【正文】 .............40目錄 Ⅳ 利用部件族電子表格功能實現(xiàn)參數(shù)化 ........................41 6 總結(jié)與展望 .........................................................48 參考文獻 ............................................................44 致謝 ................................................................45 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 引言 齒輪傳動 被視為 傳遞機械力的主要運動方式 ，在 工業(yè)發(fā)展 中占有重要地位。 齒輪傳動在各個行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，但 UG并沒有提供專門的模塊。斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪在同等 條件 下相比， 斜齒輪的 承載能力提高了， 輪齒間的 沖擊和噪音減小 了 ， 使 傳動 更加 平穩(wěn) 了，主要就是斜齒輪 輪齒傾斜了一個角度 β， 致使齒輪的 重合度增大 的結(jié)果 。 Unigraphics(簡稱 UG）是 CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件。隨著計算機應(yīng)用性能的提高， UG 軟件可以方便的在微機上使用，這樣就使 UG 的適用范圍更加廣闊 [2]。因此，對于此類零件來 說，應(yīng)用參數(shù)化建模技術(shù)有著非常重要的經(jīng)濟效用和現(xiàn)實作用，對于提高設(shè)計效率和保證設(shè)計質(zhì)量都具有重要意義。并通過特征操作實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計 ,精準(zhǔn)地構(gòu)建齒輪的三維模型。 UG 軟 件作為通用三維 CAD/CAM 的主要設(shè)計系統(tǒng)，在功能上完全能夠滿足機械產(chǎn)品的設(shè)計要求 ,但是在系統(tǒng)操作方面并非完全盡人意。為后續(xù)的齒輪 CAE、 CAM 等提供了精確的設(shè)計基礎(chǔ)。所以對 現(xiàn)代齒輪機構(gòu)的設(shè)計建模 、有限元分析與 虛擬裝配技術(shù)有著廣泛的工程應(yīng)用背景和研 究意義 。此參數(shù)化建模方法可 以 提高設(shè)計 效率。 UG 軟件從概念設(shè)計、功能設(shè)計、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布，覆蓋了產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的全過程，并被廣泛應(yīng)用在航天、汽車、通用機械、醫(yī)療器械、以及其他高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機械設(shè)計和自動化加工方 面 [8]。 UG 軟件的設(shè)計功能不僅包括強大的實體造型、曲面造型、虛 擬裝配和產(chǎn)生工程圖，而且在設(shè)計過程中還可以進行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬，在很大程度上提高了設(shè)計的可靠性。 （ 2） UG軟件最新的 UG NX 版本系列 還可以與 IDEAS 軟件整合，整合的兩個系統(tǒng)可以互相訪問，也可以在一個集成中進行設(shè)計，同時都可以對該設(shè)計進行分析或加工。斜齒輪分度圓柱上的螺旋角（簡稱為斜齒輪的螺旋角 ） 是齒廓曲面與其分度圓柱面相交的螺旋線的切線與齒輪軸線之間所加的銳角 [9]。但在計算斜齒輪的幾何尺寸時卻需按端面參數(shù)進行，因此就必 須建立法面參數(shù)與端面參數(shù)的換算關(guān)系 [9]。目前在標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪建模中 ，兩種情況下的分界齒數(shù)并未被明確給出，有些以直齒輪推導(dǎo)出的 41 個齒為分界齒數(shù)來實現(xiàn)建模，這顯然是不正確的。為了避免這些問題的出現(xiàn)，應(yīng)對漸開線生成時的起始角度和終止角度加以定量的控制。 15～ 16176。 分界齒數(shù)Z 40 39 38 37 36 35 34 ? ? ? ?1 0 ~ 1u t a tb t? ? ? ?? ?? ??c o s 2 1 c o s / c o s 2 1 . 2 52 . 5 c o s / 1 c o sta n ta n 2 0 / c o sb f t f n t nttd d d a d h m z a mzaa???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ???? ?? ?2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2( 1 ) / 1a r c c os( / )ta n 1 c os / c os / 1ta n 180 /t t b a a ba b aa a a a bax y r u r u r ra r ra a a r rb u a ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?由 齒 頂 的 壓 力 角 得 ：所 以 換 算 為 角 度 單 位? c o s s i ns i n c o st b bt b bx r u r u uy r u r u u????泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 公式 2 同理，我們可以控制漸開線起始角。如圖 1 所示，對稱漸開線 2 構(gòu)成前端面 . 齒廓， 4構(gòu)成后端面齒廓，使用“變換 /鏡像”命令生成對稱漸開線，是無法實現(xiàn)參數(shù)化的，因為變換是非參數(shù)化指令 [11]。 渡曲線的建立 被展成法加工的 dbdf的斜齒圓柱齒輪，基圓與齒根圓之間的齒廓曲線是齒根過渡曲線，是由刀具的圓角部分切出的。 ? 2020 c o s( 1 s i n )n a c nx r ay r a n h m?? ? ?02 tanac nnh m rra? ??? ?? ?? 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2s i n c o s s i n c o sc o s s i n c o s s i nccx x y ry x y r? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?4 a r c t a n( / )c c cinv a y x? ??? 5 4 45 4 4co s s i ns i n co st t tt t tx x yy x y????? ? ? ?000( 1 ) 9 00 .31 .2 5/ ta nnna c a ca c nv t a tr r mhhh m r r vr?? ? ?????過 渡 曲 線 方 程 變 量 ：為 齒 條 刀 具 圓 角 半 徑 ，刀 具 齒 頂 高 系 數(shù) ，刀 具 坐 標(biāo) 與 齒 輪 坐 標(biāo) 夾 角 ： 為 節(jié) 圓 半 徑 。各參數(shù)見表 2： 表 2 斜齒輪基本參數(shù) 參數(shù)符號 參數(shù)含義 參數(shù)初值 參數(shù)單位 ? 螺旋角 15 角度176。計算參數(shù)如表 3所示 表 表 3 變位齒輪計算參數(shù) 參數(shù)符號 參數(shù)含義 參數(shù)公式 參數(shù)單位 tm 端面模數(shù) /cosnm ? 長度 mm ta 端面壓力角 ? ?arctan tan / co sna ? 角度176。 2 然后利用特征操作和布爾運算“加” (Unit)生成單個輪齒 。各專用參數(shù)符號、含義及計算見表 4。 p 螺旋齒螺距 /tand?? 長度 mm 1? 前、后端面齒廓螺旋角 360 /hp?? 角度176。 建造齒輪模型時的表達式 [mm]PR=*mn [degrees]a=0 [degrees]aa=arccos(2*rb/dta) [degrees]an=20 [degrees]at=arctan(tan(an)/cos(beta)) [degrees]b=tan(aa)*180/pi() [degrees]beta=15 [degrees]beta1=360/p*h [mm]dt=mt*z [mm]dta=dt+2*mn [mm]dtf=*mn [degrees]fai=360/z [degrees]gama=360/(4*z)+(tan(at)*180/) [degrees]gama1=beta1/2+gama [degrees]gama2=beta1+gama [mm]h=80 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 [mm]mn=8 [mm]mt=mn/cos(beta) n= [mm]p=pi()*2*rt/tan(abs(beta)) [mm]rb=mt*z*cos(at)/2 [mm]rt=dt/2 t=0 [degrees]u=(1t)*a+t*b [mm]xt=rb*cos(u)+rb*rad(u)*sin(u) [mm]xt1=xt+2*tan(gama)*(yttan(gama)*xt)/(1+(tan(gama))^2) [mm]xt2=xt1+2*tan(gama1)*(yt1tan(gama1)*xt1)/(1+(tan(gama1))^2) [mm]xt3=xt2+2*tan(gama2)*(yt2tan(gama2)*xt2)/(1+(tan(gama2))^2) [mm]yt=rb*sin(u)rb*rad(u)*cos(u) [mm]yt1=yt2*1*(yttan(gama)*xt)/(1^2+(tan(gama))^2) [mm]yt2=yt12*1*(yt1tan(gama1)*xt1)/(1^2+(tan(gama1))^2) [mm]yt3=yt22*1*(yt2tan(gama2)*xt2)/(1^2+(tan(gama2))^2) z=49 [mm]zt=0 [mm]zt1=0 [mm]zt2=0 [mm]zt3=0 按公式（ 3）輸入漸開線方程，使用“規(guī)律曲線 /根據(jù)方程”，改變系統(tǒng)自定義變量 t t tx y z， ， 為 1 1 1t t tx y z， ， 和 2 2 2t t tx y z， ， ，生成前端面漸開線，如圖 4 所示 ： 圖 4 斜齒輪漸開線 再進入草圖環(huán)境，在 xy 平面使用“中心和端點決定的圓弧”，以 ? ?00， 為中心，泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 連接兩漸開線對應(yīng)端點，形成封閉的前端面齒廓；如 圖 5所示： 圖 5 前端面齒廓 重復(fù)以上過程，改變系統(tǒng)自定義變量 t t tx y z， ， 為 3 3 3t t tx y z， ， 和 4 4 4t t tx y z， ， ，在前端面生成封閉的后端面齒廓。 圖 8 創(chuàng)建螺旋齒 在“格式 /組特征”中選擇生成的螺旋齒為組中的特征，命名為“ lun”表達式中輸入輪齒圓周陣列角度 360 /z???，使用“實例特征 /圓周陣列”，以角度 ? ，齒數(shù) Z為參數(shù)，以 ? ?000， ， 點為原點 Z 軸為旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)圓周陣列，最終得到圖 9 所示的參數(shù)化的斜齒輪實體?？梢?利用 UG 系統(tǒng)所具有電子表格功能編輯、定義和修改相關(guān)表達式參數(shù) ,通過更新完成齒輪的自動建模。重復(fù)過程，將系統(tǒng)自定義變量 t t tx y z， ， 改為3 3 3t t tx y z， ， 4 4 4t t tx y z， ， 和 7 7 7t t tx y z， ， ； 8 8 8t t tx y z， ， 。創(chuàng)建螺泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 旋線得到 引導(dǎo)線串和剖面線串，使用 過渡曲線齒根處端點與原點連接直線的目的是為了執(zhí)行掃掠后與齒根圓柱求和。為此 ,只需要將上述所建立的齒輪實體模型的相關(guān)特征參數(shù) (齒數(shù) z、法面模數(shù) m、法面壓力角 ak、齒輪厚度 h、 )利用上述的三種方法的任一種進行更改即 圖 18 參數(shù)化后生成的新齒輪 可實現(xiàn)參數(shù)化。當(dāng) a39。變位修正法是現(xiàn)在最為廣泛采用的一種修正方法。 2） 避免根切，提高齒根的彎曲強度。 變位齒輪的特點： 變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，其模數(shù)、齒數(shù)、壓力角均無變化；但是正變位時， 由于 齒廓曲線段離基圓較遠， 所以 齒頂圓和齒根圓也相應(yīng)增大，齒根高減小，齒頂高增大，分度圓齒厚與齒根圓齒厚都增大，但齒頂容易變尖；負變位時，齒廓曲線段離基圓較近，齒頂圓和齒根圓也相應(yīng)減小，齒根高增泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 24 大，齒頂高減小，分度圓齒厚和齒根圓齒厚都減小。 基圓直徑小于齒根圓直徑時即 Z分界齒數(shù)時 變位齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同，所以分度圓直徑、基圓直徑和齒距也都相同，只是由于變位系數(shù)的出現(xiàn)使變位齒輪的齒厚、齒頂圓、齒根圓等都發(fā)生了變化。 表 5 漸開線專用參數(shù) 參數(shù)符號 參數(shù)含義 參數(shù)初值 參數(shù)單位 ? 螺旋角 15 角度176。 anh 法面齒頂高系數(shù) 恒定 nc 法面頂隙系數(shù) 恒定 h 齒寬 80 長度 mm 通過基本參數(shù)和有關(guān)數(shù)據(jù)得出變位斜齒輪的計算參數(shù)，如表 7所示 表 7 變位斜齒輪計算參數(shù) 參數(shù)符號 參數(shù)含義 參數(shù)公式 參數(shù)單位 mt 端面模數(shù) mn/cosβ 長度 mm at 端面壓力角 arctan(tanan/coβ ) 角度176。表達式中輸入轉(zhuǎn)數(shù)參數(shù) n=1，利用表達式中螺旋齒螺距 p，分別以 rb和 r 為半徑，右旋創(chuàng)建兩條螺旋線，這樣就為 自由形式特征下的掃掠提供了引導(dǎo)線串和剖面線串。 圖 28 變位斜齒輪實體 變位斜齒輪的參數(shù)化的控制是要求齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)在其設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時 ,其模型也相應(yīng)地自動更新生成新的