基于UG的齒輪虛擬加工及蝸輪蝸桿的造型研究.doc

目錄1緒論.12齒輪虛擬加工.12.1漸開(kāi)線齒廓成形原理.12.2漸開(kāi)線齒廓的構(gòu)建.22.3直齒圓柱齒輪實(shí)體模型建立.52.4圓柱直齒齒輪的外輪廓線切割.62.4.1圓柱直齒齒輪的加工方案.72.4.2創(chuàng)建外輪廓線切割操作的節(jié)點(diǎn).82.4.3外輪廓線切割操作的參數(shù)設(shè)置.102.4.4圓柱直齒齒輪線切割程序的生成.113蝸桿三維造型設(shè)計(jì).123.1蝸桿參數(shù).123.2繪制兩條空間螺旋線.133.3繪制蝸桿基本曲線和齒廓截面.163.4單頭圓柱蝸桿的三維造型.164蝸輪三維造型設(shè)計(jì).185結(jié)束語(yǔ).23參考文獻(xiàn).2511緒論在機(jī)械傳動(dòng)的各種類型中，齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)器的傳動(dòng)裝置中，并且也是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的核心零件，因此齒輪在機(jī)械傳動(dòng)中的作用十分重要。近年來(lái)隨著運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真和對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確有效分析的需要,齒輪的精確建模也顯得極其重要。由于齒輪輪廓不是標(biāo)準(zhǔn)曲線,工程設(shè)計(jì)人員在齒輪的精確建模和設(shè)計(jì)制造中會(huì)涉及到曲線公式坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)等較為復(fù)雜的問(wèn)題,而且在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要對(duì)齒輪進(jìn)行造型，大多數(shù)三維建模系統(tǒng)都不能直接、快速、高效、精確的生成齒輪的三維模型，因此齒輪的三維建模過(guò)程比較困難，所以齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)顯得非常重要。本文是基于UG下對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，是用表達(dá)式生成方法即用尺寸來(lái)驅(qū)動(dòng)圖形，UG的表達(dá)式是算術(shù)或條件語(yǔ)句，它可以用來(lái)控制同一零件上的不同特征間的關(guān)系。利用UG表達(dá)式并利用漸開(kāi)線方程和與齒輪幾何尺寸相關(guān)的計(jì)算公式，建立表達(dá)式生成漸開(kāi)線曲線及其它相關(guān)聯(lián)的曲線，并通過(guò)特征操作實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。作為通用CAD/CAE/CAM軟件，對(duì)常用齒輪刀具進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算并虛擬加工齒輪，對(duì)形成齒廓的過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，幫助刀具設(shè)計(jì)者驗(yàn)證刀具的齒形參數(shù)是否合理，減少甚至避免試切，直接降低齒輪的試切、調(diào)試費(fèi)用，縮短試切周期。為避免對(duì)每把刀具都要進(jìn)行試切和檢驗(yàn)所造成的材料浪費(fèi)，多以迫切需要采用計(jì)算機(jī)虛擬加工等技術(shù)來(lái)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以提高設(shè)計(jì)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，所以對(duì)本課題的研究是具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。2齒輪虛擬加工2.1漸開(kāi)線齒廓成形原理根據(jù)機(jī)械原理中的知識(shí)，我們可以得出（1）漸開(kāi)線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式:/coskbkrrtankkk（1）其中，kr漸開(kāi)線上任意點(diǎn)的向徑；br基圓半徑；k壓力角；k漸開(kāi)線AK段的展角(如圖1所示)圖1漸開(kāi)線形成原理在UG中，我們要使用直角坐標(biāo)函數(shù)，所以必須要將漸開(kāi)線的極坐標(biāo)參數(shù)方2程轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程，其方程式為（2）:sincosbbxrvrvvcossinbbyrvrvv（2）其中，v漸開(kāi)線在K點(diǎn)的滾動(dòng)角；kkv此方程式表示的漸開(kāi)線的開(kāi)始點(diǎn)A在X軸上。為了表示位置的任意性，現(xiàn)假設(shè)A點(diǎn)不在X軸上，設(shè)AOX=0v，經(jīng)過(guò)整理可得漸開(kāi)線方程的直角坐標(biāo)系形式為:0cos()kkxrv0sin()kkyrv（3）由于UG自身的一些約束,如UG的三角函數(shù)中采用的是角度而不是弧度,直接變量只能在01之間變化。因此為了便于在UG中輸入表達(dá)式,可在UG中定義一個(gè)變量t,它是從0到1的變量,并建立關(guān)系式,使它的變化控制著變量a的變化,從而使a的值可以從0變化到180,這樣就為繪制一條0180的漸開(kāi)線做了公式準(zhǔn)備。2.2漸開(kāi)線齒廓的構(gòu)建新建一個(gè)名字為gear_curve的文件，單位為mm。依次單擊“起始”“建?！被蛘摺癱trl+m”進(jìn)入實(shí)體建模模塊。在主菜單下依次單擊“格式”“圖層的設(shè)置”命令，設(shè)置圖層10為工作層。依次單擊“工具”“表達(dá)式”命令或者“ctrl+e”命令進(jìn)入表達(dá)式對(duì)話框，在“名稱”欄中輸入?yún)?shù)符號(hào)，在“公式”欄里輸入?yún)?shù)的初值，單擊“”接受編輯。（如圖2所示）圖2表達(dá)式窗口3在“表達(dá)式”窗口中添加下面表達(dá)式。50z/齒數(shù)4m/模數(shù)dmz/分度圓直徑2damz/齒頂圓直徑cosbkdd/基圓直徑2.5dfmz/齒根圓直徑單擊“插入/草圖”進(jìn)入草圖繪制模式，在XC-YC基準(zhǔn)面上繪制4個(gè)圓，約束其中一個(gè)圓的圓心分別與“XC”、“YC”坐標(biāo)軸重合，再約束4個(gè)圓同心，單擊工具欄上“自動(dòng)判斷的尺寸”，使4個(gè)圓的直徑分別為：df、d、db、da。如圖3所示圖3齒輪基本曲線草圖單擊“完成草圖”或者“ctrl+q”推出草圖，回到實(shí)體建模環(huán)境。再次打開(kāi)“表達(dá)式”對(duì)話框，在“表達(dá)式”對(duì)話框中依次輸入以下表達(dá)式：0a/漸開(kāi)線的起始角180b/漸開(kāi)線的終止角1t/UG的系統(tǒng)參數(shù)(1)*statb/漸開(kāi)線參數(shù)方程的自變量（角度值）4/2bbrd/基圓半徑cossintbbxrsrradss/漸開(kāi)線在x方向的參數(shù)方程sincostbbyrsrradss/漸開(kāi)線在y方向的參數(shù)方程0tz/漸開(kāi)線在Z方向的參數(shù)方程選擇工具“規(guī)律曲線”菜單，出現(xiàn)“規(guī)律曲線”對(duì)話框如圖4所示，選擇其中“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，生成的漸開(kāi)線如圖5所示圖4規(guī)律曲線函數(shù)圖5漸開(kāi)線利用漸開(kāi)線繪制齒輪形狀,一般都需要“鏡像”功能以保證輪齒的對(duì)稱性。在UG中采用y軸作為對(duì)稱中心,這就需要對(duì)圖5中的坐標(biāo)軸沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一定的角度。旋轉(zhuǎn)角度的確定需要研究齒廓曲線的形成及其方程式。圖6為漸開(kāi)線的鏡像中心,圖中y軸與齒輪漸開(kāi)線的鏡像中心夾角為,=,i,為齒厚夾角的1/2,即90/Hz,(z為齒數(shù))。根據(jù)漸開(kāi)線形成原理,標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓上的展角為:tan3.14/180oiaa，根據(jù)上述公式,建立以下參數(shù)約束如下:(tan()3.14/180)180/3.14sitaiafaafa90/sitazisitasitasita將上述約束參數(shù)輸入表達(dá)式窗口，進(jìn)行了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)以后,再以y軸作為鏡像中心進(jìn)行鏡像,這樣漸開(kāi)線齒輪的輪廓就畫好了。如圖7所示5圖6鏡像中心圖7旋轉(zhuǎn)鏡像后漸開(kāi)線利用曲線修剪命令在漸開(kāi)線與齒頂圓和齒根圓的相交處修剪漸開(kāi)線，裁剪出一條齒廓線。在利用曲線修剪命令對(duì)齒頂圓及齒根圓修剪，最終得到齒輪輪廓線如圖8所示。圖8齒廓平面圖2.3直齒圓柱齒輪實(shí)體模型建立構(gòu)建齒輪實(shí)體模型操作主要分為二個(gè)步驟，一是生成圓柱齒坯（齒根）；二是用拉伸齒廓截面生成三維實(shí)體，再和齒坯布爾相加。6（1）創(chuàng)建齒輪體1）單擊工具欄中的“抽取幾何體”按鈕，彈出“抽取”對(duì)話框，默認(rèn)其中的“曲線”類型，在視圖窗口中選取上述繪制的齒根圓，單擊“確定”按鈕，顯然，該抽取幾何體和齒根圓是關(guān)聯(lián)的。2）單擊工具欄的“拉伸”按鈕。彈出“拉伸”對(duì)話框，選中上述的齒根圓抽取曲線，拉伸起始值為“0”，終止值為“10”，確認(rèn)后即可創(chuàng)建了齒坯。（2）生成單個(gè)齒廓實(shí)體單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，彈出“拉伸”對(duì)話框，選中上述創(chuàng)建的齒廓截面，創(chuàng)建類似設(shè)置為和齒坯進(jìn)行“布爾相加”，即可生成單個(gè)齒廓實(shí)體，如圖9所示。圖9生成單個(gè)齒廓圖10創(chuàng)建整個(gè)齒輪（3）創(chuàng)建整個(gè)齒輪1）單擊工具欄中的“實(shí)例特征”按鈕，彈出“實(shí)例”對(duì)話框，單擊其中的“環(huán)形陣列”按鈕，以上述創(chuàng)建的單個(gè)齒廓實(shí)體作為“引用特征”，確認(rèn)后彈出“圓周陣列”參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在數(shù)字文本框內(nèi)輸入“50”，在“角度”文本框內(nèi)輸入“360/50”，確認(rèn)后即可得到了整個(gè)齒輪如圖10所示。2）依次單擊主菜單中的“文件”“另存為”，打開(kāi)“部件另存為”對(duì)話框，在文件名內(nèi)輸入“gear-straight”，單擊“O