【文章內(nèi)容簡介】 模數(shù)不同，則其幾何尺寸也不同。模數(shù)就相當(dāng)于一個(gè)齒輪的“長度比例參數(shù)”，模數(shù)越大，齒輪的尺寸就越大。任意圓上的齒厚 一個(gè)齒輪不同圓上的齒厚是不一樣的，下面推導(dǎo)任意圓齒厚的公式，由圖可知： 據(jù)上式可得齒頂圓齒厚: 式中 為齒頂圓壓力角節(jié)圓齒厚: ， 其中 為節(jié)圓半徑, 為節(jié)圓壓力角 基圓齒厚: 四 外齒的齒厚和曹寬分別等于內(nèi)齒的曹寬和齒厚第二節(jié) 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)通過齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算，確定齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、分度圓直徑等主要參數(shù)和尺寸后，還要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小。齒輪的結(jié)構(gòu)形式主要依據(jù)齒輪的尺寸、材料、加工工藝、經(jīng)濟(jì)性等因素而定，各部分尺寸由經(jīng)驗(yàn)公式求得。一、齒輪軸和盤式齒輪 較小的鋼制圓柱齒輪，其齒根圓至鍵槽底部的距離δ≤2m（m為模數(shù)），或圓錐齒輪小端齒根圓至鍵槽底部的距離δ≤ （m為大端模數(shù)）時(shí)（圖615）齒輪和軸做成一體，稱為齒輪軸（圖616）圖615 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸δ 圖616 齒輪軸齒輪軸的剛度較好，但制造較復(fù)雜，齒輪損壞時(shí)軸將同時(shí)報(bào)廢。故直徑較大的齒輪應(yīng)把齒輪和軸分開制造。當(dāng)齒頂圓直徑da≤200mm，且δ超過上述尺寸，可作成盤式結(jié)構(gòu)的齒輪，如圖617所示。二、腹板式和輪輻式齒輪齒頂圓直徑da≤500mm的較大尺寸的齒輪，為減輕重量、節(jié)省材料，可做成腹板式的結(jié)構(gòu)，如圖618所示。 齒頂圓直徑 da ≥400mm 時(shí)常用鑄鐵或鑄鋼制成輪輻式，如圖619所示。 圖620鑲?cè)κ烬X輪結(jié)構(gòu) 圖621焊接式齒輪結(jié)構(gòu)圖617盤式齒輪 圖618腹板式齒輪 圖619輪輻式齒輪 三、組合式的齒輪結(jié)構(gòu)為了節(jié)省貴重鋼材，便于制造、安裝，直徑很大的齒輪（da＞600mm），常采用組裝齒圈式結(jié)構(gòu)的齒輪。如圖620所示為鑲?cè)κ烬X輪，圖621所示為焊接式齒輪。第4章 基于pro/e的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)第一節(jié)齒輪三維建模一 基本圓繪制 1新建零件命名為gearparameter/選擇front面作為草繪平面， 2 選擇工具/程序，在彈出的窗體里選擇“編輯設(shè)計(jì)”在生成的記事本中進(jìn)行如下編輯：在“INPUT”與“END INPUT”之間輸入：M NUMBER 請輸入模數(shù) ZB NUMBER 請輸入齒數(shù) ALPHA NUMBER 請輸入壓力角 HAX NUMBER 請輸入齒高系數(shù) CX NUMBER 請輸入頂隙系數(shù) X NUMBER 請輸入變位系數(shù) W NUMBER 請輸入齒輪寬度在“RELATIONS”與“END RELATIONS”之間輸入：IF ZB11Z=ZBELSEZ=11ENDIFD=M*ZHF=(HAX+CXX)*MHA=(HAX+X)*MDF=D2*HFDB=D*COS(ALPHA)DA=D+2*HAD0=DFD1=DBD2=DD3=DA 關(guān)閉窗口，系統(tǒng)自動提示“是否保存修改”點(diǎn)擊是，完成編輯。同時(shí)輸入M、ZB、ALPHA、HAX、CX、X、W的值分別為：0、10，則主界面的尺寸在參數(shù)驅(qū)動下自動調(diào)整如圖2所示。二 漸開線齒廓繪制 1點(diǎn)擊插入基準(zhǔn)曲線/從方程/完成/選取“PRT_CSYS_DEF”坐標(biāo)系，/迪卡爾坐標(biāo)，在彈出的記事本中輸入：r=DB/2THETA=t*45X=r*COS(THETA)+r*SIN(THETA)*THETA*PI/180Y=r*SIN(THETA)r*COS(THETA)*THETA*PI/180Z=0 關(guān)閉窗口，在系統(tǒng)提示下自動保存記事本。 2 選擇漸開線與分度遠(yuǎn)相交的點(diǎn)，創(chuàng)建點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO/選擇RIGHT和TOP平面建立基準(zhǔn)軸A1/選中軸A1和PNTO創(chuàng)建平面TDM1/選中TDM1和軸A1創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)平面TDM2，在角度里輸入“360/(z*4)”，在彈出的“是否添加360/(z*4)為系統(tǒng)關(guān)系”中點(diǎn)擊“是”生成TDM23 以TDM2為鏡像平面，鏡像“曲線標(biāo)志54”的漸開線，生成標(biāo)志為74的漸開線。完成輪廓漸開線的繪制。三 輪轂拉伸 拉伸齒根圓，在高度里輸入“W”，在“是否添加W為特征關(guān)系”對話框中選擇是。四 拉伸單齒由于漸開線齒輪當(dāng)齒數(shù)大于41時(shí)，基圓就會小于齒根圓，拉伸的齒與前者是不一樣的為準(zhǔn)確表達(dá)應(yīng)用程序控制，具體步驟如下：1 2拉伸輸入高度W同上設(shè)為特征參數(shù)3點(diǎn)擊工具/程序/編輯設(shè)計(jì)在拉伸實(shí)體前后分別加入程式“if z42”?！眅ndif”使該拉伸只存在與Z42情況下，；4再生輸入ZB=50，在新的界面下拉伸新的單齒， 五 陣列單齒 再生模型輸入ZB=20，選擇“拉伸1”以A1為軸進(jìn)行陣列，在角度里輸入“360/Z”，點(diǎn)擊工具/關(guān)系，彈出關(guān)系對話框，找到陣列代碼P19，在關(guān)系中輸入P19=Z。 再生模型輸入ZB=50，選擇“拉伸3”以A1為軸進(jìn)行陣列，在角度里輸入“360/Z”在系統(tǒng)提示下加為特征參數(shù)，點(diǎn)擊工具/關(guān)系，彈出關(guān)系對話框，點(diǎn)擊陣列2特征顯示，找到陣列代碼P29，在關(guān)系中輸入P29=Z。 再生模型輸入 至此齒輪參數(shù)化模型建立完畢。再生模型，在菜單管理器里選擇“輸入”彈出的菜單管理器里，選取“選取全部”就可以改變該齒輪的參數(shù)了。保存模型，以用備用。第5章 基于齒輪參數(shù)化的石英鐘建模第一節(jié) 時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案針對齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)齒輪傳動時(shí)，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。對于高速大功率的齒輪傳動（如航空發(fā)動機(jī)主傳動、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動等），還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱GB6413－1986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。閉式齒輪傳動 　　由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。但對于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)度又低的齒輪（如用20Cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪）或材質(zhì)較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時(shí)，則視具體情況而定。 　　功率較大的傳動，例如輸入功率超過75kW的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應(yīng)作散熱能力計(jì)算。 　　開式齒輪傳動 　　開式（半開式）齒輪傳動，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了延長開式（半開式）齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大。 　　前已述之，對于齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。時(shí)鐘是傳動系統(tǒng)是低速開式傳動系統(tǒng)，適當(dāng)增大模數(shù)，選M=1。第二節(jié) 時(shí)鐘齒輪設(shè)計(jì)無論是機(jī)械鐘還是石英鐘都是純齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動的典型，由于機(jī)械時(shí)鐘的發(fā)條機(jī)構(gòu)是比較復(fù)雜的，不容易進(jìn)行設(shè)計(jì)與裝配，因此進(jìn)行石英鐘表的建模與設(shè)計(jì)。由于只是動態(tài)展示時(shí)鐘的運(yùn)動狀態(tài)，也由于時(shí)間有限，故對齒輪系的傳動比，齒輪的壽命都沒有嚴(yán)格計(jì)算，只是滿足總的傳動比即：秒針與分針的60：1；分針與時(shí)針的60：1，在分配的時(shí)候，參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，傳動比選擇范圍為4~12之間，故：方案一：把60：1分為10：1乘6：1，滿足傳動要求。按照以上傳動比，需要的齒輪齒數(shù)為1200、為方便改變轉(zhuǎn)向與美觀起見增加了齒數(shù)為60、80的齒輪備用。方案二：把60：1分為3：1乘4：1乘5：1，滿足傳動要求。按照以上傳動比，需要的齒輪齒數(shù)為60、80、100、為方便改變轉(zhuǎn)向與美觀起見增加了齒數(shù)為1200的齒輪備用。從上可以看出方案二的傳動比比較均衡，有小到大，適合由高速向低速過度的要求，因此選用方案二為優(yōu)先方案。調(diào)出第4章設(shè)計(jì)的參數(shù)化齒輪，輸入?yún)?shù)ZB=14,W=1即變齒數(shù)為14（參數(shù)化能生成的最少齒）寬度為1，并保存實(shí)體。選擇一截面為基準(zhǔn)，選擇拉伸實(shí)體進(jìn)入草繪界面，選擇消隱線框。完成草繪/反向/去材/拉伸實(shí)體/選擇穿透，完成建模。.再生模型。分別再生齒數(shù)為60、80、100、1200的齒輪，分別以不同的顏色表示出來并分別命名存檔。完成齒輪的創(chuàng)建。 第三節(jié) 骨架及連接零件設(shè)計(jì)骨架主要起固定齒輪與指針的作用，強(qiáng)度方面基本上都能夠滿足要求的，只要滿足制造與裝配要求就可以了。針對時(shí)鐘來說，主要就是表盤的設(shè)計(jì)，如何能夠用最簡單的結(jié)構(gòu)起到最大的作用，達(dá)到最美觀的效果，是這次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。由于用P建模可以根據(jù)需要改變各個(gè)結(jié)構(gòu)的位置與尺寸，因此前期的設(shè)計(jì)甚是簡單，可以在裝配過程中進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體方案采用較厚的表盤，然后有軸，軸套緊配連接，把齒輪、指針等連接在表盤上，使其可以達(dá)到預(yù)期效果。確定孔的特征。在設(shè)計(jì)孔是時(shí)候有兩種設(shè)計(jì)方案：方案一：在表盤上直接打孔，不加凸臺。此種方案簡單易行，適用與低速，無重載傳動，不能承擔(dān)震動與較大的側(cè)壓力。方案二：在表盤上直接打孔，并加凸臺。此種方加工難度大，適用與高速速，重載傳動，能承擔(dān)震動與較大的側(cè)壓力。由于時(shí)鐘為低速無重載傳動，故考慮采用方案一，這樣有利于減低成本。根據(jù)以上設(shè)計(jì)，表盤采用直徑400mm,，既可以達(dá)到緊配的效果，有可以使表盤顯得美觀大方，切質(zhì)地輕便。連接部位統(tǒng)一鉆孔直徑為6。開始可以隨便鉆幾個(gè)孔，在裝配的時(shí)候可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。連接零件有螺栓、螺母、軸、軸套、銷釘?shù)?。除了幾個(gè)比較特別的零件外，都為標(biāo)準(zhǔn)件，在需要的時(shí)候根據(jù)需要查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用就可以了，連接方法上以緊配為主，螺栓連接適當(dāng)考慮預(yù)緊問題，由于沒有太大的震動與受力，連接零件要求都不太高，只要滿足精度要求，保證傳動平穩(wěn)進(jìn)行就可以。時(shí)鐘的主要設(shè)計(jì)零件有：表盤、外殼、連接螺栓、轉(zhuǎn)軸、軸套、指針等等。3D圖片如下： 圖 第四節(jié) 時(shí)鐘組裝設(shè)計(jì)以動畫仿真為目標(biāo)的裝配與一般的裝配是不一樣的，在動態(tài)仿真中的裝配是建立一種連接關(guān)系的過程，在連接中選擇的連接方式有：插銷、圓柱、平面等。以齒輪齒輪傳動為主的時(shí)針傳動主要的連接為齒輪的插銷連接。插銷連接的對話框如圖：以下是連接的裝配示意圖。1．2060變速齒輪組示意圖2．2080變速齒輪組示意圖3．其它變速齒輪組示意圖鐘表正面：美觀大方鐘表反面：布局合理側(cè)視圖：傳動均勻裝配剖面圖完整鐘表的正面第6章 基于pro/e的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)下的機(jī)械時(shí)鐘仿真設(shè)計(jì)第一節(jié) 運(yùn)動副及電機(jī)的創(chuàng)建傳動關(guān)系有很都類別，常用的有齒輪副、槽輪副、平面副、球面副等等。在時(shí)鐘設(shè)計(jì)中主要的運(yùn)用的是齒輪副。齒輪副傳動具有精確、效率高等特點(diǎn)，動畫仿真設(shè)計(jì)與 實(shí)際有區(qū)別的，在裝配過程中考慮每個(gè)零件的運(yùn)動情況，這在實(shí)際中是不必要的。齒輪副的建立需要在裝配時(shí)候建立軸線的插銷連接和接觸平面的位移連接，這樣齒輪就可以作頸向上的轉(zhuǎn)動在軸線上固定。在此前提下建立齒輪副齒輪就可以按照要求做相應(yīng)的運(yùn)動了。打開建立好的組裝模型，單擊工具/機(jī)構(gòu)，進(jìn)入仿真界面，單擊機(jī)構(gòu)/齒輪副/新建，出現(xiàn)如圖示畫面：選