機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計說明書—齒輪傳動建模與仿真

1、基于Pro/e少齒數(shù)（Z=2）齒輪傳動的建模與研究王軍（陜理工機械工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機自041班，陜西 漢中 723003）指導(dǎo)教師：王保民摘要:闡述了少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構(gòu)的傳動特點, 論述了漸開線和過渡曲線的方程推倒及其參數(shù)的確定,闡明了變位系數(shù)、螺旋角和幾何尺寸的確定及計算, 從而奠定了少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構(gòu)機構(gòu)學(xué)的理論基礎(chǔ)。齒輪的參數(shù)化設(shè)計是提高齒輪建模效率的有效途徑,基于Pro /E Wildfire 4.0 平臺的參數(shù)化精確建模功能, 通過編Pro/E的模型程序, 實現(xiàn)了少齒數(shù)齒輪自動化建模設(shè)計, 并且實現(xiàn)齒輪基本參數(shù)的改變自動生成新齒輪。該齒輪設(shè)計方法可使設(shè)計

2、人員方便快捷地實現(xiàn)齒輪的三維特征造型設(shè)計,從而提高設(shè)計效率。關(guān)鍵詞:坐標轉(zhuǎn)換 少齒數(shù) 變位系數(shù) PROE軟件 傳動 仿真Based on PROE(Z = 2) less teeth of Gear drives Modeling and ResearchWang jun（Grade04，Class1，Major Machine design manufacture and automation，Mechanical engineering institute Dept，Shanxi University of Technology, Hanzhong 723003, Shanxi）Tutor

3、: Wang BaominAbstract: In this paper, we first introduce the determ ination of engaging point, and the characteristics of involute、conjugate profile. In section 2, we present methods for determ ining the modification coefficient, helical angle, and geometric size of low number teeth involute spur ge

4、ar mechanism. Some conclnsions are drawn in section 3. The gear is to improve the design parameters of gear modeling efficient and effective way, based on the Pro/E Wildfire 4.0 platform for accurate modeling parameters of the function of an editorial Pro / E of the model program, has less teeth gea

5、r design automation modeling, and To achieve the basic parameters change gears automatically generate a new gear. The gear design allows designers to quickly and easily achieve the three-dimensional characteristics of gear design, thereby improving the efficiency of the design.Key words: Coordinate

6、Conversion; Low-number Teeth; Modification coefficient; PRO/E software; Transmission; Simulatio目 錄1前 言11.1 研究意義11.2 少齒數(shù)齒輪現(xiàn)狀分析11.3 齒輪成形技術(shù)的現(xiàn)狀21.4 Pro/Engineer22 理論分析與研究階段42.1 理論基礎(chǔ)42.2 坐標轉(zhuǎn)換法推導(dǎo)齒輪齒廓線方程52.1.1 齒廓曲線普遍方程式的推導(dǎo)52.2.2 齒輪的漸開線的方程式求解72.2.3 齒輪的過渡曲線的方程式求解112.3 少齒數(shù)計算過程132.3.1 數(shù)據(jù)初定132.3.2 設(shè)計結(jié)果校核計算142.3

7、.3 修正設(shè)計結(jié)果203 三維建模223.1 軟件簡介223.1.1 Pro/Engineer軟件包223.1.2 ProASSEMBLY安裝模塊233.2 參數(shù)化技術(shù)簡析233.3 齒輪的參數(shù)化建模設(shè)計243.3.1 零件分析243.3.2 繪制齒輪253.4 參數(shù)化問題分析324 其他零件的設(shè)計建模344.1 軸344.2 軸承344.3 端蓋354.4 箱體364.5 箱蓋375 減速器的裝配總成385.1 零件裝配的基本流程385.2 裝配過程中常用的配合方法385.3 裝配396 減速器的運動仿真416.1 運動仿真416.2.1 運動仿真概述416.2.2 減速器仿真41總結(jié)42致

8、謝43參考文獻44外文翻譯45附錄55附錄 A 基本理論依據(jù)55附錄 B 齒輪繪制在proe軟件中的公式程序化過程56附錄 C C語言驗證程序59附錄 D Autolisp 程序601前 言1.1 研究意義可以在傳動比不變的情況下減少齒輪傳動的體積與尺寸。也可在不改變齒輪傳動體積與外形尺寸時，可得到較大的傳動比，或使傳動鏈縮短。研究少齒數(shù)齒輪傳動正是解決齒輪傳動小型化的突破口，從而使齒輪傳動裝置的體積減小，質(zhì)量減輕，結(jié)構(gòu)簡化，成本降低。少齒數(shù)齒輪的齒數(shù)越少，這項研究便越有意義。目前對齒數(shù)少于8的齒輪參數(shù)選擇時比較難確定，雖然有變位齒輪的計算公式和齒廓曲線的方程，但是不是很完善，只有變位直齒輪過

9、渡曲線和漸開線的方程推倒，齒形的繪制也只是在范成儀上實現(xiàn)，設(shè)計效率比較低，此次設(shè)計使我有了對少齒數(shù)齒輪設(shè)計的理論基礎(chǔ)和對PRO/E參數(shù)化建模的方法，在確定出方程中的參數(shù)后，用Pro/E軟件將過渡曲線和漸開線曲線方程生成變位齒輪齒廓, 這兩條齒廓是精確的過渡曲線漸開線,而且由于建模過程實現(xiàn)參數(shù)化,只要修改齒輪模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角等齒輪參數(shù),就可以快速構(gòu)建得到另一齒輪零件,不僅設(shè)計效率高,而且齒輪的齒形準確,能更好地為后續(xù)齒輪機構(gòu)的動態(tài)仿真、干涉檢驗，設(shè)計程序可以在PRO/E軟件中用記事本顯示設(shè)計，為設(shè)計者提供出理論依據(jù)，并能夠清楚的查看齒廓有無根切現(xiàn)象和齒頂變尖現(xiàn)象，在加工前對模型有一個感

10、性認識。1.2 少齒數(shù)齒輪現(xiàn)狀分析少齒數(shù)齒輪傳動主要應(yīng)用在低功率大轉(zhuǎn)速的場合，如磨鉸機、電動自行車，手動葫蘆,減速器等機械中應(yīng)用較多少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪減速器是齒輪傳動技術(shù)上的新進展, 因為減少小齒輪的齒數(shù)可顯著增大齒輪的傳動比; 并可減小減速器的外廓尺寸和重量, 具有一定的技術(shù)經(jīng)濟效益。當(dāng)漸開線圓柱齒輪齒數(shù)在24之間取值時稱為少齒數(shù); 由于齒數(shù)的小齒輪與大齒輪組成的齒輪副稱為少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪機構(gòu)。對于這種機構(gòu), 由于小齒輪齒數(shù)較少, 首先為避免根切, 須采用大變位系數(shù)的正變位; 這樣又引起齒頂變尖而導(dǎo)致齒頂高縮短。其次由于端面重合度大幅度降低而須采用較大螺旋角和較大齒寬的斜齒輪傳動。再次

11、由于齒面相對滑動速度較在也帶來新的問題。本次設(shè)計就是針對這些問題進行理論和技術(shù)研究, 設(shè)法予以解決。目前對少齒數(shù)齒輪齒廓繪制只是用范成儀實現(xiàn)，不能在設(shè)計前看到齒輪的實體模型。 近代工業(yè)愈來愈要求齒輪傳動裝置既能承受高速重載,又要小型化.動力齒輪傳動的齒輪裝置發(fā)展趨勢為:小型化(高承載能力)、高速化、標準化。利用 P ro /E可精確建立齒輪的三維模型 ,從而實現(xiàn)齒輪機構(gòu)的虛擬裝配、模擬運動以及數(shù)控編程等。因此PRO/E對少齒數(shù)齒輪的實體建?？梢蕴岣咴O(shè)計效率。未來5 0 年齒輪創(chuàng)新的趨勢，是追求小、凈、靜、高可靠性、高強度、高轉(zhuǎn)速、低材耗、低能耗、低重量等。目前對少齒數(shù)齒輪傳動的理論研究比較少，

12、而且對于齒數(shù)小于8的齒輪的參數(shù)取值比較難確定，根據(jù)文獻推倒出少齒數(shù)齒輪的輪廓的理論計算，但是對齒輪齒廓的繪制只是通過范成儀實現(xiàn)，沒有對少齒數(shù)齒輪實體造型的研究。1.3 齒輪成形技術(shù)的現(xiàn)狀齒輪齒形的演變： 最原始的木制齒輪齒形是直線形。1 8 世紀后，漸開線齒輪逐漸得到廣泛應(yīng)用。2 0世紀初，美國人首先提出圓弧齒形，5 0 年代完成這項研究，6 0 年代被命名為W . N 齒輪。近幾十年來，由于航空工業(yè)及其他機械工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的漸開線齒形逐漸被漸開線修形齒形所取代。近代漸開線齒輪( 包括修形齒) 、擺線齒形、圓弧齒形同時共存，其中漸開線齒形占主導(dǎo)地位，但他們各自有其獨到的優(yōu)越性，不可能被其

13、中任何一種齒形完全取代。加工工藝的改善： 古代的木制齒輪、銅制齒輪和鑄鐵齒輪均采用手工生產(chǎn)。1 7 世紀末，已能用成形法切齒形，但鑄造工藝還是加工齒輪的主要方法。此后，齒輪金屬切削水平的提高，大大推動了齒輪加工技術(shù)的發(fā)展。近年來，隨著高科技的發(fā)展和人們對機加工齒輪的強度和承載能力要求的提高，齒輪的精密成形技術(shù)便應(yīng)運而生，其中，錐齒輪的精鍛已日趨成熟；直齒輪的鐓擠、正擠還有待進一步研究，以期早日投入規(guī)模化生產(chǎn)，為人類服務(wù)。1.4 Pro/Engineer少齒數(shù)齒輪是在現(xiàn)代機械中新型一種傳動機構(gòu)。利用Pro /E可精確建立齒輪的三維模型,從而實現(xiàn)齒輪機構(gòu)的虛擬裝配、模擬運動等。要充分發(fā)揮Pro /

14、E的作用、提高設(shè)計效率,必須對Pro /E進行功能拓展,加入特定產(chǎn)品設(shè)計的專用模塊,因此二次開發(fā)勢在必行。本研究基于漸開線齒輪的生成原理,結(jié)合Program程序,研制出少齒數(shù)齒輪三維實體造型的全參數(shù)化自動設(shè)計程序。Pro/E 程序功能: Pro/E 系統(tǒng)的核心建模思想是參數(shù)化。也就是在尺寸、尺寸之間進行參數(shù)化, 并且模型的各約束、特征之間都可以建立關(guān)系式。Pro/E 系統(tǒng)在每個模型建立好以后, 都會以記事本的格式顯示其程序文件。程序的實質(zhì)是系統(tǒng)對模型的每個零件的特征的建立, 會以特定程序的方式記錄其建立過程和生成的條件。而系統(tǒng)又允許用戶對所建立的程序進行編輯, 以控制模型中的特征。本文就是利用

15、這一功能, 針對齒輪產(chǎn)品的應(yīng)用廣泛而類型又多樣, 通過編輯建立齒輪模型的程序文件, 來更改齒輪的機械參數(shù), 最終實現(xiàn)人機交互的問答式來更改齒輪的機械參數(shù), 使設(shè)計具有相對的彈性, 體現(xiàn)Pro/E 參數(shù)設(shè)計的核心理念, 以完成新類型( 譬如直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、人字齒輪) 齒輪的自動化設(shè)計, 提高工作效率。2 理論分析與研究階段2.1 理論基礎(chǔ)齒輪嚙合的基本定律：相對嚙合傳動的一對齒輪在任意位置的傳動比，都與其連心線被其嚙合齒廓在接觸點的公法線所分成的兩段成反比。選擇的齒廓曲線：齒輪的齒廓曲線有漸開線、擺線、變態(tài)擺線、園弧齒廓以及拋物線齒廓等，從傳動設(shè)計制造安裝使用等方面考慮，應(yīng)用作為廣泛

16、的是漸開線齒廓。隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對齒輪傳動裝置提出了高速、重載、體積小、重量輕、噪聲小、效率高、壽命長等一系列要求，發(fā)現(xiàn)漸開線標準齒輪傳動有很大的局限性，已不能完全滿足上述要求，漸開線變位齒輪得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是還是在漸開線的基礎(chǔ)上的應(yīng)用。漸開線齒廓的加工原理：齒輪漸開線齒廓加工的基本要求是保證齒形的準確和分齒的均勻。目前齒輪齒廓的加工方法很多，除鑄造沖壓軋制外應(yīng)用最廣的還是且學(xué)加工的方法。按切制原理的不同，齒輪的切制方法有成型法和范成法兩種，本次設(shè)計就是在范成法的基礎(chǔ)上得到推導(dǎo)理論公式并在proe實踐的。范成法的實質(zhì)關(guān)鍵保持刀具與齒坯之間按漸開線齒輪嚙合的運動關(guān)系來解決齒輪加工的

17、基本問題保證齒形準確和分齒均勻。范成法的加工種類有滾齒、插齒、剃齒、磨齒、珩齒等，在本設(shè)計中選用的為滾齒的方法。 當(dāng)齒條以勻速移動式，推動齒輪以轉(zhuǎn)速等速轉(zhuǎn)動，齒輪移動的速度和齒輪分度圓上的圓周速度相等。齒條刀齒側(cè)面齒廓的運動軌跡的包絡(luò)線，正好能形成齒輪的漸開線齒廓，如果將齒條磨出刀刃來，它像刨刀一樣上下做往復(fù)運動，同時強制性的保證齒條刀具和齒坯之間的切削運動，嚴格的按照齒條與被加工漸開線齒輪嚙合時的運動關(guān)系，就能夠把齒坯切成漸開線齒輪。2.2 坐標轉(zhuǎn)換法推導(dǎo)齒輪齒廓線方程 齒廓曲線普遍方程式的推導(dǎo)用齒條形刀具加工齒輪時，被切齒輪齒闊曲線的普遍方程式的求解。用齒條形刀具加工漸開線的基本原理如圖2

18、.1所示為基準齒條形道具的基本參數(shù)，在加工齒輪時，要滿足兩個基本條件：一是刀具的中心線與輪坯的分度圓相切，二是刀具移動速度與輪坯的角速度之間關(guān)系為。而在加工變位齒輪時，刀具與輪坯之間的關(guān)系不變，僅僅是改變了刀具與輪坯之間的相對位置，即刀具遠離或者靠近輪坯的回轉(zhuǎn)中心，變位量用表示。變位后與輪坯相切的分度圓相切的不在是齒條的中線，而是與中線相平行的某一條節(jié)線。由于刀具頂部加工的是輪坯的根部，而輪坯齒根高為，所以刀具比傳動用齒條齒頂高出，故中線實際為齒高方向的中點線，簡稱中線。與中線相平行的稱為節(jié)線。圖2.1 非修緣的基準齒條刀具在法面內(nèi)的齒形參數(shù)（按照GB1356-78、JB110-60）當(dāng)圖2.

19、1中所有各參數(shù)都確定時，就認為齒條刀具的齒廓已經(jīng)確定，因而齒條刀具上的任意一點在坐標系中的坐標也就確定，然后就可以用坐標轉(zhuǎn)換法就可以求出齒輪齒廓方程式。這里的坐標轉(zhuǎn)換法具體是指：齒條刀具和被加工齒輪在做范成滾切運動時，已知刀具齒廓上所有各點在坐標系中的坐標，將其變換為被加工齒輪齒廓上所有各點在坐標系的坐標，即得出齒輪齒廓的普遍方程式。具體過程如下：建立坐標系（參見下圖2.2）圖2.2 用齒條形刀具切制輪齒時確定輪齒上各點坐標的是意圖1靜坐系坐標原點取在圖2所示輪齒的對稱軸上，且與齒輪中心相距距的點上，為輪齒的根圓，z為齒數(shù)。軸為輪齒的對稱軸，軸過點，且垂直于軸。2動坐標系動坐標系固聯(lián)在齒條刀具

20、上，隨刀具的運動而動，故稱之為動坐標。動坐標系的原點取在圖2所示齒輪的對稱線軸與分度圓的交點處，為沿輪齒的對稱軸，向左為正。軸過點，并與對稱軸垂直，向上為正。由以上建立的坐標系可知:動坐標系軸恒與輪坯分度圓相切，且做純滾動。（即用齒條形刀具加工齒輪時，動坐標系的坐標軸沿被切齒輪的分度圓做純滾動。）設(shè)在齒條刀具齒廓上任取一點， 在動坐標系中的坐標值為，求出與共軛（相嚙合）的點在靜坐標系中的坐標值。在運動之初，軸與軸重合，在運動過程中，動坐標系的軸與齒輪的分度圓始終相切，且保持純滾動的運動關(guān)系（這是求點坐標的基礎(chǔ)）。圖2.2所示為動坐標系在滾動包絡(luò)過程中某瞬時所處的位置。與原始位置相比，刀具節(jié)線（

21、軸）在分度圓上滾過的角度記為過作齒條刀具的齒廓法線，法線與節(jié)線的交點為。由于兩點為共軛點，所以圖示位置兩點重合?，F(xiàn)將齒輪與齒條看成是兩個構(gòu)件，由于兩個構(gòu)件作相對純滾動，因此構(gòu)件的瞬心就是二者的切點。當(dāng)齒條刀具節(jié)線在沿齒輪分度圓作純滾動到點時，則齒條刀具齒廓上的點必然與齒輪齒廓上的點重合，過這兩共軛齒廓在（或）處的公法線（或）必然通過它們的相對滾動瞬心。于是將點投影到靜坐標系上，就可以得到被加工齒輪齒廓的上點在靜坐標系中的坐標，從而得到被加工齒輪齒廓的普遍方程式 （1）式中 齒條刀具的滾動角，其值為 （2）由式（1）及（2）分析可知，若點的坐標、PN及值都已知時，就可以求出點在靜坐標系中的坐標。

22、若取齒條刀具上的若干點，利用式（1）求出相應(yīng)各點的坐標，標記于坐標系中，最后再把這些點連接起來就得到了齒輪的齒廓。 齒輪的漸開線的方程式求解式（1）說明欲求，需知刀具上的， ，或PN，而與是有關(guān)系的，因此還要求出與角之間的關(guān)系式。如圖2.2所示，在刀具的直線刀刃上取一點，在動坐標系中點的坐標為，圖中的值可以理解為：刀具的中線軸與點所在的刀刃交點到坐標原點的距離。圖2.3 齒條刀具齒廓的坐標示意圖：直齒齒齒廓部分由以圖2.3可推出，點的坐標為 （3）將上式代入（1）式可得齒輪的漸開線的方程式為 （4）上式中滾動角的變化范圍為 （5）式中 ，變位系數(shù)在切齒過程中，與的求解公式，由圖求解詳圖可知 （

23、6）在的坐標系中，點的坐標為圖2.4 求解詳圖 （7）將（1）時代入（2）式得點坐標， （8）將各值代入（4）式方程可求出齒輪漸開線上具體的各點，從而做出漸開線圖形。注：在由（4）式繪制漸開線區(qū)曲線時，軸為齒廓的對稱軸，與軸相垂直的軸通過齒根圓與齒槽（齒間）對稱軸的交點，由此便確定了坐標原點。切削漸開線齒輪齒廓線段時角的變化范圍計算為了更好的說明的求解的過程，先繪制一個非修緣齒廓，見圖2.5圖2.5為一非修緣齒廓曲線，其中是齒廓的對稱軸，與垂直的軸通過齒根圓與齒槽對稱軸的交點，于是便確定了坐標原點與齒輪中心之間的距離為。圖2.5所示的非修緣齒廓曲線由四部分組成1）齒根圓弧，其半徑為；（為軸與齒

24、根圓的交點，也是齒根圓與對稱軸的交點，即齒根圓上齒槽的中點。）2）過渡曲線；3）漸開線部分（基本齒廓部分）；4）齒頂圓，其半徑為。（為齒頂圓齒厚的中點。）圖2.5 漸開線齒廓段曲線滾動角的變化范圍推倒詳圖點為過渡曲線與漸開線的交點，所以切削過渡曲線時，滾動角角的最大值為切削漸開線的最小值，切削漸開線時滾動角的最大值求解，見圖2.6：刀具的直線部分切制漸開線曲線，所以齒全高按照考慮在中，而在中圖2.6 齒廓曲線漸開線段滾動角的變化范圍推導(dǎo)詳圖所以在切削漸開線時，角的變化范圍為，即（5）式 （5） 齒輪的過渡曲線的方程式求解過渡曲線是由齒條刀具的齒頂?shù)箞A部分切制出來的。圖2.7 齒條刀具齒廓的坐標

25、示意圖 齒頂?shù)箞A部分圖2.7所示為齒輪刀具的齒頂?shù)箞A部分，其中點為倒圓部分的圓心。點是倒圓圓弧上的任意一點，點是的法線與坐標系中軸的交點。因為法線通過點,而點的坐標為，所以依照圖7即可求出點在坐標系中的坐標： （8）注：是的函數(shù)，是自變量。式中 （9）將（8）式代入（1）式中，即得出齒輪過渡曲線方程式 （10）注：（10）中自變量為式中滾動角的變換范圍為 （11）式中參數(shù)的變動范圍為 （12）式中 齒條刀具齒廓的齒形角，對于直齒輪。在用公式（10）繪制齒輪過渡曲線時，公式中包含了兩個自變量，必須要找出它們的關(guān)系，才能畫出過渡曲線，其關(guān)系可由圖2-12中得到：將公式（8）代入在繪制過渡曲線時，先

26、在的范圍內(nèi)給定角，有上式求出相應(yīng)的角，再由（10）繪制過渡曲線。過渡曲線方程滾動角的變化范圍計算如圖2.8所示，刀刃上的切削的是齒根過渡曲線段，當(dāng)?shù)度猩系狞c與過渡曲線上的點重合時角最小，點切削點時，角最大。在圖2.8中，過刀刃上b點的法線必過圓心，連接并延長即為刀刃上點的法線。圖2.8 過渡曲線滾動角的變化范圍推導(dǎo)詳圖所以 （角的單位為弧度）連接交軸于 所以切削是過度曲線段時，角的變化范圍為，即（11）式 （11）2.3 少齒數(shù)計算過程2.3.1 數(shù)據(jù)初定齒輪副 設(shè)計中心距：; 法面摸數(shù)：; 傳動比：; 分度圓螺旋角：； 齒輪寬度：; 端面嚙合角：； 端面重合度：； 軸面重合度：；小齒輪（齒輪

27、軸）端面徑向變位系數(shù)：；齒頂高系數(shù)：; 頂隙系數(shù)：;分度圓直徑：;齒頂圓直徑：; 齒根圓直徑:;跨1個齒公法線長度：。大齒輪（齒圈）端面徑向變位系數(shù)：；齒頂高系數(shù)：; 頂隙系數(shù)：;分度圓直徑：;齒頂圓直徑：; 齒根圓直徑: ;法面固定弦齒厚：,法面固定弦齒高。2.3.2 設(shè)計結(jié)果校核計算齒輪副有關(guān)的參數(shù)驗算標準中心距：端面嚙合角：（1）端面壓力角（2）端面嚙合角設(shè)計結(jié)果：重合度（1）端面重合度其中： 設(shè)計結(jié)果： （2）軸面重合度設(shè)計結(jié)果： (非b圓整為13mm的對應(yīng)值)（3）重合度嚙合頂隙 （比大是由于小齒輪頂變尖，相當(dāng)于削頂。）端面徑向變位系數(shù)?。涸O(shè)計結(jié)果：中心距變動系數(shù)齒頂高變動系數(shù)小齒輪

28、齒根過渡曲線與大齒輪（齒圈）齒頂漸開線干涉驗算不發(fā)生干涉的條件：-刀頂圓弧半徑; mm;?？蓪⒉话l(fā)生干涉條件變成以下形式，便于計算：令：大齒輪齒根過渡曲線與小齒輪齒頂漸開線干涉驗算 小齒輪的幾何尺寸驗算齒頂變尖時的齒頂圓壓力角試湊得：齒頂圓設(shè)計結(jié)果：。齒根圓設(shè)計結(jié)果：，偏大0.001mm。全齒高（齒頂變尖相當(dāng)于削頂，削頂量為, 削頂系數(shù)為）跨一個齒的公法線長度根據(jù)朱景梓的推導(dǎo)結(jié)論（同齒輪手冊），未考慮切向變位的影響時： 大齒輪（齒圈）幾何尺寸計算分度圓直徑mm齒頂圓直徑 （1）嚙合干涉限制的極限齒頂圓直徑(2)削頂后的齒頂圓直徑 故 設(shè)計結(jié)果： ；干涉。齒根圓直徑設(shè)計結(jié)果：全齒高 （干涉削頂量

29、為 , 削頂系數(shù)為）法面固定弦齒厚未考慮切向負變位的影響設(shè)計結(jié)果：法面固定弦齒高未考慮切向負變位的影響設(shè)計結(jié)果：2.3.3 修正設(shè)計結(jié)果初步設(shè)計結(jié)果經(jīng)驗算，會發(fā)生嚙合時齒圈齒頂與小齒輪齒根過渡曲線干涉。修正設(shè)計結(jié)果其它設(shè)計結(jié)果不變，調(diào)整三個參數(shù)。重新驗算重合度 （不變）重新驗算頂隙（標準頂隙）（齒頂變尖，相當(dāng)于削頂量為, 削頂系數(shù)為）（為避免干涉需削頂，削頂量為，削頂系數(shù)為0.21096；其中、）3 三維建模3.1 軟件簡介Pro/Engineer是一套由設(shè)計到生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。Pro/Engineer是

30、美國參數(shù)化技術(shù)公司PTC的優(yōu)秀產(chǎn)品，提供了集成產(chǎn)品的三維造型設(shè)計、加工、分析及繪圖等功能的完整的CAD/CAE/CAM解決方案。該軟件以使用方便、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān)性而著稱。目前Pro/Engineer軟件在我國的機械、電子、家電、塑料模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、自行車、航天、家電、玩具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，該軟件在國內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過了同類型的其它國外產(chǎn)品。Pro/Engineer可謂是個全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、飯金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，其模塊眾多。主要由以下六大主模塊組成

31、:工業(yè)設(shè)計(LAID)模塊、機械設(shè)計(CAD)模塊、功能仿真(CAE)模塊、制造(CAM)模塊、數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊和數(shù)據(jù)交換( Geometry Translator)模塊。參數(shù)化設(shè)計和特征功能Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，設(shè)計人員可采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角等，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給計者提供了在設(shè)計上的簡易和靈活。3.1.1 Pro/Engineer軟件包Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造

32、型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，更自然，更直觀。這系統(tǒng)的參數(shù)化功能是采用符號式的賦予形體尺寸，這樣可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其它相關(guān)的特征也會自動修正，使得修改更為方便，設(shè)計優(yōu)化更趨完美。Pro/Engineer的主要特性有:(1)相關(guān)性(Full Associativity)（2)基于特征的參數(shù)化建模（3)數(shù)據(jù)管理（4)裝配

33、管理(5)工程數(shù)據(jù)庫重用（6)易用性(7)硬件獨立性。Pro/Engineer功能如下：1.特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；2.參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；3.通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。4.支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，ProPROGRAM的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等)。5.貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動)，其它輔助模塊將進一步提高擴展ProENGINEER的基本功能。3.1.2 ProASSEMBLY安裝模塊Pro/ASSE

34、MBLY是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一個擴展選項模塊，具有如下功能：1在組合件內(nèi)自動零件替換(交替式)2規(guī)則排列的組合(支持組合件子集)3組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件)4Pro/ASSEMBLY里有一個Pro/Program模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可。5組件特征。注：還有ProCABLING選用性和ProCAT光纜布線模塊等，以及其它

35、多項模塊、功能，但由于本次實際不涉及，不再詳述。3.2 參數(shù)化技術(shù)簡析參數(shù)化技術(shù)以約束為核心，是一種比約束自由造型技術(shù)更新穎、更好的造型技術(shù)。該技術(shù)將復(fù)雜的設(shè)計過程分解為三個子過程，即草圖設(shè)計、對草圖施加約束以及約束求解。參數(shù)化技術(shù)具有以下三方面的優(yōu)點:(1)設(shè)計人員的初始設(shè)計要求低，無須精確繪圖，只須勾繪草圖即可，然后可通過適當(dāng)?shù)募s束得到所需精確圖形。(2)便于系列化設(shè)計，一次設(shè)計成型后，可通過尺寸的修改得到同種規(guī)格零件的不同尺寸系列。(3)便于編輯、修改，能滿足反復(fù)設(shè)計需要，當(dāng)在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)有不適當(dāng)?shù)牟糠謺r，設(shè)計者可通過修改約束而方便地得到新的設(shè)計。這些優(yōu)點使得參數(shù)化技術(shù)非常適合于對整個設(shè)計

36、過程的支持。因為設(shè)計的目的是為了滿足一定的功能需求，而這些功能需求往往可以轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)脑O(shè)計約束。設(shè)計者通過對一設(shè)計約束的控制可以方便靈活地實現(xiàn)產(chǎn)品的功能。Pro/Engineer系統(tǒng)最典型的特點是參數(shù)化，體現(xiàn)參數(shù)化除使用尺寸參數(shù)控制模型外，還在尺寸之間建立數(shù)學(xué)關(guān)系式，使它們始終保持相對的大小、位置或約束條件。在零件模式下，系統(tǒng)允許建立特征之間的關(guān)系式，使得零件中的不同特征產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，此時創(chuàng)建的參數(shù)關(guān)系式成為零件關(guān)系式。同時在零件與裝配模式中，系統(tǒng)還允許在陣列特征或陣列元件間建立參數(shù)關(guān)系式。3.3 齒輪的參數(shù)化建模設(shè)計3.3.1 零件分析斜大變位正常齒數(shù)的齒輪外形由輪齒、鍵槽、軸孔等基本結(jié)構(gòu)特征組

37、成。齒輪建模的操作步驟如下：（1）添加齒輪設(shè)計參數(shù)圖3.1 新建對話框圖3.2 尺寸選擇（2）添加齒輪關(guān)系式（3）創(chuàng)建齒輪的齒廓曲線：2）添加齒輪關(guān)系式3）創(chuàng)建漸開線方程4）創(chuàng)建過渡曲線方程5）創(chuàng)建螺旋線線方程（5）實體生成：1）創(chuàng)建螺旋線線方程2）拉伸3）陣列3.3.2 繪制齒輪（1）新建文件：啟動PROE Wildfire4.0，單擊工具欄新建工具，或單擊菜單“文件/新建”。出現(xiàn)如圖3.1所示對話框。選擇系統(tǒng)默認“零件”，子類型“實體”方式，“名稱”欄中輸入“canshuhuachilun”，同時注意關(guān)閉“使用缺省模板”。選擇公制模板mmns-part-solid，如圖3.2所示，然后單擊

38、“確定”。（2）創(chuàng)建齒輪程序。選擇菜單欄“工具/程序”命令，出現(xiàn)如圖3.3所示對話框。單擊“編輯設(shè)計”，依次添加齒輪設(shè)計參數(shù)及初始值，添加完畢單擊“確定”。選擇工具菜單“工具/程序”命令，出現(xiàn)如圖3.4信息窗口，在其中輸入程序如下：圖3.4 信息窗口圖3.3 添加參數(shù)（3）添加齒輪四個圓的關(guān)系式。1）選擇“插入/模型基準/草繪”特征工具，或單擊工具欄草繪命令，出現(xiàn)如圖3.5所示對話框。選擇FRONT基準平面為草繪平面，系統(tǒng)自動捕捉到與其垂直的RIGHT基準平面為其參考平面。單擊“草繪”確認，進入二維草繪模式如圖3.6所示。圖3.6 草繪界面圖3.5 草繪對話框2）草繪截面。首先選擇工具菜單欄“

39、草繪/圓”或單擊“草繪器”工具欄上的圓命令，任意草繪4個同心圓，完成單擊確認，如圖3.7。圖3.7 草繪圓3）選擇工具菜單“工具/關(guān)系”命令，出現(xiàn)如圖3.8信息窗口，選擇草繪的圓，在“關(guān)系”中輸入四個圓的關(guān)系式如下：圖3.8 關(guān)系對話框選擇，在彈出對話框選“當(dāng)前值”，重生成后如圖3.9 圖3.9 再生圓 4）單擊，在的對照下新建笛卡爾坐標系如圖3.10，再如圖3.11在關(guān)系界面下編輯對應(yīng)關(guān)系為，并且選取“再生”。圖3.10 新建坐標系圖3.11 編輯坐標系圖（4）創(chuàng)建齒輪齒廓過渡曲線特征。1）單擊工具欄的基準曲線命令，選擇新建的坐標系，出現(xiàn)如圖所示菜單，如圖3.14選擇“從方程”建立漸開線，然

40、后單擊“確定”圖3.15確定。 圖3.12創(chuàng)建曲線 圖3.13 笛卡兒坐標系 圖3.14輸入方程 圖3.15 確定圖3.16 記事本2）單擊“笛卡爾”坐標系，出現(xiàn)如圖3.16所示記事本，在記事本點劃線下方，輸入過渡曲線方程以參數(shù)方程形式表示，t為proe的默認變量，取值范圍0-1，常量PI為圓周率，漸開線以X-Y直角坐標系建立，Z 軸取值為0。漸開線方程輸入完畢，單擊記事本“文件/保存”。最后單擊曲線對話框“確定”按鈕，生成如圖3.17所示過渡曲線。圖3.17 過渡曲線程序為：=t*xc/r*tan(90-t)+yc/rv=* 180/ PI=atan(r*-yc)/xc)x=(r-xc-*c

41、os()*cos(v)+(xc*tan()+*sin()*sin(v)-rf*cos(180/zn)y=(r-xc-*cos()*sin(v)-(xc*tan()+ *sin()*cos(v)z=0（4）創(chuàng)建齒輪齒廓漸開線特征。（方法步驟同創(chuàng)建齒輪齒廓過渡曲線特征，不再詳述）=t/r*(yc-y0+xc*tan(90-t)+2*han/sin(2*t)+1/r*(y0-2*han/sin(2*t)v=*180/PIx=(r-0.5*(r*-y0)*sin(2*t)*cos(v)+(r*-y0)*cos(t)*cos(t)*sin(v)-rf*cos(180/zn)y=(r-0.5*(r*-y0

42、)*sin(2*t)*sin(v)-(r*-y0)*cos(t)*cos(t)*cos(v)z=0（5）創(chuàng)建封閉環(huán)在草繪界面下用選取圖元，再用對漸開線及過度曲線進行動態(tài)修剪。如圖3.18所示。 (a) 選取“線” (b) 修剪后結(jié)果圖3.18 創(chuàng)間封閉環(huán)并修建修剪完后，選取創(chuàng)建中心線如圖3.19，選取對漸開線與過渡曲線部分進行對稱。圖320 鏡像圖3.19 建立中心線圖3.21 創(chuàng)建基準軸（4）創(chuàng)建齒輪齒廓螺旋線特征。（方法步驟同創(chuàng)建齒輪齒廓過渡曲線特征，不再詳述）程序為r=d/2L=r/tan()x=r*cos(t*B/L*180/pi) y=r*sin(t*B/L*180/pi) z=t*

43、B（5）進行恒定剖面的掃描1）創(chuàng)建基準軸。單擊工具欄的基準軸工具， 在工作區(qū)按住Ctrl鍵，選擇RIGHT和TOP基準平面，基準軸的約束類型為“穿過”兩個相交基面，單擊“確定”完成創(chuàng)建如3.23所示。1）在下，選擇參照3.22軌跡中選基準軸與螺旋線圖3.23X軌跡，選項恒定剖面圖3.24，界面的選取封閉環(huán)圖3.25，點擊完成， 形成如圖3.26圖形。圖3.23 選基準軸與螺旋線圖3.22 選取參照圖3.26 實體生成 圖3.24 恒定剖面 圖圖3.25 選取截面圖3.27 按軸陣列（6）對生成的圖像進行陣列1）選取軸選中心軸按軸陣列如圖3.27界面顯示圖3.28，確定后完成結(jié)果如圖3.29。

44、圖329 陣列結(jié)果 圖3.28 陣列示意圖 圖3.30 草繪2）編輯陣列在關(guān)系中輸入關(guān)系式選擇“再生”后得到齒輪的實體模型如圖3.30（7）繪制齒根圓實體部分。用旋轉(zhuǎn)功能進行根圓的繪制，草繪如圖3.31，確定后生成旋轉(zhuǎn)如圖3.32所示。圖3.32 旋轉(zhuǎn)生成 圖3.31 草繪（8）選擇再生模型 ，在菜單管理器中點擊輸入如3.33，改變齒輪的參數(shù)如圖3.34獲得不同的齒輪參數(shù)，確定完成再生。圖3.34 選取參數(shù) 圖3.33 重輸參數(shù)3.4 參數(shù)化問題分析在整個繪制中，本次設(shè)計從齒輪的整個PROE理論為依據(jù)，大量運用其繪制曲線的功能。根據(jù)本次設(shè)計數(shù)據(jù)改變了推倒的滾動角范圍，才生成了封閉曲線。推導(dǎo)未發(fā)

45、現(xiàn)漏洞，只能是在計算時或者依據(jù)以前的資料有部分出入，才導(dǎo)致此種情況。1.漸開線滾動角范圍為取時，圖形為圖所示，兩曲線未交上。（如圖3.35）將漸開線的范圍變化為時，如圖所示，兩曲線交上。（如圖3.36）圖 3.35 未相交圖 3.36 相交圖 3.37 相交2.改變的值也可以達到效果。3.標準以加工出的齒輪數(shù)據(jù)之間的值不滿足對應(yīng)的關(guān)系。4 其他零件的設(shè)計建模4.1 軸在proe參數(shù)中調(diào)出齒輪參數(shù)，根據(jù)此設(shè)計軸。表 4-1 齒輪參數(shù)分度圓齒根圓齒寬中心距小齒輪3.2723.2681462大齒輪117.804114.80413圖4.1 齒輪軸2.軸承圖4.2 軸4.2 軸承軸承：由于小齒輪的尺寸過

46、小因此采用了滾針軸承，選取軸承內(nèi)徑為7 mm，外徑為13 mm，寬度為4 mm,并且在軸承庫中調(diào)用，改完尺寸后直接生成。表 4-2 軸承的選取結(jié)果 （單位：mm）型號內(nèi)徑外徑寬度軸承一MF137ZZ7134軸承二7202AC153511圖4.3 7209A軸承實體圖7202AC4.3 端蓋（根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計手冊，選取凸緣式端蓋，具體的尺寸數(shù)據(jù)如下表）表 4-3 端蓋尺寸表參數(shù)序號名稱及符號具體取值或計算數(shù)值大齒輪端蓋小齒輪端蓋1螺釘直徑取6mm,數(shù)目n=427350284654357.2687由結(jié)構(gòu)決定88059866103513 圖4.4 端蓋4.4 箱體具體尺寸見下表箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸

47、表 4-4 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸名稱符號減速器的尺寸關(guān)系箱體具體取值箱座壁厚 0.025a+188箱蓋壁厚 0.025a+18 8箱蓋凸緣厚度 b1 1.5 12箱座凸緣厚度 b 1.5 12箱座底凸緣厚度 b2 2.5 20地腳螺釘直徑 df 0.036a+1216地腳螺釘數(shù)目 n 當(dāng) a250時 4 軸承旁連接螺栓直徑 0.75df 12蓋與座連接螺栓直徑 d2 (0.50.6)df 8軸承端蓋螺釘直徑 d3 (0.40.5)df8視空蓋螺釘直徑 d4(0.30.4)df6定位銷直徑 d (0.70.8)df12df、d1、d2至外箱壁距離C1 查表11-2 22df、d2至凸緣邊緣距離 C

48、2同上20軸承旁凸臺直徑 R1 C220凸臺高度h根據(jù)低速級軸承外徑確定外箱壁至軸承座端面距離 L1 C1+C2+(510)47鑄造過渡尺寸 x, y 查表1-38 R=5大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 1 1.2 10齒輪端面與內(nèi)箱壁距離2 10箱蓋、箱座肋厚m1,mm1=0.85；m=0.858.5軸承端蓋外徑 D2 D2=(55.5)d3軸承旁連接螺栓距離 S SD2根據(jù)上述尺寸，繪制箱體實體圖，箱座圖如下：圖4.4 箱座視圖1圖4.4箱座視圖24.5 箱蓋箱蓋圖如下：圖4.5 箱蓋實體圖2圖4.5 箱蓋實體圖1注：其余零件的繪制不再說，基本從標準件庫中選取零件，或用上述方法繪制。 5 減速器的

49、裝配總成在Proe的組件模式下完成減速器的裝配過程，首先要安裝各個軸上的分裝，然后在以各個軸的分裝作為元件進行裝配。在裝配的過程中，各部件是靠聯(lián)接關(guān)系裝配在一起的，在裝配某個零部件時根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能確定它是固定件還是活動件。5.1 零件裝配的基本流程1）進入裝配設(shè)計環(huán)境2）在零件裝配設(shè)計環(huán)境下，從插入零部庫中插入第一個零件到工作區(qū)中，該零件稱為基礎(chǔ)零件，系統(tǒng)對第一個插入的零件自動添加一個固定裝配關(guān)系。3)）根據(jù)裝配關(guān)系，逐個插入其它零件，并在插入零件與當(dāng)前裝配件上，選擇相應(yīng)的裝配關(guān)系命令進行裝配。 4)）完成所有零件的裝配，進行干涉檢查，確認無誤后，保存文件。以上步驟為自下而上的裝配方法。在裝配過程中可以根據(jù)需要隨時進行新零件的設(shè)計，新設(shè)計的零件在形狀和尺寸上可以與己有的零件和部件保持相關(guān)和協(xié)調(diào)，這個過程便體現(xiàn)自上而下的設(shè)計，因此兩種方法不是獨立不相干的，它們在裝配設(shè)計中是融合使用的。5.2 裝配過程中常用的配合方法1）重合配合:該配合將會使所選擇的面、邊線及基準面(它們之間的相互組合或與單一頂點組合)重合在一條無限長的直線上，或?qū)蓚€點重合。定位兩個頂點使 它們彼此接觸。2）軸