基于proe的齿轮参数化设计与运用.doc

70基于PRO/E的齿轮参数化设计与运用目录摘要 3关键词 3Abstrac 3Key words 3第1章 绪论4设计的目的和意义4设计的目标和任务 4第2章pro/e三维建模基础 52.1 建模应遵循的标准 52.2 建模应注意的问题 52.3 建模技巧62.4 程序设计与关系 72.4 机构、装配与运动仿真7第3章 齿轮及其设计83.1 圆柱直齿轮设计 83.2齿轮结构设计13第4章 基于pro/e的参数化设计154.1齿轮三维建模15第5章 基于pro/e的齿轮参数化设计下的机械时钟建模195.1时钟设计方案195.2 时钟齿轮设计 195.3 骨架及连接零件设计 205.4 时钟组装设计 23第6章 基于pro/e的齿轮参数化设计下的机械时钟仿真设计 275.1 运动副及电机创建 275.2 运动仿真 285.3动画输出30第7章 基于pro/e的齿轮参数化设计下的机械时钟仿真设计 315.1 数控加工技术315.2 齿轮加工32参考文献37摘要齿轮是机械中常用零件，参数化设计是利用Pro/E软件进行设计的最重要的特点，运动仿真反映设计的结构等是否合理。本文运用了大型三维实体建模软件Pro/E齿轮结构进行了参数化设计，包括对齿轮模型建立的方法、技巧及注意问题的讨论，并对其进行了三维实体建模的实现，并通过石英钟的建模与运动仿真分析，从而体现了整个设计的意义。参数化设计方法与传统设计方法相比,其最大的不同在于它存储了设计的整个过程,能设计出一族而不是单一的产品模型。参数化设计对于获得比较精确的数据来指导实际的生产和提高齿轮结构设计的准确性和可靠性提供了一定的数据，而运动仿真分析准确传达了设计的结果。本文所提供的Pro/E三维实体建模参数化设计方法，对使用Pro/E软件进行齿轮进行设计的相关人员具有积极的意义。关键词 齿轮/三维实体建模/ Pro/ENGINEER/参数化设计/运动仿真Turn design and usage according to the wheel gear parameter of PRO/EAbstractThe wheel gear is an in common use spare parts in the machine, the parameter turn a design is make use of Pro/E the software carry on design most importance of characteristics, sport imitate true reflection design of structure etc. whether reasonable.This text usage the large and 3D entity set up the wheel gear structure of the mold software Pro/E to carry on parameter to turn design and include to the wheel gear model establishment of method, technique and attention problem of discussion, and as to its carried on 3D entity to set up a mold of realization, and pass set up of quartz clock a mold and sport imitate true analysis, thus body now the whole meaning for design.The parameter turn design method and tradition design method to compare, it be the biggest of dissimilarity lie in it saving design of the whole process, ability design one clan but is not one of product model.The parameter turn design for acquire more precision of data to instruction actual of produce and exaltation wheel gear structure design of accuracy and credibility provided certain of data, but sport imitate true analysis accurate informed design of result.This text Pro/E 3D entity for provide set up mold parameter to turn a design method, to usage Pro/E the software carry on wheel gear to carry on design of the related personnel have aggressive of meaning.Key words Wheel gear/the 3D entity set up a mold/ Pro/ENGINEER/parameter to turn a design/sport imitate true第一章 绪论一 设计的目的意义 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛，传动功率可达近十万千瓦，圆周速度可达200m/s.齿轮传动有很多优点诸如：效率高，齿轮传动是机械传动中效率最高的传动方式，如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%，这对大功率传动是十分有经济意义的；结构紧凑，齿轮传动占用的空间都很小；工作可靠、寿命长；传动比稳定。因此齿轮在机械传动中运用广泛。Pro/e是功能强大的3D建模与分析软件，目前应用已经十分广泛，特别是在曲面、模具、参数化、动态仿真与各种分析方面有着明显的优势。可是在应用P进行齿轮设计时却是很烦琐的事情，P不像有写软件一样，输入齿轮参数就可以自动生成齿轮模型。运用P建立齿轮模型必须先建立齿的轮廓线，在进行拉伸等操作。拿渐开线圆柱齿轮来说吧，要先画出齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆；对齿轮的四个圆的参数进行设计计算，添加尺寸约束；建立渐开线；求交点，做交点与轴共有的平面，求齿中线平面；镜像渐开线；建立单齿轮廓；拉伸单齿；在拉伸轮毂等等。步骤繁多不说，如果对渐开线方程不熟悉或者忘记了，这个齿轮就造不出来，更不用说后面的仿真运动与分析了。如果能够创建一个参数化实体，在用到齿轮时，输入各种参数就可以生成对应模型，那一定是一见令人兴奋的事情。因此齿轮参数化设计是一件十分意义的工作，本次设计的目的就是简化用P设计齿轮的过程，给更多的齿轮设计人员创造方便条件、加快工作速度、提高设计质量，在设计方法上也具有一些值得借鉴的方法与经验。因此这个设计还是很有意义的。二 设计的目标与任务齿轮作为一中应用十分普遍的传动工具，它的发展已经有很久远的历史了，在不断发展中，相关设计人员不断的进行优化与改进，因此也出现了许多不同的类型。经验告诉我们渐开线齿轮是传动最好的齿轮也是最用的齿轮。鉴于此种情况，在本次设计中主要围绕渐开线齿轮展开，由于时间比较紧，在齿轮与P的运用等各方面的不足，为了使我的设计比较完整、比较实用，我的设计对象主要限制为圆柱直齿轮，即此次设计为渐开线圆柱直齿轮的参数化设计。当然这种设计的思路和方法对以后的设计还是很有借鉴意义的，在力所能及的前提下还会尽力考虑其它齿轮的设计。渐开线圆柱直齿轮的参数主要有：模数、齿数、压力角、齿高系数、顶隙系数、变位系数、齿宽等。单方面对某个参数进行设变是很简单的事情，如果要对整个齿轮的所有系数进行设变就不是很简单的事情了，这需要关系约束和其它很多内容的，稍有差错就会失败。本次的设计就是为满足以上参数的随意变更而模型可以再生。具体一点就是在打开实体时候点击再生按扭，在弹出的窗体中包含模数、齿数、压力角、齿高系数、顶隙系数、变位系数、齿宽等所有参数，当输入所有参数的任意值时，模型都不会失败。本次设计的任务有：一 运用Pro/e的齿轮3D建模二 参数化注入，关系设定,参数化模型建立三 应用举例(石英钟设计组装、动态仿真等)用P进行参数化设计与运动仿真有好多不同的思路与方法，参数化方面有：1先建模，再参数化；2边建模边参数化。这两种方法都有各自的优势，前者对与不太熟练者来说不比较好的一种选择，如果对参数化已经比较熟悉，为了取得比较好的效果，建议采用边建模边参数输入，这样利于模型稳定上和运算速度的提高。第二章 Pro/e三维实体建模基础第一节 建模应遵循的标准（一）所建立的模型能够全面，准确的反映各个部分的结构以及在工作状态下结构关系。（二）齿轮的结构模型与实际形状应保持几何相似，对研究问题影响不大的局部地方，可以进行适当的简化，甚至忽略。（三）在建立齿轮结构模型时，应考虑特征数量多少对建模产生的影响，应尽可能减少模型上的特征数量。（四）齿轮结构的建模条件应符合实际情况，要求全面掌握多种设计方法，确定最佳方案。（五）运用Pro/E建模方法建立主体模型，其设计思路是由简到繁，由基本到复杂。因为复杂的几何体都是由一个简单的几何特征组合构成的。9第二节 建模注意问题建模是所有工作的第一步，是一个前奏性的工作，建模的适当与否关系后继工作的顺利与否，在前期建模当中由于不熟悉后面参数化的工作进程，会进行好多无用的工作，具体地说就是前面建立的模型在后期不能够被参数化或者是难以参数化，因此虚心听从老师的指导、安排一个合理的工作步骤，指定一个有效的工作计划是十分重要的。大体的说建模需要注意以下几个方面：1、在建模之前要熟练运用pro/e进行一些基本的操作，对其进行三维建模要有一定的了解。运用pro/e建模是比较有效的的建模方式，它具有强大的三维建模功能，可以满足几乎所有要求的操作，事实都是具有两面性的，它的强大的功能就决定了要求它操作的多样化，操作多样化也就增加了它的操作难度，当然了对与能够熟练运用它的人来说操作绝对不是问题所在，但是对初学者来说的，就具有一定的难度了。因此说在建模之前就要想到后期要做哪些工作，在这里我要怎样为后期工作做准备，而我们用的pro/e能否完成这样是工作，如果不能就应该尽快的寻找有效的方法，只有在比较熟练的运用此软件才能作到这一点。2、要对参数化进程有一定的了解，明确建模的方式。像上面提到的一样所有前期的工作都是要为后期服务的，明白后期工作才能作好前期的，不然会到后来才发现前边所有的工作都是白做的。3、不选好核心部件就进行装配是不明智的。在装配之前还要研究那些是比较好装的，哪些是比较不好装的，要先装不好装的，千万不要急功近利说装的越快越好，因为机器装的越大就越难一再添加新的零件所以要在装配的开始就把最难装的先装上13。4、如果要进行动画仿真就要考虑装配的方式了，是放置还是连接都要做认真的研究，必修注意的是动画与实际还存在一定的差别，实际上可以应用的，为了动画的容易建立我们会改变装配的方法，因此动画的装配并不代表实际的装配；但是如果要进行一些受力只类的分析时候就必须按实际进行，并准确添加重力等因素。第三节 建模技巧用Pro/E建造三维实体模型的方法可以分为两种：边界表示法和建构实体几何法。1、采用边界表示法的实体模型采用边界表示法的实体模型分为三种：线框模型、曲面模型和实体模型。1） 线框模型 线框模型是一种在计算机内构成三维实体的方法。它通过点、直线、圆弧等基本图形元素组成的框架，来描述具有立体形状的几何图形。这种模型称为“线框模型”，是最早用于实际且现在仍然被广泛应用的一种三维几何模型。 因为线框模型的数据比较简单，所以具有处理速度快的特点。用线框模型来表示线性立体几何或许可以，但是要用来表示曲线几何特征可能就不够完美了。因此必须以直线或圆弧等辅助线来表示，但是这样一来，就会失去边界的感觉。用线框模型描述空间实体，虽然表达的信息不够完全，但对于在无法使用高性能计算机的情况下，仍有很大的优越性。线宽造型的特点：结果简单，易于理解，数据存储量少，操作灵活，反应速度快，是进一步构造曲面模型和 实体模型的基础。在Pro/E中，可以很方便的在实体模型状态下显示线框模型。2）实体模型 从表面上看，实体模型和曲面模型很类似，尤其是线性几何方面，几乎分辨不出来。曲面模型在表示三维立体时，使用的方法是以面来围成立体。在此基础上，再增加厚度的数据，就可以构成实体模型了。这种通过指定点、线、面的连接关系，以及实体再各个面的厚度数据表达三维实体的方法，称为“边界表示法”。实体造型就是指在计算机内部提供对物体完整的几何定义，可以直接用来进行三维造型设计的方法。实体模型是一个完整的几何模型，它可以对模型进行质量、质心、惯性矩等实际物理量的计算，可以进行实体与实体间的相交、渲染等处理。实体造型的制作方法与实际生活中接触的物体非常接近，如可以对实体进行切削、填补等加工。因此，目前许多的造型软件都以它为基本造型手段。对Pro/E来说，实体造型的制作方法有拉伸实体，旋转实体，扫描实体，混合实体等。2、采用建构实体几何法表示的实体模型机械产品和机械零件的几何形状多数是由立方体和圆柱体等简单几何形状绘制而成的。现代CAD软件采用的立体构建可根据“建构实体几何学”而来。这个理论在20世纪末为CAD软件业提供了崭新的立体绘图功能设计观念。17 在这次设计中主要运用的是构件实体几何法表示的实体模型，这是一个很用的方法。第四节 程序与关系基础程序与关系在参数化中起着十分重要的作用这里介绍一些常用的内容一 程序设计最常用的关系式：If.EndifIf.Else. endif二 常用运算符： 算术运算符：+、-、*、/、() 赋值运算符：=比较运算符：= != = &三 系统保留使用代码： PI：圆周率 G：引力常数 C：整数四 关系中的函数 Sqrt() sin() cos() tan() tanh()第五节 机构、装配、运动仿真机构、装配、运动仿真这是一系列相互关联又不同与建模的独立模块，P自带的运动仿真模块基本可以满足一般的模拟，添加PT后功能相当强大。机构类型有：连杆、齿轮、曹轮、圆柱、销钉、球等这些机构在一般的装配中不体现什么重要的作用，但是在运动仿真中却决定了机构的运动方式。各种机构有各自的连接方式，P自动检查连接是否正确完成，正确完成后才能完成添加上新元件。装配新元件时有三中选择：放置、移动、连接。放置后元件不能运动，在动画仿真时不能够与父项相对移动；移动可以在没有放置和连接前提下移动模型；连接完好的元件可以在动画仿真时候按连接和动力进行运动。机构与装配对后期的运动仿真成败有决定性的影响。运动仿真是检验机构是否干涉、合理的一种方式。在运动仿真中一可以定义元件的属性、连接、受力等方面的内容；可以添加驱动电机等驱动力；可以添加弹簧、重力、自定义阻尼等内容，并可按照要求进行运动仿真。本节具体内容可借助时钟动画演示详细介绍。第三章 齿轮设计基础齿轮并不是现在文明的产物，古代的齿轮是用木材刻制或用金属铸造的。在中国山西省永济县薛家崖出土的文物中已有青铜棘齿轮，据考证是秦、汉之间(公元前200年前后)的产品。魏明帝青龙三年（公元235年）马钧发明的指南车中也采用了齿轮传动。16世纪中叶以后的 200多年中，齿轮主要用于时钟传动，制造方法大多是在装有旋转的锉刀或铣刀的切齿装置上粗切齿部，再用手工修整齿形。18世纪后期，传递动力所需的较大尺寸和较高精度的齿轮，一般都采用铸造齿轮。19世纪2030年代，英国的J.福克斯和J.G.博德默尔等相继研究了用多齿的成形铣刀铣削铸铁齿轮的方法。1835年，英国的J.B.惠特沃思创造了用滚刀按展成法原理加工渐开线齿形的方法，但当时要制造用机械切制铸铁齿轮所用刀具极为困难。直到1854年美国的J.R.布朗发明了铲背的齿轮盘铣刀，于是在万能铣床上用铣刀铣削齿轮的工艺才广为流行。19世纪后期，由于汽轮机、内燃机和其他高速重载机械要求齿轮加工的精度和生产率更高，人们重视并发展用展成法加工齿轮,滚齿法不断完善。1897年,美国的E.R.费洛斯发明了用盘形插齿刀按展成法加工齿轮，同时创造了用大平面砂轮展成磨削插齿刀的方法。20世纪初，英国的T.汉佩奇研究了蜗杆砂轮磨齿法。20年代出现剃齿法。50年代末珩齿工艺开始应用。 1824年，英国的J.怀特开始利用指形铣刀加工时钟用的锥齿轮。1865年欧洲时钟匠波茨创造了用刨刀按靠模仿形刨削锥齿轮的方法。1884年美国的H.比尔格拉姆首先用单刃刨刀按展成法刨削锥齿轮。1898年，美国的J.E.格利森发明了用旋转的端面铣刀盘按展成法铣削弧齿锥齿轮。20世纪初，汽车工业迅速发展，汽车后桥传动用锥齿轮的大量制造，促进了锥齿轮加工技术的发展。1923年，德国的克林根贝格公司首创用圆锥形滚刀滚切准渐开线齿锥齿轮的方法（即Palloid法）,又称克林根滚齿法。1944年，瑞士的厄利康公司首创用端面铣刀盘铣削延长外摆线齿锥齿轮的方法（即Elloid法），又称厄利康铣齿法。为了适应淬硬锥齿轮的精密加工，40年代格利森公司又发展了锥齿轮磨齿和珩齿工艺。60年代克林根贝格公司发展了用端面铣刀盘铣削延长外摆线齿锥齿轮的所谓Cyclo Palloid法，又称克林根铣齿法,取代了原来的Palloid法。第一节 圆柱齿轮设计一 齿轮各部分的名称 以渐开线圆柱直齿轮为例，介绍各参数。齿数：图中所示为外齿轮的一部分，齿轮上每个凸起部分称为齿，齿轮的齿数用 z 表示。 分度圆：人为选定的设计齿轮的基准圆。半径用r、直径用 d 表示 齿顶圆：过所有轮齿顶端的圆。半径 用 ra、直径用 da表示。 齿顶高：分度圆与齿顶圆之间的径向距离。用ha 表示。 齿根圆：过所有齿槽底部的圆。半径 用 rf 、直径用 df表示。 齿根高：分度圆与齿根圆之间的径向距离。用hf 表示。 全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。用h 表示。 基圆：产生渐开线的圆。半径用 rb、直径用db表示。齿厚：每个轮齿上的圆周弧长。 在半径为 rk 的圆上度量的弧长称为该半径上的齿厚，用 sk表示；在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿厚，用 s 表示。 槽宽：两个轮齿间槽上的圆周弧长。在半径为 rk 的圆周上度量的弧长称为该半径上的槽宽，用ek表示。在分度圆上度量的弧长称为分度圆槽宽，用 e 表示。 齿距：相邻两个轮齿同侧齿廊之间的圆周弧长。在半径为 rk 的圆周上度量的弧长称为该半径的齿距，用 pk 表示；显然。 在分度圆上度量的弧长称为分度圆齿距，用 p 表示，。 在基圆上度量的弧长称为基圆齿距，用 pb 表示，。 法向齿距：相邻两个轮齿同侧齿廊之间在法线方向上的距离。用 pn 表示。由渐开线性质可知： 二、基本参数 我们知道了齿轮各部分的定义及名称，那么，齿轮各部分的关系是怎样的？如何进行计算？为此，我们规定了以下五个基本参数：1） 齿数 Z2）分度圆模数 3）分度圆压力角4）齿顶高系数 5）顶隙系数2） 分度圆模数 m分度圆周长 ，因而分度圆直径 d 为:从这个式子可见，由于 是无理数，所以不论 p 取任何有理数，都会使计算出的分度圆和以它为基准的其它圆的直径为无理数，这会给齿轮的设计、制造和测量带来诸多不便，为此，我们人为地将 的比值取为有理数，用m表示， 我们将m称为分度圆模数，简称为模数，单位是mm。在这五个参数中，模数m、压力角、ha*、c*都已标准化，设计齿轮时，一般按国家标准选取。标准模数（GB1357-87) 第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050第二系列0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645说明： 1.本表适用于渐开线圆柱齿轮。对斜齿轮是指法面模数。 2.选用模数时，应优先选用第一系列，其次是第二系列，括号内的模数尽可能不用。3）分度圆压力角 分度圆确定后，就要确定用作齿廓曲线的渐开线的形状。渐开线的形状是由基圆决定的，由 可知，已知分度圆半径后,只要选定一个分度圆压力角，就可以求出基圆半径: 压力角标准值: 我国规定标准值一般为20。某些行业也采用14.5，15，问题1：一个齿轮不同圆上的压力角和模数是否相同？是否都是标准值 ？ 答案：一个齿轮不同圆上的齿距不相同，因而模数也不相同；不同圆上压力角也不相同，只有分度圆上的模数和压力角为标准值。通常所说的齿轮的模数和压力角，是特指分度圆上的模数和压力角。问题2：为什么模数值要标准化 ？答案：为减少标准刀具的数量，降低加工成本。 问题3：标准为什么规定压力角为20 ？答案：从理论上讲，压力角越小对传动越有利，如果压力角太小，会造成齿根变瘦，轮齿的承载能力小；如果压力角太大，齿根变厚、齿顶变尖，传动费力。因而，我国标准规定分度圆压力角的取值为20，在强度和传动效果方面都能够兼顾。两个重要定义：分度圆齿轮中具有标准模数和标准压力角的圆； 标准齿轮除m、ha*、c* 四个基本参数为标准值外，还有两个特征： 1、分度圆齿厚与槽宽相等，即 2、具有标准齿顶高和齿根高，即, 不具备上述特征的齿轮是非标准齿轮。4）齿顶高系数ha* 齿顶高ha用齿顶高系数ha*与模数的乘积表示：5）顶隙系数c* 齿根高hf用齿顶高系数ha*与顶隙系数c*之和乘以模数表示：齿顶高系数与顶隙系数的标准值正常齿制 当m1mm时,ha*1, c*0.25 当m11Z=ZBELSEZ=11ENDIFD=M*ZHF=(HAX+CX-X)*MHA=(HAX+X)*MDF=D-2*HFDB=D*COS(ALPHA)DA=D+2*HAD0=DFD1=DBD2=DD3=DA 关闭窗口，系统自动提示“是否保存修改”点击是，完成编辑。同时输入M、ZB、ALPHA、HAX、CX、X、W的值分别为：1、20、20、1、0.25、0、10，则主界面的尺寸在参数驱动下自动调整如图2所示。二 渐开线齿廓绘制 1点击插入基准曲线/从方程/完成/选取“PRT_CSYS_DEF”坐标系，/迪卡尔坐标，在弹出的记事本中输入：r=DB/2THETA=t*45X=r*COS(THETA)+r*SIN(THETA)*THETA*PI/180Y=r*SIN(THETA)-r*COS(THETA)*THETA*PI/180Z=0 关闭窗口，在系统提示下自动保存记事本，点击确定则生成如图4.3所示的渐开线。 图4.3 图4.42 选择渐开线与分度远相交的点，创建点基准点PNTO/选择RIGHT和TOP平面建立基准轴A1/选中轴A1和PNTO创建平面TDM1/选中TDM1和轴A1创建旋转平面TDM2，在角度里输入“360/(z*4)”，在弹出的“是否添加360/(z*4)为系统关系”中点击“是”生成TDM23 以TDM2为镜像平面，镜像“曲线标志-54”的渐开线，生成标志为74的渐开线，如图4.4所示。完成轮廓渐开线的绘制。三 轮毂拉伸 拉伸齿根圆，在高度里输入“W”，在“是否添加W为特征关系”对话框中选择是。如图4.5示四 拉伸单齿由于渐开线齿轮当齿数大于41时，基圆就会小于齿根圆，拉伸的齿与前者是不一样的为准确表达应用程序控制，具体步骤如下：1 绘制如图4.6示的截面2拉伸输入高度W同上设为特征参数3点击工具/程序/编辑设计在拉伸实体前后分别加入程式“if z42”;”endif”使该拉伸只存在与Z42情况下，如图4.6；4再生输入ZB=50，在新的界面下拉伸新的单齿，绘制如图4.7所示截面，拉伸输入高度为W添加为特征关系如图4.8示 图4.5 图4.6 图4.7 图4.8 图4.9 图4.10五 阵列单齿 再生模型输入ZB=20，选择“拉伸1”以A1为轴进行阵列，在角度里输入“360/Z”在系统提示下加为特征参数如图4.10，点击工具/关系，弹出关系对话框，点击阵列特征显示如图4.11所显示的特征，找到阵列代码P19，在关系中输入P19=Z，再生模型生成图4.12模型。 再生模型输入ZB=50，选择“拉伸3”以A1为轴进行阵列，在角度里输入“360/Z”在系统提示下加为特征参数，点击工具/关系，弹出关系对话框，点击阵列2特征显示，找到阵列代码P29，在关系中输入P29=Z，再生模型生成图4.13模型。 再生模型输入 图4.11 图4.12 图4.13至此齿轮参数化模型建立完毕。再生模型，在菜单管理器里选择“输入”弹出的菜单管理器里，选取“选取全部”就可以改变该齿轮的参数了。保存模型，以用备用。第5章 基于齿轮参数化的石英钟建模第一节 时钟设计方案针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算（参阅GB64131986）。至于抵抗其它失效能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。1、闭式齿轮传动 由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮（如用20、20Cr钢经渗碳后淬火的齿轮）或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。 功率较大的传动，例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。 2、开式齿轮传动 开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。 前已述之，对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。时钟是传动系统是低速开式传动系统，适当增大模数，选M=1。第二节 时钟齿轮设计无论是机械钟还是石英钟都是纯齿轮机构运动的典型，由于机械时钟的发条机构是比较复杂的，不容易进行设计与装配，因此进行石英钟表的建模与设计。由于只是动态展示时钟的运动状态，也由于时间有限，故对齿轮系的传动比，齿轮的寿命都没有严格计算，只是满足总的传动比即：秒针与分针的60：1；分针与时针的60：1，在分配的时候，参照机械设计手册，传动比选择范围为412之间，故：方案一：把60：1分为10：1乘6：1，满足传动要求。按照以上传动比，需要的齿轮齿数为20、120、200、为方便改变转向与美观起见增加了齿数为30、60、80的齿轮备用。方案二：把60：1分为3：1乘4：1乘5：1，满足传动要求。按照以上传动比，需要的齿轮齿数为20、60、80、100、为方便改变转向与美观起见增加了齿数为30、120、200的齿轮备用。从上可以看出方案二的传动比比较均衡，有小到大，适合由高速向低速过度的要求，因此选用方案二为优先方案。调出第4章设计的参数化齿轮，输入参数ZB=14,W=1即变齿数为14（参数化能生成的最少齿）宽度为1，并保存实体。选择一截面为基准，选择拉伸实体进入草绘界面，选择消隐线框，绘制如图5.1截面。完成草绘/反向/去材/拉伸实体/选择穿透，完成建模。如图5.2.再生模型。分别再生齿数为20、30、60、80、100、120、200的齿轮，分别以不同的颜色表示出来并分别命名存档。完成齿轮的创建。 图5.1 图5.2 图5.3 图5.4 图5.5 图5.6 图5.7第三节 骨架及连接零件设计骨架主要起固定齿轮与指针的作用，强度方面基本上都能够满足要求的，只要满足制造与装配要求就可以了。针对时钟来说，主要就是表盘的设计，如何能够用最简单的结构起到最大的作用，达到最美观的效果，是这次设计的关键所在。由于用P建模可以根据需要改变各个结构的位置与尺寸，因此前期的设计甚是简单，可以在装配过程中进行设计。具体方案采用较厚的表盘，然后有轴，轴套紧配连接，把齿轮、指针等连接在表盘上，使其可以达到预期效果。确定孔的特征。在设计孔是时候有两种设计方案：方案一：在表盘上直接打孔，不加凸台。此种方案简单易行，适用与低速，无重载传动，不能承担震动与较大的侧压力。如图5.8方案二：在表盘上直接打孔，并加凸台。此种方加工难度大，适用与高速速，重载传动，能承担震动与较大的侧压力。如图5.9由于时钟为低速无重载传动，故考虑采用方案一，这样有利于减低成本。根据以上设计，表盘采用直径400mm,厚度为1.5mm的优质合金，既可以达到紧配的效果，有可以使表盘显得美观大方，切质地轻便。连接部位统一钻孔直径为6。开始可以随便钻几个孔，在装配的时候可以根据需要进行修改。连接零件有螺栓、螺母、轴、轴套、销钉等。除了几个比较特别的零件外，都为标准件，在需要的时候根据需要查机械设计手册选用就可以了，连接方法上以紧配为主，螺栓连接适当考虑预紧问题，由于没有太大的震动与受力，连接零件要求都不太高，只要满足精度要求，保证传动平稳进行就可以。时钟的主要设计零件有：表盘、外壳、连接螺栓、转轴、轴套、指针等等。3D图片如下： 图5.8图5.9 图图5.10图5.11 图5.10图5.11 图5.10图5.11第四节 时钟组装设计以动画仿真为目标的装配与一般的装配是不一样的，在动态仿真中的装配是建立一种连接关系的过程，在连接中选择的连接方式有：插销、圆柱、平面等。以齿轮齿轮传动为主的时针传动主要的连接为齿轮的插销连接。插销连接的对话框如图：以下是连接的装配示意图。120-60变速齿轮组示意图220-80变速齿轮组示意图3其它变速齿轮组示意图钟表正面：美观大方钟表反面：布局合理侧视图：传动均匀装配剖面图完整钟表的正面第6章 基于pro/e的齿轮参数化设计下的机械时钟仿真设计第一节 运动副及电机的创建传动关系有很都类别，常用的有齿轮副、槽轮副、平面副、球面副等等。在时钟设计中主要的运用的是齿轮副。齿轮副传动具有精确、效率高等特点，动画仿真设计与 实际有区别的，在装配过程中考虑每个零件的运动情况，这在实际中是不必要的。齿轮副的建立需要在装配时候建立轴线的插销连接和接触平面的位移连接，这样齿轮就可以作颈向上的转动在轴线上固定。在此前提下建立齿轮副齿轮就可以按照要求做相应的运动了。打开建立好的组装模型，单击工具/机构，进入仿真界面，单击机构/齿轮副/新建，出现如图示画面：选择要建立齿轮副的齿轮轴线，输入节圆直径，单击齿轮2/选择另一齿轮轴线/输入节圆直径，单击确定完成齿轮副的建立。以同样方法建立其它齿轮的传动齿轮副。在着个时钟里，共建立了12个齿轮副，建立好齿轮副的时钟如图齿轮副建立好之后，建立驱动连接，选择机构/司服电机/新建，或者在界面右选者创建司服电机按扭就会弹出司服电机创建对话框，选择“新建”/在类型中选择“连接轴”/选取需要驱动的，在装配时建立的销钉连接/在轮廓选项中选择“速度”/在模中选择“常数”/输入“A”的数值为10就创建还司服电机驱动。选择机构/分析/新建，或者选择新建分析按扭，命名新建的分析，选择编辑在弹出的对话框中输入以下内容：选择“电动机”按扭，添加电动机如下图： 单击确定，完成齿轮副、驱动电机的创建第二节 运动仿真选择“运动分析”按扭，选择建立的分析，选择“运动”，钟表就开始了为期10秒种的运行，运行后的画面如图：选择“机构图标显示”弹出如图示对话框去掉齿轮、接头、司服电机的选择如下图：选择工具/标准，退出仿真分析，进入建模状态，选择设置/树过滤器/在弹出的“模型树项目”中选中“特征”确定，就可以对模型进行编辑了。第三节 动画输出选择“回放以前的运动分析”按扭/播放当前按扭/捕获，选择浏览保存短片。第7章 齿轮的数控加工第一节 数控加工技术数控技术，即NC（Numerical Control）技术，是指用数字化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术。计算机数控（Computerized Numerical Control,简写为CNC）是指用计算机实现部分或全部基本数控功能。一、数控加工原理数控加工将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、刀具选择、冷却液供给、进给、起停等）以及工件的形状尺寸用程序表示，再由数控装置对输入的信息进行处理和运算，然后由数控装置按照零件加工程序的要求控制机床伺服驱动系统，实现刀具与工件的相对运动，完成零件加工。 当被加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具外，只需更换程序。在进行曲线轮廓加工时，只要知道曲线的种类、起点、终点以及速度等，就可以根据给定的数字函数，如线性函数、圆函数或高次曲线函数，在曲线的起点和终点之间进行数据点的密化，确定一些中间点，从而加工出给定的曲线轮廓，这种方法称为插补。插补算法是数控加工技术中的一个基本问题。目前常用的插补算法有两大类：以脉冲形式输出的脉冲增量法，它适合于以步进电动机作为驱动元件的开环伺服驱动系统；以数字时形式输出的数字增量法，它适合于以交、直流伺服电动机作为驱动元件的闭环（或半闭环）伺服驱动系统。 要实现数控加工必须：1.具有一个既能接受零件图样加工要求信息，又能按照一定的数学模型进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度控制指令的数字计算机，即控制装置；2.具有能够快速响应,并具有足够功率的伺服驱动装置；3.具有能够满足上述加工方式的机床主机，辅助装置和刀具。二、数控机床的组成数控机床分成两大部分，即CNC系统和机床主机（包括辅助装置）。（一）CNC系统CNC系统由程序、输入输出（L/O）设备、CNC装置及主轴、进给驱动装置组成。 零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。简单的输入输出设备只包括健盘、米字管和数码管等。一般的输入输出设备除了人机对话编程健盘和阴极射线管（CRT）显示器或液晶显示器（LCD）外，还包括纸带、磁带或磁盘输入机、穿孔机和电传机等。高级的输入输出设备还包括