機(jī)械設(shè)計(jì)之基于proe的齒輪建模研討(參考版)
2025-07-01 01:22本頁(yè)面
【正文】 通過(guò)分析直齒圓錐齒輪齒輪不同參數(shù)之間的關(guān)系，推算出大小端面相關(guān)參量，建立各自的分度圓、齒根圓、齒頂圓等，利用各自不同的特征參數(shù)、數(shù)學(xué)關(guān)系等驅(qū)動(dòng)，得到其不同端面的漸開線齒形，最后運(yùn)用混合命令建立一個(gè)齒，再運(yùn)用復(fù)制和陣列的方法，即可建立所有的齒輪特性，最后運(yùn)用旋轉(zhuǎn)工具建立齒輪的基體，這樣直齒圓錐齒輪的主體部分就建立完成。它們的基本建模流程幾乎相同，都是通過(guò)齒輪的漸開線特性，得到完整的齒輪漸開線齒廓，只是因?yàn)槎叩臐u開線與齒輪其他的自變參數(shù)之間關(guān)系不同，故其能在生成不同類型的齒輪模型。本文基于Pro/E的系統(tǒng)軟件平臺(tái)，從不同的角度講述了三種不同齒輪的參數(shù)化建模方法。這二者的結(jié)合不僅提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，也為直齒圓錐齒輪進(jìn)一步開發(fā)有限元分析、運(yùn)動(dòng)仿真、數(shù)控加工等其他功能模塊奠定了基礎(chǔ)。 第二層嵌套族表 小結(jié)Pro/ENGINEER 軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具，采用本章講述的方法可以精確地生成參數(shù)化控制的直齒圓錐齒輪模型及其模型庫(kù)。 族表通過(guò)Pro/ENGINEER族表功能建立了直齒錐齒輪的模型庫(kù)，用戶可以選擇族表中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的實(shí)例，也可以在其中新建一個(gè)實(shí)例輸入相應(yīng)的控制參量具體值；通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，就可以自動(dòng)生成用戶所需的模型。選取壓力角、齒高系數(shù)、齒數(shù)等作為其族項(xiàng)目。點(diǎn)擊族表面板中的打開按鈕就可以打開相應(yīng)實(shí)例。 提取參數(shù)到族表項(xiàng)目中本章中直齒圓錐齒輪的模型庫(kù)通過(guò)族表功能建立了一個(gè)嵌套的控制數(shù)據(jù)表格，以直齒錐齒輪模數(shù)中第一系列大端模數(shù)為該族項(xiàng)目的具體參數(shù)，并對(duì)所有的實(shí)例進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。在Pro/ENGINEER的主菜單中選擇【工具】/【族表】，將設(shè)置的設(shè)計(jì)參量提取到族項(xiàng)目中，建立控制模型庫(kù)的電子表格，在族表中可以根據(jù)需要更改相應(yīng)的時(shí)間變量數(shù)據(jù)，并且通過(guò)編輯再生將模型自動(dòng)重建。 直齒圓錐齒輪的主體模型建立新圖層curve將所有的輔助線條納入其中，并將該層隱藏。首先由大端面的相關(guān)參量以及由大端面相關(guān)參量推算出來(lái)的小端面相關(guān)參量，建立大端面和小端面的分度圓、齒根圓、齒頂圓等，并運(yùn)用設(shè)置的相應(yīng)特征參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)尺寸。建立其余特征參數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間約束關(guān)系。建模策略根據(jù)零件解析中所得到的基本模型參數(shù)抽象建模特征所需的特征參數(shù)?；谝陨系姆治龊秃?jiǎn)化確定建立該模型所需的參數(shù)： （1）分度圓錐角δ：分度圓錐的錐角的1/2即為分度圓錐角； （2）外錐距R：圓錐齒輪節(jié)錐的大端至錐頂?shù)拈L(zhǎng)度； （3）大端端面模數(shù)m； （4）分度圓直徑d：在圓錐齒輪大端背錐上的這個(gè)圓周上，齒間的圓弧長(zhǎng)與齒厚的弧長(zhǎng)正好相等，這一特點(diǎn)在后面建模過(guò)程中得到利用； （5）齒高系數(shù)h*、徑向間隙系數(shù)c*、齒高h(yuǎn)； （6）壓力角：圓錐齒輪的壓力角是指圓錐齒輪的分度圓位置上，球面漸開線尺廓面上的受力方向與運(yùn)動(dòng)方向所夾的角，按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)一般取該值為20176。圓錐齒輪的齒廓曲線為球面漸開線，但是由于球面無(wú)法展開成為平面，以致在設(shè)計(jì)甚至在制造及齒形的檢查方面均存在很多困難，本文采用背錐作為輔助圓錐（背錐與球面相切于圓錐齒輪大端的分度圓上，并且與分度圓錐相接成直角，球面漸開線齒廓與其在背錐上的投影相差很?。?。直齒圓錐齒輪相交兩軸間定傳動(dòng)比的傳動(dòng)，在理論上由兩圓錐的摩擦傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)用參數(shù)化建模技術(shù)有非常重要的經(jīng)濟(jì)效用和現(xiàn)實(shí)作用，對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量也具有重要意義。 直齒圓錐齒輪參數(shù)化建模直齒圓錐齒輪是機(jī)械工業(yè)中廣泛使用傳遞兩相交軸之間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要基礎(chǔ)零部件，它的繪圖工作繁雜費(fèi)時(shí)。Pro/ENGINEER具有開放的體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的二次開發(fā)工具，允許開發(fā)者根據(jù)客戶的特殊需要來(lái)進(jìn)行擴(kuò)充和修改。在Pro/ENGINEER中建立的零件族實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種[12]：(1)族表。零件族由一個(gè)模板和用來(lái)驅(qū)動(dòng)模板的表格組成，模板含有生成零件族成員的全部特征，族表反映模板設(shè)計(jì)變量值、表達(dá)式關(guān)系及零件屬性等的更改。 參數(shù)化建模思路通過(guò)參數(shù)化的方法建立零件，可以方便零件族的實(shí)現(xiàn)及其管理操作，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中大量重復(fù)、改進(jìn)型設(shè)計(jì)效率的提高。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品建模特征的解析，從特征中抽象出特征參數(shù)，再對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行分析，得到參數(shù)模型。4 直齒圓錐齒輪參數(shù)化建模本章主要介紹了一種在Pro/E環(huán)境下精確的生成參數(shù)化控制的直齒圓錐齒輪模型及其模型庫(kù)的方法。本章介紹的這種漸開線直線圓柱齒輪參數(shù)化建模的方法操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，制造的齒輪模型使用起來(lái)也非常方便，大大減少了設(shè)計(jì)者的工作量。 小結(jié)漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)化建模的方法有許多，例如建立標(biāo)準(zhǔn)齒輪和變位齒輪兩種，然后再把它們裝配在一起，通過(guò)裝配中的編程來(lái)選擇其中一種。 裝配完成后，使用ProE自帶的分析功能對(duì)其進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)齒輪能夠完全嚙合，而且在兩個(gè)齒輪嚙合處的壓力角也正好為20176。 漸開線直齒圓柱齒輪模型實(shí)例其中左邊齒輪的參數(shù)設(shè)置為：THICK=16MODULE=2PRESSURE_ANG=20NUM_TEETH=32ROOT_ROUND_RAD=VAR_COEF=0右邊齒輪的參數(shù)設(shè)置為：THICK=16MODULE=2PRESSURE_ANG=20NUM_TEETH=48ROOT_ROUND_RAD=VAR_COEF=0，對(duì)這兩個(gè)齒輪進(jìn)行裝配。其設(shè)計(jì)要求是它們能夠完全嚙合，而且壓力角必須為20176。使用者點(diǎn)擊菜單中的Regenerate選項(xiàng)，系統(tǒng)會(huì)讓使用者選擇是否要輸入?yún)?shù)，輸完參數(shù)以后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成使用者想要的漸開線直齒圓柱齒輪。在菜單中選擇Program（程序）→Edit Design（編輯設(shè)計(jì)），在彈出的窗口中輸入程序。查看尺寸參數(shù)的具體步驟是：在菜單中選擇Relations（關(guān)系）→Show Dim(顯示尺寸)，然后再選擇你想要檢查的尺寸。陣列完以后，這個(gè)齒輪就已基本成型了。 參數(shù)設(shè)置 關(guān)系設(shè)置 新參數(shù)的生成 尺寸切換 關(guān)系再置 曲線方程的輸入（5）通過(guò)拉伸方式生成齒坯，然后以兩條漸開線以及齒頂圓和齒根圓為基準(zhǔn)，剪切出齒槽形狀，其他齒槽通過(guò)陣列的方式產(chǎn)生。在ProE中畫漸開線的唯一方法就是通過(guò)方程畫曲線。 。為了確定漸開線直齒圓柱齒輪的外形尺寸，最好先畫出基圓、齒根圓、節(jié)圓和齒頂圓。參數(shù)關(guān)系設(shè)置好后。此外，還要為這些參數(shù)設(shè)定一個(gè)初始值，其中變位系數(shù)的初始值最好設(shè)為0，因?yàn)槭褂貌蛔兾积X輪的機(jī)會(huì)比較多，對(duì)其他參數(shù)的初始值并沒(méi)有具體的要求。它們分別是齒輪厚度、模數(shù)、壓力角、齒數(shù)、齒根圓角半徑以及變位系數(shù)。 模板的選定（2）進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。設(shè)計(jì)流程建模的具體過(guò)程如下[11]：（1）（在ProE中，.prt文件代表零件）。所以，一旦模數(shù)m和齒數(shù)z確定以后，整個(gè)齒輪的大小就已經(jīng)確定下來(lái)了。(33)漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式為：（34）r=rb/cosαk invαk=tanαkαk用直角坐標(biāo)來(lái)表示漸開線時(shí)，其方程式為：（35）x=rbsinαkrbαkcosαk y=rbcosαkrbαksinαk (32)其中，BK為線段BK的長(zhǎng)度，展角θk為壓力角αk的漸開線函數(shù)，工程上常用invαk表示θk，即θk=i
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