漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化設計

1、第22卷第10期Vol.22No.102008年10月Oct.,2008常熟理工學院學報(自然科學Journal of Changshu Institute Technology (Natural Sciences Pro/E Wildfire 4.0是美國參數(shù)化技術(shù)公司(PTC 最新推出的功能強大的參數(shù)化三維設計軟件包.Pro/E 內(nèi)嵌的Pro/Program 模塊通過使用程序設計的方法來設計全尺寸驅(qū)動的零件,可以有效地解決相似零件的系列化設計問題.斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪相比具有運動平穩(wěn),重合度大等優(yōu)點.因此在冶金、礦山等各種機械設備中廣泛應用.在產(chǎn)品開發(fā)過程中,有限元分析、運動仿真、裝

2、配設計和數(shù)控加工等都要以三維模型為基礎.但由于斜齒圓柱齒輪設計計算復雜,容易出錯,而且Pro/E 軟件無法直接進行齒輪類的建模.因此提出了用Pro/Program 開發(fā)漸開線斜齒圓柱齒輪,解決開發(fā)中重復建模、齒形不精確等問題.1漸開線斜齒圓柱齒輪三維模型的設計方法在斜齒圓柱齒輪建模過程中,漸開線和螺旋線的生成是最為復雜的環(huán)節(jié).首先要確定漸開線方程,確保每一個尺寸都是通過參數(shù)約束的.其次要確定螺旋線方程.最后通過掃描混合、鏡像、陣列等命令創(chuàng)建出漸開線斜齒圓柱齒輪.1.1漸開線方程的確定由機械原理有關(guān)內(nèi)容并對照圖1,可知漸開線的極坐標方程為 1.2螺旋線方程的確定笛卡兒坐標系中圓柱螺旋線方程為x

3、=r cos (tn 360(2y =r sin (tn 360z =ht漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化設計李英(常熟理工學院機械工程系,江蘇常熟215500摘要:介紹了漸開線斜齒圓柱齒輪三維模型的設計方法及設計步驟,闡述了基于Pro/Program 漸開線斜齒圓柱齒輪參數(shù)化設計的實現(xiàn)過程.只需要更改相關(guān)參數(shù)就可以生成新的齒輪,有效地縮短了建模周期,提高了生產(chǎn)效率.關(guān)鍵詞:Pro/E Wildfire 4.0;漸開線;斜齒圓柱齒輪;參數(shù)化設計中圖分類號:TH122文獻標識碼:A文章編號:1008-2794(200810-0052-03收稿日期:2008-08-01作者簡介:李英(1979,女,遼寧

4、錦州人,常熟理工學院機械工程系助教,碩士.其中n =h tan (beta /(2PI r ,式中r -分度圓半徑,h 齒寬,beta斜齒輪螺旋角.1.3設計思路在Pro/E 環(huán)境下創(chuàng)建斜齒圓柱齒輪的方法有多種,經(jīng)過各種方法的比較,本次設計選用的方法是先通過方程創(chuàng)建漸開線和螺旋線,再通過掃描混合命令創(chuàng)建出一個斜齒,通過陣列命令創(chuàng)建出全部斜齒,最后創(chuàng)建斜齒圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特征.建模流程圖如圖2所示.2漸開線斜齒圓柱齒輪三維模型的設計步驟2.1確定基本參數(shù)及幾何尺寸的關(guān)系標準斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸取決于7個基本參數(shù),設置7個基本參數(shù)如表1,并賦予初始值.選取FRONT平面作為草繪平面,從小到大繪制4

5、個同心圓,如圖3所示,并建立如下關(guān)系式.sd 0=d =mz /cos (beta sd 1=d b =mz cos (alpha /cos (beta sd 2=d a =d +2ham sd 3=d f =d -2(ha +c m2.2創(chuàng)建齒廓曲線單擊菜單【插入】/【模型基準】/【曲線】/【從方程】,選取坐標系類型為【笛卡爾】,在記事本中輸入公式(4中的漸開線方程3,單擊【確定】創(chuàng)建漸開線,如圖4所示.通過創(chuàng)建嚙合點和基準平面,鏡像出另一半齒廓線.最后,在草繪模式下修復齒根圓和齒頂圓,修剪齒廓曲線,如圖5所示.ang =60t r =db /2x =r cos (ang +pirang /

6、180sin (ang y =r sin (ang -pirang /180cos (ang z =0基圓發(fā)生線漸開線圖1漸開線的形成確定齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角等基本參數(shù)及幾何尺寸的關(guān)系創(chuàng)建漸開線創(chuàng)建螺旋線創(chuàng)建一個斜齒陣列出全部斜齒創(chuàng)建斜齒輪結(jié)構(gòu)特征圖2斜齒圓柱齒輪參數(shù)化建模流程圖符號類型初始值z 整數(shù)20m 實數(shù)3alpha 實數(shù)20beta 實數(shù)45ha 實數(shù)1c 實數(shù)0.25h 實數(shù)40表1斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)第10期李英:漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化設計(3(453常熟理工學院學報(自然科學2008年2.3創(chuàng)建螺旋線單擊菜單【插入】/【模型基準】/【曲線】/【從方程】,選取坐標系類

7、型為【笛卡爾】,在記事本中輸入公式(2中的螺旋線方程,單擊【確定】創(chuàng)建螺旋線,如圖6所示.2.4創(chuàng)建一個斜齒利用復制命令在螺旋線的另一端創(chuàng)建一個齒廓,旋轉(zhuǎn)角度為360h tan (beta /(pid b .把螺旋線作為軌跡線,利用掃描混合命令創(chuàng)建一個斜齒,如圖7所示.2.5陣列出全部斜齒單擊菜單【編輯】/【陣列】,選取陣列類型為【軸】,利用陣列命令陣列出全部斜齒,如圖8所示,旋轉(zhuǎn)角尺寸增量為360 z ,陣列個數(shù)為z .2.6創(chuàng)建斜齒輪的結(jié)構(gòu)特征利用孔、鏡像、旋轉(zhuǎn)、陣列等命令創(chuàng)建出斜齒圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特征,如圖9所示.3結(jié)論利用Pro/E 軟件實現(xiàn)漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化設計,是根據(jù)漸開線方

8、程和螺旋線方程來完成的,故能保證齒形的準確性.同時其二次開發(fā)工具Pro/Program 很容易實現(xiàn)零件的系列化設計問題,能大大提高漸開線斜齒圓柱齒輪的設計效率.本方法可操作性強,對類似零件的設計有一定的借鑒意義.參考文獻:1季明善.機械設計基礎M .北京:高等教育出版社,2005:39-65.2劉軒.基于Pro/E3.0的斜齒輪參數(shù)化建模J .煤礦機械,2007,28(6:92-95.3林清安.Pro/Engineer 野火3.0中文版高級零件設計M .北京:電子工業(yè)出版社,2007:146-168.4張智明.精通Pro/Engineer 中文野火版M .北京:中國青年出版社,2004,219

9、-249.圖4創(chuàng)建漸開線圖5創(chuàng)建齒廓曲線圖3繪制同心圓圖6創(chuàng)建螺旋線圖7創(chuàng)建一個斜齒圖8陣列出全部斜齒圖9創(chuàng)建斜齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)特征Parametric Design of Involute Helical Cylinder GearsLI Ying(Department of Mechatronics Engineering,Changshu Institute of Technology ,Changshu 215500,ChinaAbstract :The design methods and the design steps of involute helical cylinder gears are introduced in detail.The process of the parametric design of involute helical cylinder gears is set forth.So a new gear model can be produced only by changing the related parameters,and the cy