实验6-参数化齿轮建模实践

1、实验六参数化齿轮建模实践6.1实验任务和目的通过实践掌握可变截面扫描、拉伸、阵列、打孔、倒圆角、倒角工具使用，掌握Creo参数化曲线的 编辑，掌握参数化设计的方法。完成图6.1所示的参数化渐开线圆柱齿轮的建模，要求通过输入齿数 (Z_TEETH)，法向模数(M_NOR)，法向压力角(ALPHA_NOR)，分度圆柱螺旋角(HELIX_ANGLE)，齿顶 高系数(HA_NOR)，径向间隙系数(C_NOR)，齿轮宽度(B)，中心孔直径(D_CENTER)参数值齿轮模型 能自动生成。图6.1渐开线圆柱齿轮6.2实验环境Creo Parametric 2.0 软件，win7(32 位或者 64)操作系统

2、6.3预备知识和技能1)渐开线的形成渐开线的如图6.2所示，直线BK沿半径为rb的圆做纯滚动，直线上任意一点K的轨迹称为圆的渐开线， 该圆称为渐开线的基圆，rb称为基圆半径。直线BK称为渐开线的发生线。渐开线齿轮的齿廓是由两条反 向的渐开线形成。由此可知，渐开线上任意点的法线必与基圆相切。发生线与基圆的切点B是渐开线在 K点的曲率中心，BK为渐开线在K点的曲率半径，又是渐开线在k点的法线，也是K点所受正压力的方向线BK直线与K点的圆周速度vk方向线所夹锐角曾称为渐开线在K点的压力角，其值为如式6.1 所示：(6.1)OBra = arccos= arccos k式中：rb一渐开线基圆的半径；r

3、k一渐开线上任意点的向径。2)渐开线参数方程如图6.2，建立极坐标系，设定O为极点，0A为做极轴，K为渐开线上任一点，则有:=OB 2 + BK 2arcABOBBKaOB k t入 BK dOK2 OB2iTd V 设参数 t 从 0 变到 1，当 t=1 时，OK=ra，令：x = ob =OB= 1 dT 一1 b180y =(将弧度转换为角度)，渐开线的参数化方程如式6.2所示pir = r V1 + x2 = 0.5d 1 + x2 k bb6 = x * y arctanx(6.2)Z = 03)渐开线的Pro/E柱坐标方程齿轮渐开线方程用Pro/E柱坐标描述如式6.3所示，此方程

4、描述的渐开线比齿顶园稍长(将da放大 1.1倍)，生成的渐开线在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实验内容和步骤Stepl，确定圆柱齿轮的基本参数并初始化通过对圆柱齿轮的外廓形状的分析，提取圆柱齿轮的基本参数有8个：齿数(Z_TEETH)，法向模数 (M_NOR)，法向压力角(ALPHA_NOR)，分度圆柱螺旋角(HELIX_ANGLE)，齿顶高系数(HA_NOR)，径 向间隙系数(C_NOR)，齿轮宽度(B

5、)，中心孔直径(D_CENTER)。通过“工具/参数”参临令对其初 始化，结果如表6.1所示：表6.1渐开线齿轮初始化参数表参数名称参数类型参数含义参数初值Z_TEETH整数齿数30M_NOR实数法向模数3ALPHA_NOR实数法向压力角20HELIX_ANGLE实数分度圆柱螺旋角15HA_NOR实数齿顶高系数1C_NOR实数径向间隙系数0.25B实数齿轮宽度30D_CENTER实数中心孔直径30D实数分度圆直径0DA实数齿顶圆直径0DF实数齿根圆直径0DB实数基圆直径0Step2，建立齿轮的关系约束执行“工具一关系” I二关系按钮命令建立下面的关系约束：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)完成关系式的输入后，通过“执行/校验关系并按关系校验新参数”匚按钮命令检验关系。对关系进 行确认后，系统将根据添加的关系式，自动计算各圆直径。Step3，建立齿轮的毛胚轮廓通过“模型一拉伸”工具在FRONT面中建立直径为DA，拉伸长度为B的圆柱，并在FRONT面分 别草绘直径为D，DF和DA

7、的三个圆，草绘齿顶园时，先草绘园，然后修改半径值分别为DA，当出现 图6.3所示对话框时，单击是即可，D和DF按同样方法可完成，草绘三个圆供后续建模参照。图6.3齿轮毛胚轮廓Step4，建立齿轮的参照基准曲线通过插“模型一基准一曲线一来自方程的曲线”命令调出从方程绘制曲线的控制面板如图6.4所示文件- 模型 分析 注释 渲染 工具 视图 柔性建模应用程序戴豪席芳茬父K笛卡.尔 收I 方程自Tot至二聊t 110燧8/X图6.4从方程绘制曲线的控制面板选择坐标系为柱坐标，单击方程按钮在图6.5所示的方程输入对话框中输入齿轮渐开线的柱坐标方程， 分度圆的柱坐标螺旋线方程，分度圆柱中心线的柱坐标方程

8、。图6.5方程输入对话框齿轮渐开线的柱坐标方程描述如下：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分度圆柱螺旋线分度圆的柱坐标螺旋线方程描述如下：r = D/2theta =2*v* t *B*tan( HELIX_ANGLE)/Dz = B*t使螺旋线的起始点在分度园齿槽的中点，参数方程修改如下: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分度圆柱中心线分度圆柱中心线的柱坐标方程如下：r = 0theta = 0z = t*BStep5，用可变截面扫描形成第一个齿槽扫描设置：扫描设置如图6.6所示，选扫描为实体子项和移除材料选项，选择沿扫描轨迹进行草绘时截面保持不 变，在参考项的轨迹面板中选中分度圆柱中心线作为原点轨迹，分度圆柱螺旋线作为链l轨迹；用原点轨 迹设置法向轨迹(N)，用链l设置x轨迹。囱四匚万一匕 II釜考 迭项 相切 属性图6.6可变截面扫描设置图6.7齿槽草绘剖面草绘齿槽轮廓进入草绘环境绘制图6.7所示的齿槽草绘剖面，草绘时将齿根圆，齿顶圆，渐开线均投影到草绘面， 作渐开线与齿根园过度弧线，将多余的线

10、删除得到半齿槽轮廓，通过镜像完成另一半齿槽轮廓。点击按 钮完成草绘，在可变截面扫描面板单击按钮完成第一个齿槽建模，注意齿槽过度圆弧的半径设置为0.38* M_NOR将扫描特征阵列选中扫描特征，单击阵列按钮 进入阵列面板，选择轴阵列，选择圆柱的中心线A1为轴中心，在“输入阵列成员间角度”文本框中输入旋转角度增量值为360/Z_TEETH。选中模型树中的阵列，右键弹出右键菜单，执行“编辑”命令，在工作区中可以看到阵列数目的参 数变量名，单击“工具”选项卡中的“关系”按钮，调出“关系输入”窗口，在窗口中输入关系式p20=Z_TEETH （假定参数变量名为p20），单击模型中的“重新”生成按钮便可图6

11、.8所示的齿轮模型。图6.8齿轮模型图6.9带孔的齿轮模型制作齿轮的中心孔单击模型的添加孔按钮廿孔，调出打孔的操作面板，以齿轮的中心线为轴，以D_CENTER为直径 在齿轮的中心打同轴孔。至此齿轮的基本模型建立。模型的效果图如图6.9所示：Step6，样本模型建立单击模型一模型意图一程序调出图6.10所示菜单，点击“编辑设计”，系统就会自动打开其程序文件， 在“ INPUT ”和“END INPUT ”之间输入基本参数语句和提示语句如下：Z_TEETH NUMBER”输入齿轮齿数：”M_NOR NUMBER”输入齿轮法向模数：”ALPHA_NOR NUMBER输入齿轮法向压力角：HELIX_A

12、NGLE NUMBER”输入齿轮分度圆柱螺旋角：”HA_NOR NUMBER”输入齿轮齿顶高系数：”C_NOR NUMBER”输入齿轮径向间隙系数：”B NUMBER”输入齿轮宽度：D_CENTER NUMBER”输入中心孔直径：”编辑完参数化程序后保存文件，在出现图6.11所示的“要将所做的修改体现到模型中”对话框时， 单击是，弹出图6.12对话框，单击输入，选中其中一个参数改变，便可以测试样本模型的效果。图6.11程序编辑确认对话框图6.12参数输入菜单Step7，样本模型使用检验打开样本模型，执行模型重新生成命令，系统将弹出图6.12所示菜单，单击输入弹出图6.13所示 的对话框，设计者可以根据自己的需求选择相应的参数并输入相应的数值，系统便自动生成设计者所需 要的精确圆柱齿轮模型，当螺旋角HELIX_ANGLE=0时为直齿圆柱齿轮，否则为斜齿圆柱齿轮。图6.14 为圆柱直齿齿轮，图6.15为圆柱斜齿齿轮。菜单管理器 I