渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计

1、第22卷第10期Vol.22No.102008年10月Oct.,2008常熟理工学院学报(自然科学Journal of Changshu Institute Technology (Natural Sciences Pro/E Wildfire 4.0是美国参数化技术公司(PTC 最新推出的功能强大的参数化三维设计软件包.Pro/E 内嵌的Pro/Program 模块通过使用程序设计的方法来设计全尺寸驱动的零件,可以有效地解决相似零件的系列化设计问题.斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比具有运动平稳,重合度大等优点.因此在冶金、矿山等各种机械设备中广泛应用.在产品开发过程中,有限元分析、运动仿真、装

2、配设计和数控加工等都要以三维模型为基础.但由于斜齿圆柱齿轮设计计算复杂,容易出错,而且Pro/E 软件无法直接进行齿轮类的建模.因此提出了用Pro/Program 开发渐开线斜齿圆柱齿轮,解决开发中重复建模、齿形不精确等问题.1渐开线斜齿圆柱齿轮三维模型的设计方法在斜齿圆柱齿轮建模过程中,渐开线和螺旋线的生成是最为复杂的环节.首先要确定渐开线方程,确保每一个尺寸都是通过参数约束的.其次要确定螺旋线方程.最后通过扫描混合、镜像、阵列等命令创建出渐开线斜齿圆柱齿轮.1.1渐开线方程的确定由机械原理有关内容并对照图1,可知渐开线的极坐标方程为 1.2螺旋线方程的确定笛卡儿坐标系中圆柱螺旋线方程为x

3、=r cos (tn 360(2y =r sin (tn 360z =ht渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计李英(常熟理工学院机械工程系,江苏常熟215500摘要:介绍了渐开线斜齿圆柱齿轮三维模型的设计方法及设计步骤,阐述了基于Pro/Program 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计的实现过程.只需要更改相关参数就可以生成新的齿轮,有效地缩短了建模周期,提高了生产效率.关键词:Pro/E Wildfire 4.0;渐开线;斜齿圆柱齿轮;参数化设计中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1008-2794(200810-0052-03收稿日期:2008-08-01作者简介:李英(1979,女,辽宁

4、锦州人,常熟理工学院机械工程系助教,硕士.其中n =h tan (beta /(2PI r ,式中r -分度圆半径,h 齿宽,beta斜齿轮螺旋角.1.3设计思路在Pro/E 环境下创建斜齿圆柱齿轮的方法有多种,经过各种方法的比较,本次设计选用的方法是先通过方程创建渐开线和螺旋线,再通过扫描混合命令创建出一个斜齿,通过阵列命令创建出全部斜齿,最后创建斜齿圆柱齿轮的结构特征.建模流程图如图2所示.2渐开线斜齿圆柱齿轮三维模型的设计步骤2.1确定基本参数及几何尺寸的关系标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸取决于7个基本参数,设置7个基本参数如表1,并赋予初始值.选取FRONT平面作为草绘平面,从小到大绘制4

5、个同心圆,如图3所示,并建立如下关系式.sd 0=d =mz /cos (beta sd 1=d b =mz cos (alpha /cos (beta sd 2=d a =d +2ham sd 3=d f =d -2(ha +c m2.2创建齿廓曲线单击菜单【插入】/【模型基准】/【曲线】/【从方程】,选取坐标系类型为【笛卡尔】,在记事本中输入公式(4中的渐开线方程3,单击【确定】创建渐开线,如图4所示.通过创建啮合点和基准平面,镜像出另一半齿廓线.最后,在草绘模式下修复齿根圆和齿顶圆,修剪齿廓曲线,如图5所示.ang =60t r =db /2x =r cos (ang +pirang /

6、180sin (ang y =r sin (ang -pirang /180cos (ang z =0基圆发生线渐开线图1渐开线的形成确定齿数、模数、压力角、螺旋角等基本参数及几何尺寸的关系创建渐开线创建螺旋线创建一个斜齿阵列出全部斜齿创建斜齿轮结构特征图2斜齿圆柱齿轮参数化建模流程图符号类型初始值z 整数20m 实数3alpha 实数20beta 实数45ha 实数1c 实数0.25h 实数40表1斜齿圆柱齿轮的基本参数第10期李英:渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计(3(453常熟理工学院学报(自然科学2008年2.3创建螺旋线单击菜单【插入】/【模型基准】/【曲线】/【从方程】,选取坐标系类

7、型为【笛卡尔】,在记事本中输入公式(2中的螺旋线方程,单击【确定】创建螺旋线,如图6所示.2.4创建一个斜齿利用复制命令在螺旋线的另一端创建一个齿廓,旋转角度为360h tan (beta /(pid b .把螺旋线作为轨迹线,利用扫描混合命令创建一个斜齿,如图7所示.2.5阵列出全部斜齿单击菜单【编辑】/【阵列】,选取阵列类型为【轴】,利用阵列命令阵列出全部斜齿,如图8所示,旋转角尺寸增量为360 z ,阵列个数为z .2.6创建斜齿轮的结构特征利用孔、镜像、旋转、阵列等命令创建出斜齿圆柱齿轮的结构特征,如图9所示.3结论利用Pro/E 软件实现渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计,是根据渐开线方

8、程和螺旋线方程来完成的,故能保证齿形的准确性.同时其二次开发工具Pro/Program 很容易实现零件的系列化设计问题,能大大提高渐开线斜齿圆柱齿轮的设计效率.本方法可操作性强,对类似零件的设计有一定的借鉴意义.参考文献:1季明善.机械设计基础M .北京:高等教育出版社,2005:39-65.2刘轩.基于Pro/E3.0的斜齿轮参数化建模J .煤矿机械,2007,28(6:92-95.3林清安.Pro/Engineer 野火3.0中文版高级零件设计M .北京:电子工业出版社,2007:146-168.4张智明.精通Pro/Engineer 中文野火版M .北京:中国青年出版社,2004,219

9、-249.图4创建渐开线图5创建齿廓曲线图3绘制同心圆图6创建螺旋线图7创建一个斜齿图8阵列出全部斜齿图9创建斜齿圆柱齿轮结构特征Parametric Design of Involute Helical Cylinder GearsLI Ying(Department of Mechatronics Engineering,Changshu Institute of Technology ,Changshu 215500,ChinaAbstract :The design methods and the design steps of involute helical cylinder gears are introduced in detail.The process of the parametric design of involute helical cylinder gears is set forth.So a new gear model can be produced only by changing the related parameters,and the cy