實驗6-參數(shù)化齒輪建模實踐

1、實驗六參數(shù)化齒輪建模實踐6.1實驗任務(wù)和目的通過實踐掌握可變截面掃描、拉伸、陣列、打孔、倒圓角、倒角工具使用，掌握Creo參數(shù)化曲線的 編輯，掌握參數(shù)化設(shè)計的方法。完成圖6.1所示的參數(shù)化漸開線圓柱齒輪的建模，要求通過輸入齒數(shù) (Z_TEETH)，法向模數(shù)(M_NOR)，法向壓力角(ALPHA_NOR)，分度圓柱螺旋角(HELIX_ANGLE)，齒頂 高系數(shù)(HA_NOR)，徑向間隙系數(shù)(C_NOR)，齒輪寬度(B)，中心孔直徑(D_CENTER)參數(shù)值齒輪模型 能自動生成。圖6.1漸開線圓柱齒輪6.2實驗環(huán)境Creo Parametric 2.0 軟件，win7(32 位或者 64)操作系統(tǒng)

2、6.3預(yù)備知識和技能1)漸開線的形成漸開線的如圖6.2所示，直線BK沿半徑為rb的圓做純滾動，直線上任意一點K的軌跡稱為圓的漸開線， 該圓稱為漸開線的基圓，rb稱為基圓半徑。直線BK稱為漸開線的發(fā)生線。漸開線齒輪的齒廓是由兩條反 向的漸開線形成。由此可知，漸開線上任意點的法線必與基圓相切。發(fā)生線與基圓的切點B是漸開線在 K點的曲率中心，BK為漸開線在K點的曲率半徑，又是漸開線在k點的法線，也是K點所受正壓力的方向線BK直線與K點的圓周速度vk方向線所夾銳角曾稱為漸開線在K點的壓力角，其值為如式6.1 所示：(6.1)OBra = arccos= arccos k式中：rb一漸開線基圓的半徑；r

3、k一漸開線上任意點的向徑。2)漸開線參數(shù)方程如圖6.2，建立極坐標(biāo)系，設(shè)定O為極點，0A為做極軸，K為漸開線上任一點，則有:=OB 2 + BK 2arcABOBBKaOB k t入 BK dOK2 OB2iTd V 設(shè)參數(shù) t 從 0 變到 1，當(dāng) t=1 時，OK=ra，令：x = ob =OB= 1 dT 一1 b180y =(將弧度轉(zhuǎn)換為角度)，漸開線的參數(shù)化方程如式6.2所示pir = r V1 + x2 = 0.5d 1 + x2 k bb6 = x * y arctanx(6.2)Z = 03)漸開線的Pro/E柱坐標(biāo)方程齒輪漸開線方程用Pro/E柱坐標(biāo)描述如式6.3所示，此方程

4、描述的漸開線比齒頂園稍長(將da放大 1.1倍)，生成的漸開線在Front面上。x = t * sqrt(1.1* da/db)A2 -1) y = 180/pir = 0.5*db*sqrt(1 + xA2) (6.3) theta = x * y - atan(x)z = 06.4實驗內(nèi)容和步驟Stepl，確定圓柱齒輪的基本參數(shù)并初始化通過對圓柱齒輪的外廓形狀的分析，提取圓柱齒輪的基本參數(shù)有8個：齒數(shù)(Z_TEETH)，法向模數(shù) (M_NOR)，法向壓力角(ALPHA_NOR)，分度圓柱螺旋角(HELIX_ANGLE)，齒頂高系數(shù)(HA_NOR)，徑 向間隙系數(shù)(C_NOR)，齒輪寬度(B

5、)，中心孔直徑(D_CENTER)。通過“工具/參數(shù)”參臨令對其初 始化，結(jié)果如表6.1所示：表6.1漸開線齒輪初始化參數(shù)表參數(shù)名稱參數(shù)類型參數(shù)含義參數(shù)初值Z_TEETH整數(shù)齒數(shù)30M_NOR實數(shù)法向模數(shù)3ALPHA_NOR實數(shù)法向壓力角20HELIX_ANGLE實數(shù)分度圓柱螺旋角15HA_NOR實數(shù)齒頂高系數(shù)1C_NOR實數(shù)徑向間隙系數(shù)0.25B實數(shù)齒輪寬度30D_CENTER實數(shù)中心孔直徑30D實數(shù)分度圓直徑0DA實數(shù)齒頂圓直徑0DF實數(shù)齒根圓直徑0DB實數(shù)基圓直徑0Step2，建立齒輪的關(guān)系約束執(zhí)行“工具一關(guān)系” I二關(guān)系按鈕命令建立下面的關(guān)系約束：M_NOR=3Z_TEETH=30HA

6、_NOR=1C_NOR=0.25ALPHA_NOR=20B=30HELIX_ANGLE=15D=M_NOR*Z_TEETHDA=M_NOR*(Z_TEETH+2*HA_NOR)DF=M_NOR*(Z_TEETH-2*HA_NOR-2*C_NOR)DB=M_NOR*Z_TEETH*COS(ALPHA_NOR)完成關(guān)系式的輸入后，通過“執(zhí)行/校驗關(guān)系并按關(guān)系校驗新參數(shù)”匚按鈕命令檢驗關(guān)系。對關(guān)系進 行確認后，系統(tǒng)將根據(jù)添加的關(guān)系式，自動計算各圓直徑。Step3，建立齒輪的毛胚輪廓通過“模型一拉伸”工具在FRONT面中建立直徑為DA，拉伸長度為B的圓柱，并在FRONT面分 別草繪直徑為D，DF和DA

7、的三個圓，草繪齒頂園時，先草繪園，然后修改半徑值分別為DA，當(dāng)出現(xiàn) 圖6.3所示對話框時，單擊是即可，D和DF按同樣方法可完成，草繪三個圓供后續(xù)建模參照。圖6.3齒輪毛胚輪廓Step4，建立齒輪的參照基準(zhǔn)曲線通過插“模型一基準(zhǔn)一曲線一來自方程的曲線”命令調(diào)出從方程繪制曲線的控制面板如圖6.4所示文件- 模型 分析 注釋 渲染 工具 視圖 柔性建模應(yīng)用程序戴豪席芳茬父K笛卡.爾 收I 方程自Tot至二聊t 110燧8/X圖6.4從方程繪制曲線的控制面板選擇坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)，單擊方程按鈕在圖6.5所示的方程輸入對話框中輸入齒輪漸開線的柱坐標(biāo)方程， 分度圓的柱坐標(biāo)螺旋線方程，分度圓柱中心線的柱坐標(biāo)方程

8、。圖6.5方程輸入對話框齒輪漸開線的柱坐標(biāo)方程描述如下：x=t*sqrt(1.1*da/db)A2-1)y=180/pir=0.5*db*sqrt(1+xA2)theta=x*y-atan(x)z=0分度圓柱螺旋線分度圓的柱坐標(biāo)螺旋線方程描述如下：r = D/2theta =2*v* t *B*tan( HELIX_ANGLE)/Dz = B*t使螺旋線的起始點在分度園齒槽的中點，參數(shù)方程修改如下:u=sqrt(d/db)A2-1)v=180/piw=360/Z_TEETH/4-(u*v-atan(u)r = D/2theta =2*v* t *B*tan( HELIX_ANGLE)/D-wz

9、 = B*t分度圓柱中心線分度圓柱中心線的柱坐標(biāo)方程如下：r = 0theta = 0z = t*BStep5，用可變截面掃描形成第一個齒槽掃描設(shè)置：掃描設(shè)置如圖6.6所示，選掃描為實體子項和移除材料選項，選擇沿掃描軌跡進行草繪時截面保持不 變，在參考項的軌跡面板中選中分度圓柱中心線作為原點軌跡，分度圓柱螺旋線作為鏈l軌跡；用原點軌 跡設(shè)置法向軌跡(N)，用鏈l設(shè)置x軌跡。囪四匚萬一匕 II釜考 迭項 相切 屬性圖6.6可變截面掃描設(shè)置圖6.7齒槽草繪剖面草繪齒槽輪廓進入草繪環(huán)境繪制圖6.7所示的齒槽草繪剖面，草繪時將齒根圓，齒頂圓，漸開線均投影到草繪面， 作漸開線與齒根園過度弧線，將多余的線

10、刪除得到半齒槽輪廓，通過鏡像完成另一半齒槽輪廓。點擊按 鈕完成草繪，在可變截面掃描面板單擊按鈕完成第一個齒槽建模，注意齒槽過度圓弧的半徑設(shè)置為0.38* M_NOR將掃描特征陣列選中掃描特征，單擊陣列按鈕 進入陣列面板，選擇軸陣列，選擇圓柱的中心線A1為軸中心，在“輸入陣列成員間角度”文本框中輸入旋轉(zhuǎn)角度增量值為360/Z_TEETH。選中模型樹中的陣列，右鍵彈出右鍵菜單，執(zhí)行“編輯”命令，在工作區(qū)中可以看到陣列數(shù)目的參 數(shù)變量名，單擊“工具”選項卡中的“關(guān)系”按鈕，調(diào)出“關(guān)系輸入”窗口，在窗口中輸入關(guān)系式p20=Z_TEETH （假定參數(shù)變量名為p20），單擊模型中的“重新”生成按鈕便可圖6

11、.8所示的齒輪模型。圖6.8齒輪模型圖6.9帶孔的齒輪模型制作齒輪的中心孔單擊模型的添加孔按鈕廿孔，調(diào)出打孔的操作面板，以齒輪的中心線為軸，以D_CENTER為直徑 在齒輪的中心打同軸孔。至此齒輪的基本模型建立。模型的效果圖如圖6.9所示：Step6，樣本模型建立單擊模型一模型意圖一程序調(diào)出圖6.10所示菜單，點擊“編輯設(shè)計”，系統(tǒng)就會自動打開其程序文件， 在“ INPUT ”和“END INPUT ”之間輸入基本參數(shù)語句和提示語句如下：Z_TEETH NUMBER”輸入齒輪齒數(shù)：”M_NOR NUMBER”輸入齒輪法向模數(shù)：”ALPHA_NOR NUMBER輸入齒輪法向壓力角：HELIX_A

12、NGLE NUMBER”輸入齒輪分度圓柱螺旋角：”HA_NOR NUMBER”輸入齒輪齒頂高系數(shù)：”C_NOR NUMBER”輸入齒輪徑向間隙系數(shù)：”B NUMBER”輸入齒輪寬度：D_CENTER NUMBER”輸入中心孔直徑：”編輯完參數(shù)化程序后保存文件，在出現(xiàn)圖6.11所示的“要將所做的修改體現(xiàn)到模型中”對話框時， 單擊是，彈出圖6.12對話框，單擊輸入，選中其中一個參數(shù)改變，便可以測試樣本模型的效果。圖6.11程序編輯確認對話框圖6.12參數(shù)輸入菜單Step7，樣本模型使用檢驗打開樣本模型，執(zhí)行模型重新生成命令，系統(tǒng)將彈出圖6.12所示菜單，單擊輸入彈出圖6.13所示 的對話框，設(shè)計者可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的參數(shù)并輸入相應(yīng)的數(shù)值，系統(tǒng)便自動生成設(shè)計者所需 要的精確圓柱齒輪模型，當(dāng)螺旋角HELIX_ANGLE=0時為直齒圓柱齒輪，否則為斜齒圓柱齒輪。圖6.14 為圓柱直齒齒輪，圖6.15為圓柱斜齒齒輪。菜單管理器 I