UG_NX60机械设计实战篇—第五章

1、第5章传动件的设计本章内容及学习地图UG NX6 表本章将介绍通过建立直齿圆柱齿轮和轴实体参数化设计，详细介绍了应用 达式的应用，使设计者掌握运用该方法进行实际开发，提高设计齿轮的能力。 学习地图本章知识重点如何创建表达式来生成渐开线创建齿轮槽后拉伸成实体来切割成齿轮槽齿轮结构的设计腹板式齿轮的设计方法轴的设计方法本章实例名称创建齿轮齿槽创建的轴装配后的齿轮实 例 效 果 图e%1 ildfiTjliiliiiii ill litCM本章视频视 频 效 果 图第5章传动件的设计UG NX6.0在其CAD模块中利用表达式提供了强大的参数化建模功能， 在本章中将介绍齿轮传动件中圆柱齿轮的参数化建模

2、和轴的设计。原始文件 光盘目录prtCh55.prt 最终文件 光盘目录prtCh55end.prt5.1圆柱齿轮的设计确定一个标准齿轮(简称齿轮)的三维模型需要六个基本参数，即齿数Z、 模数m、压力角、齿宽B、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*。利用上述基本参 数可计算得到齿轮各部分的几何特征参数。利用上述基本参数可计算得到齿 轮各部分的几何特征参数：分度圆半径、基圆半径、齿顶圆半径、齿顶高、 齿根圆半径和齿根高。5.1.1创建齿轮槽UG环境下有多种方法对齿轮进行建模。本节采用的方法是实体切除法， 由于首先建立了齿轮的参数表达式：所以整个建模过程将完全实现参数化， 即需要数据输入的地方可直接键入

3、参数列表中对应的参数符号。新建一个文 本文档用于建立参数表达式文件，在文本文档中输入齿轮的参数数据如下： z=20齿轮齿数 m=3 /模数 a=20 II压力角 b=30 II齿宽 hak=1 II齿顶高系数 ck=0.25 II顶隙系数 r=m*zI2 II齿轮分度圆半径 ra=r+hak*m II齿轮齿顶圆半径 rb=r*cos(a) /齿轮基圆半径 rf=r-(hak+ck)*m II齿轮齿根圆半径 a0=0 II渐开线发生角 ae=60 渐开线终止角 t=1 IIUG系统参数 s=(1-t)*aO+t*ae II渐开线参数方程的自变量 xt=rb*cos(s)+rb*rad(s)*s

4、in(s) yt=rb*sin(s)-rb*rad(s)*cos(s) II渐开线在 X、Y、Z三个方向的参数方程 zt=0输入完表达式后将其保存，以扩展名.exp保存。建立齿轮参数后即可进行齿轮的建模，下面介绍具体操作方法。知识链接：齿轮齿数在18-41之间，基圆半径大提示：在每输入一条表达式后需要在下一行输入提示：也可以在UG表达式中直接Step1在桌面上单击 UG图标，新建Step2在菜单栏中选择“工具 表达式”一个模型文件。如图 5-1所示。命令，弹出“表达式”对话框，在此 对话框中单击“从文件导入表达式” 按钮如下图所示。图5-1 新建图形文件Step3在“导入表达式文件”对话框 中

5、，在提供的原始文件中选择名为“ gear.exp”的文件，单击“ 0K ”按 钮，如图5-3所示。图5-3查找表达式文件Step5在“曲线”工具条中使用“规 律曲线”命令，在“规律函数”对话 框中单击“根据方程”按钮创，如图5-5所示。图5-5规律曲线Step7在“规律函数”对话框中单击“根据方程”按钮圄在“定义Y ”对话框中，单击“确定”，文本框中将变为yt，再次单击“确定”，如图5-7所示。图5-2 导入表达式Step4在“表达式”对话框中已加载编 辑好的齿轮参数表达式，如图 5-4所 示。图5-4查看表达式Step6在“定义X ”对话框中，单击“确 定”，文本框中将变为xt，再次单击“确

6、 定”，如图5-6所示。连续单、图5-6 定义XStep8在“规律函数”对话框中单击“根 据方程”按钮国在“定义Z”对话框 中，单击“确定”，文本框中将变为 zt,再次单击“确定”，如图5-8所示。辅助教学：采用了参数 化建模，只 需修改参数 表达式中对 应参数值（如齿数,齿宽等）就 可以得到任提示：此方 法是创建表 达式定义的 曲线。图5-7 定义YStep9在窗口中，将根据表达式生成 齿轮渐开线，如图 5-9所示。图5-8 定义ZStep10选择“插入 草图”命令，在 “创建草图”对话框中单击“确定”按钮，如图5-10所示。图5-10创建草图提示：在表 达式中设置 了渐开线的 起始角度和提

7、示：分度圆半径是r、齿顶圆ra、齿根圆半径图5-9 定义的齿轮渐开线Step11使用“圆”命令，以原点为圆 心，绘制分度圆、齿顶圆、齿根圆， 输入直径分别是 2r、2ra、2rf，如图5-11所示。图5-11 绘制齿轮圆Step13使用“直线”命令，以渐开线 的左端点为起点，绘制一条斜线，使 用“角度约束”命令，设置创建的斜 线与直线的角度为90/Z，如图5-13所示。Step12使用“直线”命令，连接分度 圆与渐开线的交点到圆心，如图5-12所示。图5-12 连接分度圆Step14使用“圆角”命令，设置圆角 方法为修剪，设置圆角半径为1，选择齿根圆和斜线创建圆角，如图5-14所示。角度约束图

8、5-13创建角度直线图5-14创建圆角创建圆角提示：创建 圆角连接齿 根圆和渐开 线，也可以Step15连接圆角的端点到圆心，使用 Step16将绘制的直线、分度圆和齿根“镜像曲线”命令，将圆角和渐开线 圆删除，如图5-16所示。沿连接的直线镜像，如图 5-15所示。镜像圆角 和渐开线图5-15镜像曲线图5-16 删除其余曲线提示：镜像渐开线和圆 角得到齿槽 轮廓线，草Step17在草图生成器中单击“完成草 图”按钮口，在“编辑曲线”工具条 中使用“修剪曲线”命令修剪渐开线 和圆，修剪后的将得到齿槽轮廓线， 如图5-6所示。Step18在“曲线”工具条中使用“连 接曲线”命令，弹出“连接曲线”

9、对 话框，在窗口中选择轮廓线， 如图5-6 所示。乐鵝J4悅图5-17修剪曲线图5-18连接曲线Step19在“特征”工具条中使用“圆 柱体”命令，在尺寸选项组中输入直 径为2*ra，高度为b,如图5-6所示。Step20在“圆柱”对话框中单击“确 定”按钮，窗口中将生成圆柱齿胚， 如图5-6所示。提示：根据 输入的直径 和高度创建 的齿胚，齿图5-19 输入圆柱体参数Step21在“特征”工具条中使用“拉 伸”命令，选择齿槽轮廓线为对象， 设置开始距离为0,结束距离为30， 拉伸后的实体如图 5-21所示。图5-21拉伸轮廓线Step23在窗口中，选择拉伸的实体为 引用几何体，指定Z轴为旋转

10、轴，指 定坐标原点，在对话框中单击“确 定”，将创建旋转圆周几何体，如图5-23所示。图5-20创建的圆柱齿胚Step22在菜单栏中选择“插入 关联 复制 引用几何体”命令，弹出“引用 几何体”对话框，设置类型为“旋转”， 设置角度为 360/Z，副本为 Z，如图 5-22所示。_图5-22_设置角度、副本参数Step24在“特征操作”工具条中使用提示：Z表示的齿数，角 度设置为360/Z，刚好“求差”命令，选择圆柱体为目标体， 选择上一部旋转的几何体为工具条， 在对话框中单击“确定”，将创建齿轮 齿槽，如图5-24所示。图5-23创建圆周几何体图5-24创建的齿槽5.1.2齿轮结构设计本章中

11、的齿轮结构采用腹板式结构，以减轻重量、节约材料。下面是具 体操作步骤。Stepl将齿轮体隐藏，在“特征”工 具条中使用“圆柱体”命令，设置圆 柱体的直径为45,高度为10，创建 的圆柱体如图5-25所示。Step2使用“圆柱体”命令，在 “圆柱 体”对话框中单击“点构造器”按钮， 设置圆柱体的坐标为（0，0，20），单 击“确定”，如图5-26所示。图5-25 创建圆柱体Step3在“圆柱体”对话框中设置直 径为45，高度为10，创建的圆柱体 如图5-27所示。图5-27 创建的圆柱体Step5使用“圆柱体”命令，在“圆 柱体”对话框中单击“点构造器”按 钮，设置圆柱体的坐标为（0，17.5,

12、图5-26输入坐标值Step4在“特征操作”对话框中使用“求 差”命令，选择齿轮为目标体，选择 两个圆柱体为工具条，求差后的齿轮 如图5-28所示。图5-28 求差后的齿轮Step6在“圆柱体”对话框中设置直径 为7,高度为30,创建的圆柱体如图5-30所示。提示：采用腹板式结构，将坐标设置为（0,提示：创建 的第二个圆 柱体在坐标 原点。创建0）,单击“确定”，如图5-29所示。图5-30 创建的圆柱体提示：以Z 轴作为矢量， 选择原点作 为参考点，圆 柱体将绕 Z 圆周阵列。图5-29 设置坐标值Step7在菜单栏中选择“插入 关联复 制 引用几何体”命令，弹出“引用 几何体”对话框，设置

13、类型为“旋转”， 设置角度为60，副本为6，如图5-31 所示。Step8在窗口中，选择 Z轴坐标为矢 量，选择原点为指定点，单击“确定”， 阵列的圆柱体如图 5-32所示。图5-31 设置旋转几何体参数Step9在“特征操作”工具条中使用 “求差”命令，选择齿轮为目标体， 选择上一步阵列的几何体的工具条， 求差后的齿轮如图 5-33所示。图5-32 阵列几何体Step10使用“圆柱体”命令，在“圆 柱体”对话框中设置圆柱体的高度为30,直径为25,创建的圆柱体如图5-34 所示。提示：创建的 圆柱体作为 中心孔和键5.1.2创建键槽本节将创建键槽，用于齿轮和轴的连接，通常采用单键联接。下面介

14、绍创 建键槽的方法，具体操作步骤如下所示。Stepl选择“插入 草图”命令，在窗 口中选择齿轮的上表面为平面， 如图5-35所示。图5-35选择草图平面提示：先将齿轮隐藏，绘制的中心 孔用于插入Step2在“草图工具”工具条中选择 “圆”命令，以原点为圆心，绘制半 径为14.5的圆，如图5-36所示。提示：偏置Step3使用直线”命令，以圆心为 起点，绘制一条竖直直线，使用“偏 置曲线”命令，将直线向左右各偏置 2,如图5-37所示。Step4使用“直线”命令，绘制水平直 径直线，绘制一条竖直直线，使用“偏 置曲线”命令，将绘制的直线向上偏置8.3，如图5-38所示。曲线命令可以快速创建键槽曲

15、线。图5-37 偏置直线Step5使用“快速修剪”命令，将圆 和直线修剪成键槽形状，如图5-39所示。图5-38 偏置直线Step6完成草图后，在“特征”工具条 中使用“拉伸”命令，选择草图曲线 为对象，设置拉伸高度为-30，设置布尔为求差，仓U建的键槽如图5-40所示。提示：拉伸的距离一定 要足够长， 才能创建键*屯特世M3曲*百9图5-42倒斜角后的齿轮辅助教学：斜角倒角一般为1x45 由于是小齿 轮，所以采图5-39修剪曲线Step7在“特征操作”工具条中使用“倒斜角”命令，在“倒斜角”对话框中设置距离为0.5,如图5-41所示。I時能1输入距离值-gM 匚巌沽图5-41 设置斜角距离图

16、5-40 创建的键槽Step8在窗口中，选择齿轮的外边为对 象，在“倒斜角”对话框中单击“应 用”按钮，倒斜角后的齿轮如图5-42所示。辅助教学:Step8在“特征操作”工具条中使用 Step7在窗口中，选择齿轮的内边倒圆 “边倒圆”命令，在“边倒圆”对话角，倒圆角后的齿轮如图5-44所示。框中设置半径为1,如图5-43所示。二图5-43设置斜角距离输入半径值图5-44倒圆角后的齿轮提示:般角倒角5般于是小齿由于是小齿5.2轴的设计轴用于连接齿轮，本节中轴的设计采用阶梯形式，轴的一部分和齿轮用键 连接，设计时轴与齿轮连接部分应与齿轮的孔直径保持一致。5.2.1创建轴主体轴是由中心在同一条直线上

17、的圆形回转体组成，在创建轴时可以采用圆 柱体特征建模，也可以绘制轴的轮廓，然后将轮廓回转360度来创建主体。本节中采用第二种方法，下面是具体操作步骤。Stepl在桌面上单击 UG图标，新建 一个模型文件。如图 5-45所示。Step2在菜单栏中“使用 插入“草图 命令，将弹出“创建草图”对话框， 设置草图平面为现有平面，如图5-46所示。提示：草图绘廓线有使用制轮利于图5-45 新建文件Step3在“草图工具”工具条中使用“配置文件”命令，以原点为起点， 绘制一条长为120的水平直线，继续 绘制一条长为 7的竖直直线，如图 5-47所示。图5-46 选择平面Step4在“草图工具”工具条中使用

18、“直 线”命令，以竖直直线的上端点为起 点，绘制一条长为 7的水平直线，然 后继续绘制三条直线，如图5-48所示。图5-47 绘制草图直线Step5使用“直线”命令，以上一步 绘制的最左端的竖直直线的下端点 为起点，向左绘制四条直线，如图图5-48 绘制草图直线Step6使用“直线”命令，以上一部绘 制的最左端水平直线为起点，绘制四 条直线并连接到下端的直线，如图图5-50绘制草图直线图5-49绘制草图直线Step7在“草图生成器”工具条中单 击“完成草图”按钮口，将进入建 模模块，如图5-51所示。Step8在“特征”工具条中使用“回转” 命令，弹出“回转”对话框，设置矢 量为两点，如图5-

19、52所示。图5-51完成草图绘制图5-52“回转”对话框Step9选择草图为对象，指定 X轴为 矢量，设置角度为360,如图5-53所 示。StepIO在“回转”对话框中单击“确 定”按钮，将创建一个回转体，如图5-54所示。指定矢量和角度指定矢量 和角度图5-53选择草图对象522 创建内螺纹内螺纹用在轴与其它部件的连接，UK NX6中可以直接创建内螺纹， 设置内螺纹的参数即可。下面是具体操作步骤。Stepl在“特征”对话框中使用“孔”Step2在类型下拉列表中选择“螺纹命令, 所示。将弹出“孔”对话框，如图5-55*小0Itw-A | “轉IF具1EMs*输入 参数asJ t总冒.Vr丿“

20、 +卅* *Mv311Af1尊1图 5-55“孔”对话框E中设置螺纹尺寸，如图5-56所示。AAi.EB|he r 血fl L-Jk llIff-Cxxt-w-沖( firsm八XJA(B-不卩匸V足Jg创黔色A67图 5-56选择螺纹尺寸孔”选项，在“形状和尺寸”选项组提示：“形状和尺寸”选项组中尺寸图5-58 设置点坐标提示：的坐标选择的设置将以基准Step3在窗口中选择圆柱端面，将弹 出“创建草图”对话框，选择基准坐 标系为参考对象，如图 5-57所示。图5-57创建平面Step5在“点”对话框中单击“确定” 按钮，将在圆柱体中创建一个螺纹 孔，如图5-59所示。Step4在“创建草图”

21、对话框中单击“确 定”按钮，将弹出“点”对话框，在 坐标列表中输入 XC、YC、ZC的坐标 值，如图5-58所示。Step6在“特征操作”工具条中使用“镜 像特征”命令，弹出“镜像特征”对 话框，选择螺纹孔特征，在镜像平面 中设置为新平面，如图 5-60所示。图5-59生成螺纹孔图5-60设置新平面提示：孔中的以一条螺纹螺纹虚线Step7在“镜像特征”对话框中单击“完整平面工具”按钮思玄弹出“平 面”对话框，选择类型为 XC-ZC平Step8在“平面”对话框中单击“确定” 按钮，在窗口中，螺纹孔将沿基准坐 标系中的XC-YC平面镜像，如图5-62图5-61使用平面工具图5-62镜像螺纹孔5.2

22、.3 创建键槽由于是在圆柱体表面创建键槽，首先应创建一个基准平面在创建时键槽 时作为放置面。下面是具体操作步骤。Stepl在“特征”工具条中使用“基 准平面”命令，在“基准平面”对话 框中，设置类型为相切， 子类型为通 过点，如图5-63所示。Step2在窗口中，选择圆柱表面为相切 面，在“基准平面”对话框中设置为 象限点，在选择圆柱面上的圆，如图5-64所示。图5-63创建基准平面图5-66创建矩形键槽提示：创建 的基准平面 将与圆柱面 相切，圆柱Step3按照上两步的步骤，在轴的左 端创建一个基准平面，如图5-65所图5-64指定相切面和象限点Step4在“特征”工具条中使用“键槽” 命令

23、，弹出“键槽”对话框，单击“确 定”按钮，如图5-66所示。Step5在矩形键槽”对话框中，单 击“基准平面”按钮，如图5-67所示。Step6在视图中，选择创建的基准平面 为对象，在弹出的对话框中单击“接 受默认边”按钮，如图5-68所示。图5-67使用基准平面图5-68接受默认边Step7在“水平参考”对话框中，单 击“基准轴”按钮，如图5-69所示。Step8在窗口中，选择基准坐标系中的 XC轴为水平参考，如图 5-70所示。图5-69 设置水平参考Step9在“矩形键槽”对话框设置参 数，单击“确定”按钮，如图5-71所示。键槽将以向为图5-70 选择水平参考Step10默认定位设置，创建的键槽如图5-72所示。创建将垂准平图5-71 设置键槽参数Step11继续选择创建的另一个基准 平面，选择基准坐标系中的XC轴为参考方向，如图5-73所示。图5-72 创建的键槽Step12在“矩形键槽”对话框中设置 参数，单击“确定”按钮，如图5-74所示。图5-73设置参考方向输入参数提示：在此创建键槽特征是为了连图5-74设置键槽参数图5-75 创建的键槽Step13默认定位设置，创建的键槽如 图5-75所示。524倒圆角和斜角Stepl在“特征操作”工具条中使用“倒斜角”命令，在“倒斜角”对话 框中