E,Modeling,KinematicsAnalysisIV目录1绪论.11.1本课题设计的主要内容.11.2基本要求.12传动装置总体设计方案.22.1电动机选择.22.1.1电动机类型选择.22.1.2电动机容量确定.22.1.3电动机转速确定.32.1.4电动机型号确定.32.2传动比确定及各级传动比分配.42.2.1总传动比.42.2.2分配各级传动.42.3各轴转速转矩及输出功率.52.4联轴器选择.62.5传动说明.73各级传动设计.93.1带轮传动设计计算.93.2齿轮传动设计.113.2.1高速级设计.113.2.2低速级设计.134轴的设计.174.1减速器各轴结构设计.174.1.1高速轴.174.1.2中间轴.184.1.3低速轴.194.2减速器高速轴强度验算.204.3键的设计及低速轴齿轮联接键联接工作能力验算.234.3.1键的设计.234.3.2低速轴齿轮联接键联接工作能力验算.25V5轴承选取.265.1减速器轴承选取.265.2高速级轴承寿命验算.266密封及润滑.286.1齿轮传动的润滑方式.286.2减速器润滑油面高度的确定.286.3减速器各处密封方式.287箱体部件设计.297.1箱体.297.2主要附件.307.2.1窥视孔和视孔盖.307.2.2通气器.317.2.3油面指示器.317.2.4放油孔和油塞.317.2.5起吊装置.327.2.6定位销.327.2.7起盖螺钉.328减速器三维模型创建.338.1渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模方法.338.1.1渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模过程.338.2轴的三维模型建造方法.448.2.1轴的设计思路.448.2.2轴的建模过程.458.3箱体及其他零部件模型建造.469减速器装配过程.4810Pro/E环境中的运动仿真.50总结.52主要参考.54致谢.5501绪论减速器在各行各业十分广泛的使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍的存在着体积大、重量大或传动比大而机械效率过低等问题。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，如能在纳米级领域内辅以纳米级的减速器，则应用前景更加远大。1.1本课题设计的主要内容传动方案的拟定及说明电动机的选择；总传动比及分配各级的传动比、运动参数及动力参数及传动零件的设计计算；齿轮传动的设计计算、轴的设计计算；键联接的选择及校核计算；箱体结构尺寸、润滑与密封。1.2基本要求设计内容尽量满足以下要求：能够实现预定的使用要求预期的工作年限能保证正常运行;设计成本低、生产效率高、能源与材料消耗少，有利于减轻操作人员的劳动强度；保证零件正常可靠地工作，涉及良好的工艺结构等。12传动装置总体设计方案2.1电动机选择2.1.1电动机类型选择Y（IP44）小型三相异步电动机工业上一般运用三相交流电源，无特殊要求应选三相交流异步电动机。最常用的电动机是Y系列笼型三相异步交流电动机。其中Y（IP44）小型三相异步电动机为一般用途笼型封闭自扇冷式电动机，具有防止灰尘或其他杂物侵入之特点，B级绝缘，可采用全压式或降压起动。该电动机的工作条件为：环境温度15+40摄式度，相对湿度不超过90%，海拔高度不超过1000M，电源额定电压380V，频率50HZ，常用于起动性能，调速性能及转差率均无特殊要求的机器或设备，如金属切削机床，水泵，鼓风机，运输机械和农业机械等。2.1.2电动机容量确定601.53minwrn初选1000r/min或1500r/min的电动机为原动机，传动装置总传动比约2030。92.50WTKwP电动机输出功率为总wd传动装置总效率为3214总其中：分别为V带传动，滚动轴承，圆柱齿轮传动，弹性联轴5,4,3,2,1器传动的传动效率。取12340.96,.,0.97,.32140.87总22.53.91087wdKwpP总ed2.1.3电动机转速确定一般常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。对计算齿轮传动比方便。一般传动装置的传动比允许差可按（35）%考虑。查表2-1选取传动比V带传动比24i1单级圆柱斜齿轮传动比范围36i2则可选用054/minrn:总W12可见转速为1000r/min、1500的电动机都符合2.1.4电动机型号确定表2.1发动机型号对比电机型号额定功率（Kw）转速(r/min)总传动比Y100L2-43144040.57Y132S-6396027.43可见第二种方案传动比较小，传动装置的尺寸较小，因此选用：转速为同步转速为1000r/min的Y132S-6型电动机表2.2电动机的外型及安装尺寸尺寸电动机型号HABCDEFCDGKABADACHDAABBHAY132S-6132216140893880108331228021013531560200183图2.1电动机外形示意图2.2传动比确定及各级传动比分配2.2.1总传动比电动机满载转速960/minr传送带鼓轮轮速35w传动装置的总传动比为：96027.435mwin总2.2.2分配各级传动各级传动比分配及其说明：各级传动比如何取值，是设计中的一个重要问题。分配传动比时通常应考虑以下几个方面（1）各级传动机构的传动比应在推荐值的范围内，不应超过最大值，以利发挥其性能，并使结构紧凑。（2）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。例如，由V带传动和齿轮传动组成的传动装置，V带传动的传动比不应过大，否则会使大带轮半径超过减速器的中心高，造成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难。（3）应使传动装置外廓尺寸紧凑，重量轻。4（4）在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近，以使大带轮有相接近的浸油深度。（5）应避免传动零件之间发生干涉碰撞。一般传动装置的传动比允许差可按(35)%考虑。取V带传动比，使大带轮不致过大。12.i齿轮传动比分别为且按照设计经验：3,故得：231.i23.87i2.3各轴转速转矩及输出功率（1）各轴转速：减速器高速轴为I轴，低速轴为III轴。1I/960/2.43/minwirn2871I3/.5/iIi（2）各轴输入功率：10.962.8IedKwp0.972.I23.6I6.3VI4（3）各轴转矩：950529.8460OONmPTn:.3.II2.79505.10IIN:52.6950575.803IINmPTn:.1.IVIV表2.3汇总项目电动机IIIIIIIV转速r/min9604361133535功率kw32.882.772.662.63转矩Nm29.8463.08234.10725.8717.61传动比2.23.863.231效率0.960.960.960.992.4联轴器选择减速器常通过联轴器与电动机轴、工作机轴相联接。联轴器的选择包括联轴器的类型和尺寸（或型号）等的合理选择。联轴器的类型应根据工作要求决定。联接电动机轴与减速器高速轴的联轴器，由于轴的转速较高，一般应选用具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。减速器低速轴与工作机轴联用的联轴器，由于轴的转速较低，传递的转矩较大，又因为减速器轴与工作机轴之间往往有较大的轴线偏移，因此常选用刚性可移式联轴器，例如滚子链联轴器、齿式联轴器。对于中。小型减速器，其输出轴与工作机轴的轴线偏移不很大时，也可选用弹性柱销联轴器这类弹性可移式联轴器。因为鼓轮轴与III轴在最终安装时很有可能出现相对位移，所以选用能补偿两轴位移的联轴器，根据工作情况，定为弹性柱销联轴器。根据工作情况由表得选用HL4型弹性柱销联轴器6图2.2联轴器的外形表2.4联轴器的安装尺寸型号公称扭矩许用转速轴孔直径轴孔长度D（Nm）（r/min）（mm）（mm）（mm）1250400045112195转动惯量许用补偿量(kgm2)轴向径向角向HL50302.5传动说明传动装置主要参数及主要部件型号电动机：工作功率2.53.91087wdKwpP总额定功率：3e所选电动机型号：Y132S-6型电动机表2.5Y132S-6型电动机数据电动机型号额定功率（kW）满载转速（r/min）堵转转矩额定功率最大转矩额定功率质量（kg）Y132S-439602.02.2637表2.6总传动比及其分配总传动比iV带传动传动比iv齿轮传动传动比i齿27.432.212.47表2.7各轴得传动功率，转矩，转速项目电动机IIIIIIIV转速r/min9604361133535功率kw32.882.772.662.63转矩Nm29.8463.08234.10725.8717.61传动比2.23.863.231效率0.960.960.960.99联轴器型号：HL4TC=717.61Nm表2.8联轴器数据型号公称扭矩许用转速轴孔直径轴孔长度DHL41250400045112195本装置使用V带传动和一级齿轮传动减速，V带传动设置在高速级，齿轮传动设置在低速级。将V带传动设置在低速级是因为：（1）主要由于V带传动能力小，把它布置在高速级，速度快，转矩小，有利于结构紧凑；（2）V带在高速级有利于发挥其传动平稳，吸震缓冲，减少噪声的作用；（3）V带在高速级更能起到过载保护的作用；（4）V带结构工艺简单，精度容易保证。（5）根据工作要求，采用单级闭式软齿面斜齿圆柱齿轮转动。单级传动工艺简单，效率高，精度容易保证。固工作环境有粉尘，使用闭式传动。斜齿轮承载能力，传动平衡，软齿面能简化齿轮的加工工艺。综上所述，本方案从设计任务书所给定的条件来看具有合理性，可行性。83各级传动设计3.1带轮传动设计计算求计算功率：cp查手册得KA=1.2PC=KAPI=1.22.88=3.46kw根据n0=960r/minPC=5.359kw查手册得选择A型带求大小带轮基准直径d1、d2查手册得d1=100mmd2=)(n6m查手册得d2=212mm(n1略有增大但误差小于5，故允许)验算带速v109605.3/6152/nmsms在所以合适v带基准长度Ld和中心距初选中心距：0211205()2()4496adam取查手册取A型带Ld=1600mm0052da9验算包角212108057.3857.36da所以中心距合适求v带根数z根据n0=960r/mind1=100mm查手册取P0=0.95kw查手册取0.1p查手册取.97ak查手册取0.L3.463.40()(0.951)097.CaLPZK取4根带求作用在带轮上的压力FQ查手册取q=0.11kg/m初拉力：205.138CaPFqvNZvK作用在轴上的力：102sin9QV带设计汇总：带型选择：选择A型带基准直径：d1=100mmd2=212mm带速：V5.03m/s10基准长度：Ld=1600mm包角=168v带根数：z4作用在轴上的力：1098QFN3.2齿轮传动设计3.2.1高速级设计选择材料及确定许用应力：大齿轮：40Cr调制270HBS小齿轮：35SiMn调制240HBS查手册得lim1lim170250HFMPaMPali2li631.30.4ak.SSlim1145Hali22609HMPlim11FaSli227FP按齿面接触强度计算：39.5106.08NmpTn初选=15齿数z1=30z2=303.86=116i=116/30=3.8711设计中心距：2305115.3aHkTm:计算模数：12cos15.3cs1.5306nZm取mn=2121221()5.cos(3016)2ararcos4598.800.45.6670nnaZmbmb回代=在之内与要求相符取则计算齿轮分度圆直径：122362.cos4.90.18.nmzdm齿顶高：ha1=ha2=mn=2mm齿根高：hf1=hf2=1.25mn=1.252=2.5mm齿顶圆直径：da1=d1+2ha=66.12mmda2=d2+2ha=244.18mm齿根圆直径：df1=d1-2hf=61.12mmdf2=d2-2hf=235.15mm验算齿轮弯曲强度：1233016.928.7coscosVVZZ12查手册得齿形系数：YF1=2.57YF2=2.221132122122KTcos.608.57cos14.95.4.FFFFFnMpaYpabmZ所以设计安全齿轮圆周速度：1.37/10/60dnvms选8级精度3.2.2低速级设计选择材料及确定许用应力：大齿轮：40Cr调制270HBS小齿轮：35SiMn调制240HBS查手册得lim3lim3710250HFMPaMPali4li461.30.4ak.1.SSlim335Hali44609HMPlim3312FaS13lim4417FMPaS按齿面接触强度计算：39.51024.10NpTn初选=15齿数z1=23z2=233.23=75i=75/23=3.26设计中心距：23051165.38aHkTm计算模数：342cos165.38cs3.267nZm取mn=3.5343443()17.52cos(2375).ararcos10800.17.52280nnaZmbmb回代=在之内与要求相符取则14计算齿轮分度圆直径：3344.5283.4cos1.7.6nmzdm齿顶高：ha3=ha4=mn=3.5mm齿根高：hf3=hf4=1.25mn=1.253.5=4.375mm齿顶圆直径：da3=d3+2ha=90.34mmda4=d4+2ha=278.76mm齿根圆直径：df3=d3-2hf=74.59mmdf4=d4-2hf=263.01mm验算齿轮弯曲强度：3432755.8.2coscosVVZZ查手册得齿形系数：YF3=2.73YF4=2.263332344342KTcos1.0.7cos15579.26.FFFFFnMpaYpabm所以设计安全齿轮圆周速度：10.48/1/6dnvms选8级精度15表3.1齿轮设计主要参数列表齿轮结构设计：根据表3.1齿轮1做成齿轮轴；小齿轮3使用实心式结构；2、4两个大齿轮使用腹板式结构。1234材料40Cr调质35SiMn调质40Cr调质35SiMn调质齿数301162375螺旋角14.9914.991515模数223.53.5齿宽61707280中心距151.15177.55齿轮圆周速度1.370.48修正传动比3.873.26164轴的设计4.1减速器各轴结构设计4.1.1高速轴（1）选材：由于此轴为齿轮轴因此材料与1号齿轮材料相同采用40Cr调质（2）确定最小轴径d：已知高速轴上的功率，转速，12.8PkW1436/minnr163.08TNm由手册得40Cr的C值：98107取C=100133min2.805%1059.646d轴要与电动机匹配查手册，要符合标准直径系列11d取20d（3）确定各轴段直径：轴上装大带轮，应取标准系列值轴的各段长度1m轴上装密封元件和轴承盖，与唇形密封圈内径一致28d装滚动轴承，因此与初选角接触球轴承36307内径一致。35齿轮轴的齿轮部分46.过渡用5d装滚动轴承，因此与初选角接触球轴承36307内径一致。6m（4）确定各轴段长度：由轴承宽度确定l01由齿轮到箱体内壁的距离确定28.5由齿轮的宽度确定37l由轴承的宽度确定4m考虑起螺柱的空间56l17由带轮轮毂长度标准确定64lm（5）高速轴尺寸图：图4.1高速轴尺寸图4.1.2中间轴（1）选材：轴的材料选用40Cr，调质处理（2）确定最小轴径d：已知高速轴上的功率，转速，2.7IPkW13/minInr234.10ITNm由手册得40Cr的C值：98107取C=105133min2.70%103.5d查手册，要符合标准直径系列11d取4（2）确定各轴段直径：装滚动轴承，因此与初选角接触球轴承36307内径一致。135dm安装齿轮240轴肩，遵循非定位轴肩，配合处轴的直径1.82.4油面高度cm同时在确定最高最低油面时还需考虑两个大齿是否都浸到合适的油量。综合考虑以上两点，油面高度应该在57cm(能使两个大齿轮充分润滑)6.3减速器各处密封方式内密封：由于轴承用油润滑，为了防止齿轮捏合时挤出的热油大量冲向轴承内部，增加轴承的阻力，需在轴承内侧设置挡油盘。外密封：在减速器的输入轴和输出轴的外伸段，为防止灰尘水份从外伸段与端盖间隙进入箱体，所有选用唇型密封圈。287箱体部件设计7.1箱体采用HT200铸造箱体，水平剖分式箱体采用外肋式结构。箱内壁形状简单，润滑油流动阻力小，铸造工艺性好，但外形较复杂。表7.1箱体主要结构尺寸名称符号尺寸关系箱座壁厚=8mm箱盖壁厚11=8mm箱体凸缘厚度b，b1，b2箱座b=1.5=12mm箱盖b1=1.5=12mm箱底座b2=2.5=20mm加强肋厚m，m1箱座m=0.85=7mm箱盖m=0.85=7mm地脚螺钉直径df0.036a+12=18.39（M20）地脚螺钉数目nn=4轴承旁联接螺栓直径d1d1=0.75df=13.79取（M16）箱盖、箱座联接螺栓直径d2(0.50.6)df取（M10）轴承盖螺钉直径和数目d3，nd3=8n=4观察孔盖螺钉直径d4d4=(0.30.4)取（M6）df、d1、d2至箱壁外距离C1df:C1=26mmd1:C1=22mmd2:C1=16mmdf、d2至凸缘边缘的距离C2df:C2=24mmd1：C2=20mmd2:C2=14mm轴承旁凸台高度半径R1R1=C2=20mm外壁至轴承座端面的距离l1l1=C1+C2+(510)=52mm29表7.2减速器零件位置尺寸代号名称选用值1齿轮顶圆至箱体内壁的距离1.2102齿轮端面至箱体内壁的距离103轴承端面至箱体内壁的距离104旋转零件间的轴向距离155齿轮顶圆至轴表面的距离256大齿轮顶圆至箱体内壁的距离307箱底至箱底内壁的距离201L箱体内壁至轴承座孔端面的距离l1=667.2主要附件7.2.1窥视孔和视孔盖窥视孔应设在箱盖顶部能够看到齿轮啮合区的位置，其大小以手能伸进箱体进行检查操作为宜窥视孔处应设计凸台以便于加工。视孔盖可用螺钉紧固在凸台上，并应考虑密封。表7.3窥视孔和视孔盖数据AA1A0BB1B0d4h150180165142.5172.5157.5M62307.2.2通气器通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定曲路，并设置金属网。考虑到环境因素选用了防尘性能好的二次过滤通气器。通气器选M2油面指示器用油标尺，其结构简单、在低速轴中常用。油标尺上有表示最高及最低油面的刻线。油标尺的安装位置不能太低，以避免有溢出油标尺座孔。油标尺选用M16图7.1油标尺示意图表7.4油标尺数据7.2.4放油孔和油塞放油孔应设置在油池的最低处，平时用螺塞堵住。采用圆柱螺塞时，箱座上装螺塞处应设有凸台，并加封油垫片。放油孔不能高于油池底面，以免排油不净。选M161.5表7.5放油孔和油塞数据dd1d2d3HabcDD1M1641663512852622dD0eLlaSd1HM142219.62212317152317.2.5起吊装置减速器箱体沉重，采用起吊装置起吊，在箱盖上铸有箱盖吊耳，为搬运整个减速箱，在箱座两端凸缘处铸有箱座吊耳。结构简单，加工方便。7.2.6定位销常采用圆锥销做定位销。两定位销间的距离越远越可靠，因此，通常将其设置在箱体联接凸缘的对角处，并做非对称布置。取定位销直径d10mm7.2.7起盖螺钉起盖螺钉螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联接螺钉直径相同。328减速器三维模型创建8.1渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模方法文中对减速器关键零部件之一齿轮采用通用参数化设计方法来构建其三维模型。Pro/E中Program模块是自动化产品设计的一项辅助工具，其功能是运用简单的程序来控制特征的形成、尺寸的大小、零部件的形成、零部件的显示、零部件的个数。当零件或部件的程序设计完成后，后续再读取该零件或组件时，即可以通过对程序的修改得到不同的几何形状，达到产品设计的要求。渐开线齿轮作为应用最广的通用机械零件，在Pro/E中没有该零件的标准库，不同齿数、模数和压力角的齿轮虽然可以通过复杂的造型设计完成，但每次设计时总要做大量的重复工作，能否有效的建立齿轮的精确齿廓形状对于提高齿轮的加工精度、优化齿轮的机构设计非常重要。渐开线的形成是一直线沿一圆周做滚动时，直线上任一点的轨迹，该点到圆心的距离逐渐增大。因此利用可变剖面扫描的作法，使一条直线沿着圆弧线做扫描，而在扫描过程中，以渐开线数学式控制直线到圆心的距离，扫描出一个轮齿的面组后，镜像出另一个轮齿的面组，然后通过阵列来创建出齿轮的3D几何模型，在创建齿轮的过程中，通过程序的设计，能在单纯的输入齿轮设计的已知条件下（如齿数Z、压力角、模数m等），系统即可自动创建齿轮的3D几何模型，便于以后的齿轮参数化建模5。8.1.1渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模过程渐开线斜齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z，压力角，螺旋角，法面模数mn，分度圆直径d，齿宽B，齿顶高系数ha*，顶隙系数c*。编辑程序及齿轮参数关系，以形成基本齿轮模型，基本齿轮模型形成的过程如下：1）输入参数、关系式，创建齿轮基本圆；2）创建渐开线；3）创建齿根圆及分度圆曲面；334）创建扫描轨迹；5）创建扫描混合截面；6）创建轮齿。下面以齿轮3为例，对上述斜齿圆柱齿轮创建步骤逐一介绍：（1）输入基本参数、关系式，创建齿轮基圆单击，在新建对话框中输文件名“helical_gear2-1”，然后单击确定；在主菜单上单击“工具”/“参数”，系统弹出“参数”对话框。在“参数”对话框内单击按钮，可以看到“参数”对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值和说明等。需要输入的参数见表8.1所示：表8.1创建齿轮参数名称值说明名称值说明Mn3法面模数HA齿顶高Z28齿数HF齿根高ALPHA20压力角X变位系数BETA15.6螺旋角D分度圆直径B93齿轮宽度DB基圆直径HAX1.0齿顶高系数DA齿顶圆直径CX0.25顶隙系数DF齿根圆直径注意：表中未填的参数值，表示是由系统通过关系式将自动生成的尺寸，用户无需指定。完成后的参数对话框如图8.1所示：在主菜单上依次单击“工具”/“关系”，系统弹出“关系”对话框。在“关系”对话框内输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系，由这些关系式，系统便会自动生成表8.1中的未指定参数的值。34图8.1“参数”对话框输入的关系式如下：ha=(hax+x)*mnhf=(hax+cx-x)*mnd=mn*z/cos(beta)da=d+2*hadb=d*cos(alpha)df=d-2*hf完成后的“关系”对话框如图8.2所示。图8.2“关系”对话框在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“右”，单击“草绘”进入草绘环境。在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制四个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸，如图8.3所示。在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；用关系式驱动圆的大小。在模型中右键单击刚刚创建的草图，在弹出的快捷菜单中单击选取“编辑”；在主菜单上依次单击“工具”/“关系”，系统弹出关系对话框，在“关系”对话框中输入尺寸关系如下：d0=dfd1=dbd2=d35d3=da此时“关系”对话框如图8.4所示；图8.3绘制二维草图图8.4“关系”对话框其中d0、d1、d2、d3为圆的直径尺寸代号，注意尺寸代号视具体情况会有所不同。da、db、df、d为用户自定义的参数，即为齿顶圆直径、基圆直径、齿根圆直径、分度圆直径。通过该关系式创建的圆即为基本圆。（2）创建渐开线创建渐开线依次在主菜单上单击“插入”/“模型基准”/“曲线”，或者在工具栏上单击按钮，系统弹出“曲线选项”菜单管理器；在“曲线选项”菜单管理器上依次单击“从方程”/“完成”，弹出“得到坐标系”菜单管理器，在绘图区单击选取系统坐标系为曲线的坐标系，弹出“设置坐标类型”菜单管理器，在“设置坐标类型”菜单管理器中单击“笛卡尔”，系统弹出一个记事本窗口；在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：ang=90*tr=db/2s=pi*r*t/2xc=r*cos(ang)yc=r*sin(ang)x=xc+s*sin(ang)36y=yc-s*cos(ang)z=0图8.5完成后的渐开线保存数据，退出记事本，完成后的渐开线如图8.5所示。在工具栏内单击按钮，系统弹出“基准点”对话框，选取分度圆曲线和渐开线作为参照，单击“确定”，完成基准点“PNT0”的创建；单击按钮，系统弹出“基准轴”对话框，选取“TOP”面和“RIGHT”面作为参考，单击“确定”，完成“A_1”轴的创建；单击按钮，系统弹出“基准平面”对话框，选取“A_1”轴和基准点“PNT0”作为参照，创建“DTM1”平面；继续单击按钮，系统弹出“基准平面”对话框，选取“DTM1”面和“A_1”轴作为参考。在偏距文本框内输入旋转角度为“360/（4*z）”，系统提示是否要添加特征关系，单击“是”，在“基准平面”对话框内单击“确定”，完成基准平面的创建；在模型树中右键单击基准平面“DTM2”，在弹出的菜单上单击“编辑”。在主菜单上单击“工具”/“关系”，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示“DTM1”面和“DTM2”面间的夹角尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：d6=360/(4*z)，完成后的“关系”对话框如图8.6所示，单击“确定”完成添加关系式；镜像渐开线：在绘图区单击渐开线特征，然后在工具栏内单击按钮，系统弹出“镜像”特征定义操控面板，在绘图区单击选取刚刚创建的“DTM2”平面作为镜像平面，在“镜像”特征定义操控面板内单击按钮，完成渐开线的镜像。完成后的曲线如图8.7所示。（3）创建齿根圆及分度圆曲面在工具栏内单击按钮，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击“放置”/“定义”，弹出“草绘”定义对话框；选择“FRONT”面为草绘平面，“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为“顶”，单击“草绘”进入草绘环境；在工具栏内单击按钮，在绘图区单击选取齿根圆曲线，如图8.8所示。在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；37图8.6“关系”对话框图8.7完成后的渐开线在“拉伸”特征定义操控面板内单击选取“实体”按钮、“拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为B。回车后系统提示是否添加特征关系，单击“是”，拉伸深度自动调整到用户设置的参数B的值，单击按钮，完成齿根圆的创建，完成后的齿根圆如图8.9所示；将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击齿根圆厚度尺寸代号，在弹出的快捷菜单中单击“编辑”；在主菜单上单击“工具”/“关系”，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示齿根圆厚度尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为d7=b，单击“确定”完成添加关系式，至此完成齿根圆的创建；图8.8选取齿根圆曲线图8.9齿根圆拉伸特征进入草绘环境与创建齿根圆相同，不赘述。在工具栏内单击按钮，在绘图区单击选取分度圆曲线，如图8.6所示。在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；38在“拉伸”特征定义操控面板内单击选取“曲面”按钮、“拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为B，回车后系统提示是否添加特征关系，单击“是”；拉伸深度自动调整到用户设置的参数B的值，在“拉伸”特征定义操控面板内单击按钮，完成分度圆曲面的创建，完成后的分度圆曲面如图8.7所示。图8.6选取分度圆曲线图8.7分度圆拉伸特征将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击分度圆曲面特征，在弹出的快捷菜单中单击“编辑”；在主菜单上单击“工具”/“关系”，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示分度圆厚度尺寸代号，单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：d8=b，单击“确定”完成添加关系式。（4）创建扫描轨迹首先在“RIGHT”平面创建一个斜直线，然后将这个曲线投影到分度圆曲面上。在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框；选择“RIGHT”面作为草绘平面，“TOP”面为参考平面，参考方向为“右”，单击“草绘”进入草绘环境，绘制如图8.8所示直线，在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；39图8.8绘制二维草图将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击刚刚的草绘特征，在弹出的快捷菜单中单击“编辑”，在主菜单上单击“工具”/“关系”，系统弹出“关系”对话框。此