基于PRO/E的圓柱齒輪參數化設計

摘 要:齒輪是機械行業(yè)常用的重要零件，其模型的參數多，參數之間關系復雜，一般的設計者無法自己建立該模型，并且也因為其參數值的變化而對需要重復建模，造成人力物力資源的浪費，本文的程序式齒輪設計建模綜合了直齒圓柱齒輪的各種形狀，結合了PRO/E的關系和參數的基本功能，方便設計者的齒輪建模過程，后續(xù)的直齒圓柱齒輪，只要改變參數值就可以直接生成，大大提高了直齒圓柱齒輪的建模效率。

關鍵詞:參數關系程序

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2011)05(a)-0009-02

1#8201;設計基本方法

直齒圓柱齒輪是一種較為復雜的機械零件，它的一些基本參數，如模數、齒數、壓力角、齒頂高系數、頂隙系數，變位系數、齒寬等。另外通過這些基本的參數也可以計算齒輪的其他參數，如齒頂圓、齒根圓、分度圓、基圓等。而這些基本參數經常變化的參數也只有模數、齒數、齒寬和變位系數，其它參數壓力角、齒頂高系數和頂隙系數一般是不變化的，所以我們這里將模數、齒數、齒寬和變位系數定義為關鍵參數。設計齒輪的基本方法為:(1)建立關鍵參數和基本參數;(2)建立模型和定義關系;(3)驗證關鍵參數;(4)調用齒輪。

2#8201;具體創(chuàng)建過程

2.1#8201;建立關鍵參數和基本參數

首先新建文件并在工具-程序中編輯設計中的INPUT和END INPUT加入如下語句:

M number\"輸入直齒輪的模數M:\"

Z number\"輸入直齒輪的齒數Z:\"

X number\"輸入直齒輪的變位系數X:\"

B number\"輸入直齒輪的齒輪寬度B:\"

這樣用程序的方式定義了四個關鍵參數，并保存文件，輸入初始值，在參數對話框中創(chuàng)建好齒輪的一些基本參數:壓力角、齒頂高系數、頂隙系數等，同時我們也可以看到四個關鍵參數，具體設計見表1。

2.2#8201;建立模型和定義關系

(1)創(chuàng)建齒輪的基本圓。

用草繪曲線的方法，選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向為向“左”，從里到外創(chuàng)建齒輪的四個基本圓:齒根圓(SD0)、基圓(SD1)、分度圓(SD2)、齒頂圓(SD3)，并且用設置好的參數在關系功能對話框中控制齒輪四個基本圓的大小關系。

SD3=M*Z+2*(HAX+X)*M

SD2=M*Z

SD1=M*Z*COS(ALPHA)

SD0=M*Z-2*(HAX+CX-X)*M

選擇菜單“編輯-再生”，以當前值再生圖形，并完成基本圓草圖的建立。

(2)創(chuàng)建漸開線。

漸開線是由一條線段繞齒輪基圓旋轉形成的曲線。漸開線的幾何分析如圖1所示。線段S繞圓弧旋轉，其一端點A劃過的一條軌跡即為漸開線。

對于Pro/E關系式，系統(tǒng)存在一個變量t，t的變化范圍是0～1。從而可以通過(x1，y1)建立(x，y)的坐標，即為漸開線的方程。

假設這條線段沿基圓旋轉90度。

則有公式:

r=D1/2

x=r*cos(t*90)+r*sin(t*90)*t*pi/2

y=r*sin(t*90)-r*cos(t*90)*t*pi/2

z=0

用“插入基準曲線”中的“從方程”的方式，輸入上述公式創(chuàng)建漸開線。

(3)鏡像漸開線。

創(chuàng)建分度圓和漸開線的交點和坐標原點兩個點，通過這兩點并垂直于分度圓平面作一個基準平面，創(chuàng)建通過原點并垂直于分度圓的軸，創(chuàng)建一個以該平面旋轉角度為變量angle的基準平面，鏡像漸開線(如圖2)。該變量angle=360/(4*Z)的關系在關系對話框中預先設置好，并以當前值再生圖形。

(4)拉伸形成實體。

首先創(chuàng)建齒根圓實體，并且使拉伸距離和齒寬對應，在深度中輸入B，并以當前值再生圖形。

然后創(chuàng)建單個齒形實體如圖3，這一步是創(chuàng)建齒輪的關鍵步驟。在創(chuàng)建齒輪輪廓時，由于漸開線是從基圓開始產生，而齒輪輪廓是從齒根圓開始，所以在創(chuàng)建齒輪輪廓時，對根部采用圓角過渡，并設置圓角的尺寸(sd12)關系。

在關系對話框中設置圓角尺寸，

IF HAX>=1

SD12=0.38*M

ENDIF

IF HAX<1

SD12=0.46*M

ENDIF

(5)陣列輪齒。

將上一步創(chuàng)建的輪齒進行軸陣列，完成齒輪的基本外形。設置陳列的數值為:陣列數量為Z，陣列角度為360/Z。以當前值再生圖形，這樣就完成了直齒輪的創(chuàng)建(圖4)

2.3#8201;驗證關鍵參數

選擇編輯菜單下的再生，并選擇輸入選項，這時就有四個關鍵參數可以選擇，我們對四個關鍵參數進行驗證，全部選擇，按提示要求輸入四個關鍵參數，改變M為4，齒數為15，變位系數為0.3，齒寬為15的齒輪。則通過關鍵參數中的數值的變化，重新生成新的不同的齒輪(如圖5)，當然如不能生成則要分析具體錯誤的地方，改正后重新驗證關鍵參數，并通過多次數據的代入驗證模型的完整性。

2.4#8201;調用齒輪

通過上述的操作，一個直齒輪的模型就制作完成，后期我們在其他設計過程中要應用該零件，只要對其進行調用，并通過再生改變關鍵參數。

3#8201;結語

通過這種方式的齒輪程序設計，我們可以對相同類型的零件進行歸類設計，分析零件的關鍵參數，然后進行程序設計，建立模型并驗證關鍵參數。特別在標準零件這種方法特別有用。而采用程序設計，調用者操作方便，只要按照提示輸入關鍵參數就完成零件的設計。這樣大大提高了設計效率。

參考文獻

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