基于CREO的參數化齒輪設計與運動仿真

曾 媛

（江西應用科技學院，江西 南昌 330000）

CREO軟件是目前國內外應用最多的三維CAD/CAM工程軟件之一，與其他的CAD/CAM軟件相比，其最大的特點與優勢就是全參數化[1]。在設計過程中，可以充分利用CREO軟件的參數化功能，無需重復進行齒輪的建模，設置好相關的齒輪參數，一旦齒輪參數發生改變，模型也能隨之變化，高效率地完成一個設計過程[2]。還能虛擬仿真齒輪傳動，驗證齒輪設計的正確性，使得齒輪設計更加直觀。

1 齒輪模型的參數化設計

1.1 建模參數與關系式的建立

參數化的設計，即基本結構相同但是規格不相同的模型可以通過尺寸驅動生成新的模型。為了能夠使三維模型進行尺寸驅動，需要設置所需的參數，并賦初始值及命名，然后添加合理的參數驅動關系。在CREO軟件“零件”模塊中，將表1所示的相關齒輪參數賦值，“類型”為實數型，其中部分（HF、HA、DA、DB、DF、 D）參數需要通過關系計算，所以無需指定固定的數值。

表1 添加參數并賦值

繪制4個圓，并對其變量名稱依次命名為DA（齒頂圓直徑）、DB（基圓直徑）、D（分度圓直徑）以及DF（齒根圓直徑）。并把表1所示的部分（HF、HA、DA、DB、DF、 D）參數在CREO軟件中添加相對應的關系式。得到如圖1所示的基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。（直徑單位均為mm）

圖1 漸開線曲線的生成

1.2 漸開線的生成

在CREO軟件中，通過首先選擇新建“基準曲線”，選擇“從方程”建立，輸入如下所示的漸開線曲線方程，即可自動生成一條基于設計變量的漸開線曲線，另外一條漸開線只需要通過鏡像操作即可得到，如圖1所示。

1.3 齒輪實體建模

基于上述操作，在CREO軟件中，采用“拉伸”命令創建完第一個齒之后，利用陣列命令創建整個齒輪，為了實現參數化，需將陣列的尺寸增量關系設置為“360/Z”。得到如圖2所示齒輪實體。

圖2 齒輪實體

1.4 創建齒輪修飾

基于上述操作，在CREO軟件中同樣采用“拉伸”命令創建凹槽修飾，選擇任意一邊的齒輪平面為草繪平面，進行拉伸“去除材料”，為了實現齒輪修飾的參數化，需對相關變量添加關系式，如表2所示。

表2 齒輪修飾相關參數

1.5 齒輪的參數化模型

在CREO軟件中，基于以上操作，最終可得到如圖3所示的完整參數化齒輪即大齒輪模型。創建參數化齒輪之后，通過修改表1所示的相關參數，本文只修改齒寬B與齒數Z，分別修改為32與20，且刪除凹槽與小孔，只保留軸孔，最終得到小齒輪模型如圖4所示。

圖3 大齒輪模型

圖4 小齒輪模型

1.6 齒輪傳動裝配模型

在添加模型之前，需要創建基準軸，選取ASM-TOP與ASM-RIGHT平面相交線建立基準軸A1。添加小齒輪模型，選用銷釘連接，定義小齒輪軸線與基準軸A1對齊，小齒輪FRONT平面與ASM-FRONT重合；新建平面DTM1與ASMRIGHT平面，相距大小齒輪的中心距離100/2+40/2=70 mm，以DTM1與TOP平面相交線建立基準軸A2作為大齒輪的裝配軸，用同樣的方式將大齒輪模型添加到組建模型中，此時齒輪傳動的裝配模型完成，如圖5所示。

圖5 齒輪裝配模型

2 齒輪機構運動仿真

2.1 創建運動仿真

裝配好零件后，在“應用程序”中選擇“機構”，定義“齒輪副”。大小齒輪的節圓直徑設置為分度圓直徑，即設置40 mm與100 mm；選取小齒輪定義為“伺服電動機”，且設置小齒輪的運動速度為50°/s。設定完成之后，可以開始運動仿真，在仿真過程中如若發生干涉現象，則機構就會停止運動，可以達到齒輪機構干涉檢測的目的[3-5]。

2.2 仿真結果

進入“機構”選擇“分析定義”類型時選擇“動力學”，這樣可以生成一個結果集。進行“測量”，在大小齒輪齒頂圓處分別新建一個基準點（即測量點）。測量這兩個點速度相對于時間的變化規律，測量結果曲線如圖6所示。

分析測量結果可知，大齒輪的線速度為υ1＝18.10 mm/s，小齒輪的線速度為υ2＝19.14 mm/s。根據角速度ω＝v/r，其中r代表的是齒頂圓半徑?？傻眯↓X輪的角速度ω1＝v1/r1＝0.87 rad/s，大齒輪的角速度ω2＝v2/r2＝0.348 rad/s，由此可知大小齒輪的傳動比=ω2/ω1＝2.5，與本文設置的參數理論傳動比=大齒輪齒數Z1/小齒輪齒數Z2=50/20=2.5相等，說明齒輪建模正確。

3 總結

本文通過CREO軟件對齒輪進行了參數化設計以及運動仿真。利用CREO軟件進行齒輪的設計，與傳統設計方法相比，具有快捷性、通用性與精確性等。本文的設計方法可為初學者設計齒輪提供相關參考以及為復雜的齒輪設計奠定相關基礎。