PROE齿轮参数化设计

齿轮机构CAD参数化设计作者指导教师摘要：齿轮是机制中惯用零件，利用Pro/E软件进行设计中最重要特点就是参数化设计，运动的仿真反应设计结构是不是合理。本文应用了Pro/E大型三维实体建模软件对齿轮结构进行参数化设计，包括讨论注意的问题及技巧、对齿轮模型创建的方法，并对它进行了三维实体建模的实现，并通过该软件建模进行参数仿真分析，以此展现了设计的整体意义。传统设计方案与参数化设计方案对比,它存储了设计的全部过程是它们主要的区别,可以设计出一系类并不单一产品模型。对于提高齿轮结构设计的精准性和可靠性和获得非常精确的数据来指导实际的生产参数化设计提供了一定的数据，而参数仿真分析可准确体现出设计结果。本文提供了关于Pro/E三维建模及参数化设计方法，对运用Pro/E软件对齿轮进行设计的设计者具有十分积极的意义。关键词：齿轮，CAD，参数化设计DesignofCADontheWheelGearParameterAuthor：CaoGanhuiTutor：Xulin、CaoChangyongAbstract：Gearmechanismiscommonlyusedinparts,usingPro/Esoftwaretodesignthemostimportantfeatureistheparametricdesign,motionsimulationreactiondesignstructureisreasonableornot.ThispaperappliedPro/E3dentitymodelingsoftwaretoparametricdesignofGearstructure,includingadiscussionoftheproblemsandtechniques,methodofGearmodelcreation,anditistherealizationofthe3dentitymodeling,andsimulationanalysiscarriedoutbythesoftwaremodelingParameters,inordertoshowtheoverallsignificanceofthedesign.Traditionaldesignandparametricdesignschemecomparison,itstoresallofthedesignprocessisamajordifference,theycandesignasystemclassisnotasingleproductmodel.ToimprovetheprecisionandreliabilityoftheGearstructuredesignandveryprecisedatatoguidetheactualproductionofparametricdesignprovidesacertaindata,simulationanalysisandParameterscanbeaccuratelyreflectsthedesignresults.ProvidedwiththisarticleaboutPro/E3dmodelingandparametricdesignmethod,tousePro/EsoftwaretodesignGeardesignerhastheextremelypositivesignificance.Keywords：Gear，CAD，Parameterdesign目录1绪论 11.1课题的目的意义 11.2课题的设计的目标与任务 12Pro/e三维实体建模基础 22.1建模概况 22.2程序与关系基础 23齿轮参数化设计 33.1斜齿轮的建模分析 33.2斜齿轮的建模过程 33.2.1输入基本参数和关系式 33.2.2创建齿轮基本圆 53.2.3创建渐开线 53.2.4镜像渐开线 63.2.5创建齿根圆 83.2.6创建分度圆曲面 93.2.7创建投影曲线 113.2.8创建扫描混合截面 123.2.9创建第一个轮齿特征 163.2.10齿轮的阵列 194结论 21致谢 22参考文献 231绪论1.1课题的目的意义齿轮传动是一种型式多，应用广泛，传动功率高，圆周速度快的一种传动机构。齿轮的优点：效率高;紧凑，运行可靠，使用寿命长;传动稳定性高。因此，使用广泛的机械传动装置。PRO/E是一款功能强大的三维建模和分析软件，目前应用已经非常广泛，尤其是在曲面，模具，参数化，动态模拟各种分析方面具有明显优势。然而，在应用程序PRO/E为齿轮设计时却非常麻烦的事情，PRO/E没有写的软件，输入参数，可以自动生成齿轮齿轮模型。必须创建使用PRO/E模式建立齿轮廓，拉伸等操作。例如采取渐开线圆柱齿轮，首先绘制齿根圆，基圆，分度圆，齿顶圆;对齿轮四个参数圆的设计计算，增加大小的限制，建立渐开线找到交集，使得总的交点与轴的平面上，发现牙中线平面镜渐开线建立一个单一齿形;拉伸单齿;张力轮等。许多步骤就不说了，如果你不熟悉或遗忘的渐开线方程，这种齿轮不会做出来，更不用说后面的模拟演练，并进行了分析。如果你能创造所使用的齿轮参数化实体中，输入各种参数可以生成相应的模型，它必须是一个令人兴奋的事情看。因此，齿轮的参数化设计是一项非常有意义的工作，这种设计的目的是为了简化使用PRO/E设计过程中齿轮，齿轮设计师创造更加便利的条件，工作得更快，提高了设计质量，设计方法也有一些值得学习的方法和经验。因此，这样的设计是非常有意义的。1.2课题的设计的目标与任务经验告诉我们，渐开线齿轮是最佳的传动齿轮是最常用的。鉴于这种情况，在本设计中，主要是围绕渐开线齿轮展开，因为时间很紧，齿轮和使用等方面的缺陷，为了让我的设计更完整，更实用，我的主要设计对象限制，带动齿轮渐开线直齿圆柱齿轮的设计参数，即设计。当然，这样的设计思路和未来的设计还是一个有用的方法，并在任何情况下，尽量考虑其他齿轮设计。渐开线圆柱斜齿轮的主要参数主要有：齿数、螺旋角、压力角、齿顶高系数、变位系数、顶隙系数、模数、齿宽等。单方面改变参数设置是一个非常简单的事情，如果你想整个齿轮组的所有系数的变化是不是很简单的事情，这需要很多关系约束和其他内容，稍有不慎就会失败。的设计是为了满足上面的参数是可以改变的，而模型再生。具体一点是，当你打开一个实体再生按一下按钮，在弹出的表单包含模数，齿数，压力角，齿高系数顶系数变为系数，齿宽和所有其他的参数，当输入的所有参数合理值，模型不会失败。该设计主要任务是：齿轮三维建模；注入参数，设定关系,参数化模型完成。参数化设计有很多种。2Pro/e三维实体建模基础2.1建模概况应保持全面，准确地反映在工作状态下的结构关系;齿轮结构模型和几何相似性的实际形状的各个部分的结构所建立的模型，对研究的问题的局部的影响不大，可以适当简化，甚至忽略，在建立模型的齿轮结构，功能的数量考虑多大的影响的建模，模型应尽量减少特征的数量;齿轮结构建模条件应与实际情况相一致，要求一个全面的掌握各种设计方法，以确定最佳的解决方案，采用Pro/E的建模方法，建立主模型，设计思路是从简单到复杂，从简单到复杂。由于复杂的几何形状，其特征在于由一个简单的几何组合物的组合。与Pro/E的三维实体模型的施工方法可分为两类：边界代表性和建设性的立体几何。2.2程序与关系基础（1）程序设计最常用的关系式：If..EndifIf..Else..Endif（2）常用运算符：算术运算符：+、-、*、/、^、()赋值运算符：=（3）系统保留使用代码：PI：圆周率；G：引力常数；C：整数（4）关系中的函数Sqrt()；sin()；cos()；tan()；tanh()3齿轮参数化设计3.1斜齿轮的建模分析主要流程（如图3-1所示）：图3-1渐开线斜齿轮建模过程（1）设置参数、关系式，绘制基本圆（2）绘制渐开线（3）绘制扫引轨迹（4）绘制扫描混合截面（5）绘制第一个轮齿（6）轮齿的阵列3.2斜齿轮的建模过程3.2.1输入基本参数和关系式（1）点选，在新建对话框中输入文件名“cgh”,然后点选；（2）从“工具”中点选“参数”，弹出“参数”框；（3）在“参数”框内连续单击14次按钮，然后输预设参数的名字、说明、值等。如表3-1所示；表3-1创建齿轮参数名称值说明名称值说明Mn5法面模数HA___齿顶高Z25齿数HF___齿根高ALPHA20压力角X0变位系数BETA16螺旋角D___分度圆直径B50齿轮宽度DB___基圆直径HAX1.0齿顶高系数DA___齿顶圆直径CX0.25顶系系数DF___齿根圆直径（4）单击“工具”中的“关系”，弹出如图3-2所示的“关系”框；（5）在“关系”框内输入的关系式如下： /*齿轮基本关系式 ha=(x+hax)*mn hf=(cx+hax-x)*mn db=d*cos(Alpha) da=d+2*ha d=mn*z/cos(beta) df=d-2*hf“关系”框完成后如图3-2所示；图3-2“关系”框3.2.2创建齿轮基本圆（1）点选，弹出“草绘”框；（2）选“F”面为草绘平面，选“R”面为参考平面，参考方向为“右”。点选【草绘】；（3）绘制四个同心圆，圆心为系统提供的原点。点选按钮，草图绘制完成；（4）圆的大小用关系式控制。模型树中右击刚创建的草图，点选“编辑”；（5）点选“工具”点选“关系”，在弹出的“关系”框内输入如下关系： /*齿轮基本圆关系式 D0=da D1=db D2=df D3=d 其中D0等表示相关圆的直径，D后的数字是具体情况而定。da、db、df、d为用户自定义的参数，即为齿顶圆直径、基圆直径、齿根圆直径、分度圆直径。3.2.3创建渐开线（1）点选按钮，弹出“曲线选项”；（2）在“曲线选项”菜单上点选“从方程”，然后点选“完成”，出现“得到坐标系”菜单；（3）曲线的坐标系由选系统坐标系构成，弹出“设置坐标类型”菜单；（4）点选“笛卡尔”。在弹出的记事本中输如下关系： ang=90*t r=db/2 s=pi*r*t/2 y=yc-s*cos(ang) yc=r*sin(ang) xc=r*cos(ang) x=xc+s*sin(ang) z=0（5）保存，退出窗口，完成后的曲线如图3-3所示；图3-3绘制渐开线图3-4基准点3.2.4镜像渐开线（1）点选按钮，弹出“基准点”，如图3-4所示；（2）点选分度圆为参照，按住Ctrl键，再点选渐开线作，如图3-5所示。点选【确定】，基准点“PNT0”完成；图3-5选参照曲线图3-6“基准轴”（3）点选按钮，弹出“基准轴”的对话框，如图3-6所示；（4）选参考平面为“TOP”面和“RIGHT”面，点选【确定】，轴“A_1”完成创建；（5）点选按钮，弹出“基准平面”框；（6）点选“A_1”轴，Ctrl键按住，继续点选“PNT0”为参照，如图3-7所示；图3-7DTM1绘制图3-8DTM2绘制（7）点选按钮，弹出“基准平面”，如图3-8所示；（8）点选刚创建的“DTM1”，Ctrl键按住继续点选“A-1”为参考。在偏距框内输旋转角度为“360/（4*z）”，结果如图3-9所示，点选【是】；图3-9添加特征关系图3-10“镜像”特征定义面板（9）点选【确定】，完成平面2的创建；（10）右击刚创建的“DTM2”，点选“编辑”。（11）点选“工具”再点选“关系”，弹出“关系”框。单击两参考面夹角，输入一下关系式： /*镜像平面旋转角度 D6=360/(4*z)在“关系”框内点选【确定】，关系式添加完成；（12）渐开线的镜像，首先点选渐开线，其次点选按钮；（13）镜像平面选刚创建的“DTM2”面，在“镜像”的特征面板内点选按钮。完成后的镜像曲线如图3-11所示。图3-11镜像渐开线图3-12“草绘”对话框3.2.5创建齿根圆（1）点选按钮，在弹出“拉伸”面板内点选“放置”再点选“定义”，弹出定义对话框；（2）选“F”面为草绘面，选“R”面为参考面，参考方向为“顶”，如图3-12。点选【草绘】进入草绘环境；（3）点选，然后点选齿根圆，如图3-13所示。内点选按钮，完成草图；图3-13选齿根圆曲线（4）点击“拉伸”命令中的“实体”、“拉伸到指定深度”按钮，输入数值为B,如图3-14所示。回车确定添加特征关系；图3-14“拉伸”（5）点选按钮，完成拉伸，完成后的齿根圆如图3-15所示。图3-15完成后的齿根圆图3-16“草绘”对话框（6）将关系式添加到对话框，在模型树中点选齿根圆特征，再点选“编辑”；（7）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。点击尺寸代号，输入如下关系式： /*齿根圆宽度关系式 D7=b完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；3.2.6创建分度圆曲面（1）点选命令中的“放置”和“定义”，弹出“草绘”；（2）选“F”面为草绘平面，选“R”面为参考平面，方向“顶”，如图3-16所示。点选【草绘】进入草绘环境；（3）点选按钮，点选分度圆曲线，如图3-17所示。点选完成；图3-17选分度圆曲线（4）在“拉伸”面板内点选“曲面”按钮、“拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为B,如图3-18所示。回车后提示是否添加特征关系，点选“是”；图3-18“拉伸”定义面板（5）拉伸深度自动调整到用户设置的参数B的值，在“拉伸”面板内点选按钮，完成分度圆曲面的创建，完成后的分度圆曲面如图3-19所示。图3-19分度圆拉伸特征（6）在“关系”框内添加关系，在模型树中右击分度圆曲面特征，点选“编辑”；（7）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。此时会显示分度圆厚度尺寸的代号。点选该尺寸的代号，尺寸的代号将会显示在“关系”框中，输入如下关系式： /*分度圆曲面宽度关系式 D8=b完成“关系”框，点选“关系”框内的【确定】完成添加的关系式；3.2.7创建投影曲线这一步首先在“RIGHT”面创建一个斜直线，然后将这个曲线投影到分度圆曲面上。（1）点选按钮，弹出“草绘”对话框；（2）选“RIGHT”面为草绘平面，选“TOP”面为参考平面，参考方向为“右”，如图3-20所示。点选【草绘】进入草绘环境；图3-20“草绘”对话框（3）绘制如图3-21所示的二维草图，点选按钮，完成草图的绘制；图3-21绘制二维草图（4）把关系式添加到“关系”框，在模型树中右击刚刚的草绘特征，点选“编辑”；（5）点选“工具”中的“关系”，弹出“关系”框。此时会显示直线相关尺寸的代号。点选该尺寸的代号，尺寸的代号会显示在“关系”框中，输入如下关系式： D11=beta D63=b完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；（6）点选刚草绘好的曲线，依次点选“编辑”“投影”，弹出“投影”曲线操控面板，如图3-22所示；图3-22“投影曲线”定义面板（7）点选分度圆的曲面为投影的参照，如图3-23所示。在“投影曲线”面板上点选按钮，完成投影曲线创建。图3-23选曲面参照图3-24“草绘”对话框 3.2.8创建扫描混合截面（1）点选按钮，弹出“草绘”框；（2）选“FRONT”面为草绘平面，选“RIGHT”面为参考平面，参考方向为“顶”，如图3-24所示。点选【草绘】进入草绘环境；（3）以已创建好的渐开线为基础，点选按钮，弹出“类型”框，如图3-25所示，点选“环”，绘制如图3-26所示的二维图，点选按钮，完成草图的绘制；图3-25“类型”单选框图3-26绘制二维草图（4）将倒圆角尺寸添加到“关系”框，在模型树中右击刚草绘好的截面，点选“编辑”；（5）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。此时会显示截面圆角的尺寸的代号。点选该尺寸的代号，尺寸的代号将会显示在“关系”框中，输入如下关系式： /*截面圆角半径关系式 ifhax>=1 D14=0.38*mn endif ifhax<1 D14=0.46*mn endif 完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；（6）依次点选“编辑”和“特征操作”，弹出“特征”菜单，如图3-27所示；图3-27“特征”菜单图3-28“选特征”菜单（7）在“特征”菜单上依次点选“复制”和“完成”，弹出“复制特征”菜单。在“复制特征菜单”上依次点选“移动”和“完成”，弹出“选特征”菜单，如图3-28所示；（8）点选上一步创建的截面特征，在“选特征”菜单上点选“完成”，弹出“移动特征”菜单，如图3-29所示；图3-29移动特征”菜单图3-30“选方向”菜单（9）在“移动特征”菜单上点选“平移”，弹出“选方向”菜单；（10）在“选方向”菜单中点选“曲线/边/轴”，然后点选齿根圆的端面为参照，如图3-31所示。弹出“方向”菜单，点选“正向”；选参照平面选参照平面图3-31选参照平面图3-32完成后的截面（11）输入偏移距离为b,点选“完成移动”，点击“组可变尺寸”中的“完成”，在点击“组元素”中的【确定】，在“特征”菜单中点选“确定”，完成后的截面如图3-32所示；（12）在“关系”框内添加关系，在模型树中右击刚完成的复制特征，点选“编辑”；（13）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。点选尺寸代号，输入如下关系式： D15=b完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；（14）旋转复制上一步复制的截面，依次点选“编辑”和“特征操作”，弹出“特征”菜单，如图3-33所示；（15）在“特征”菜单上依次点选“复制”和“完成”，弹出“复制特征”菜单。在“复制特征菜单”上依次点选“移动”和“完成”，弹出“选特征”菜单，如图3-34所示；图3-33“特征”菜单图3-34“选特征”菜单（16）选中复制的截面，点选“完成”，弹出“移动特征”，如图3-35所示；图3-35“移动特征”菜单图3-36“选方向”菜单（17）在“移动特征”菜单上点选“旋转”，弹出“选方向”菜单，如图3-36所示；（18）在“选方向”菜单中点选“曲线/边/轴”，然后点选齿根圆的中心轴为参照，如图3-37所示。弹出“方向”菜单，点选“反向”和“正向”；旋转复制截面选参照轴旋转复制截面选参照轴图3-37选参照轴图3-38旋转复制截面（19）提示输入旋转角度，输入旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d))”,完成添加关系。点选“完成”，“组元素”中点选【确定】，“特征”中点选“确定”，完成复制，如图3-38所示；（20）在模型树中右击刚刚旋转复制的截面，点选“编辑”；（21）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。点选该尺寸的代号，尺寸的代号将会显示在“关系”框中，输入如下关系式： D30=asin(b*2*tan(beta/d)) 完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；3.2.9创建第一个轮齿特征（1）依次点选“插入”和“扫描混合”，弹出“扫描混合”面板，如图3-39所示；图3-39“扫描混合”特征定义面板（2）在“扫描混合”面板内点选“参照”菜单，弹出“参照”框，如图3-40所示；图3-40“参照”（3）在“参照”框的“剖面控制”文本框内点选“垂直于轨迹”，在“水平/垂直控制”文本框内输入“垂直于曲面”，如图3-40所示；（4）点选扫描引线，如图3-41所示；选扫引线选扫引线图3-41选扫引线图3-42“剖面”定义对话框（5）在“扫描混合”面板上点选“剖面”菜单，弹出“剖面”定义对话框，在第一项下拉菜单中选“所选截面”，如图3-42所示；（6）点选如图3-43所示的截面为第一个扫描混合截面；点选第一截面选第二个截面点选第一截面选第二个截面图3-43选截面 图3-44“剖面”对话框（7）在“剖面”定义对话框内点选“插入”，在“剖面”列表框内显示“剖面2”。点选另一个截面。在“剖面”对话框内如图3-44所示，点选“细节”，弹出“链”对话框如图3-45所示；图3-45“链”对话框图3-46“选项”选项卡（8）在“选项”选项卡内点选“终点”文本框，如图3-46所示，然后点选起始点；（9）点选按钮，第一个轮齿创建完成，如图3-47所示；图3-47完成后的轮齿特征图3-48“选性粘贴”复选框3.2.10阵列轮齿（1）首先点选已经创建好的轮齿，然后依次点选“编辑”和“复制”，然后再次依次点选“编辑”和“选性粘贴”，弹出“选性粘贴”复选框，如图3-48所示；（2）勾选复选框的前两项，点选【确定】，弹出“选性粘贴”面板；（3）点选按钮，在文本框输入“360/z”，如图3-49所示。完成添加关系；图3-49“选性粘贴”定义面板（4）点选齿根圆的中心轴，如图3-50所示。点选按钮，创建完成；选旋转中心轴选旋转中心轴图3-50选旋转中心轴（5）将旋转角度关系式添加到“关系”框。选中第二个轮，点选“编辑”；（6）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。点选该尺寸的代号，尺寸的代号将会显示在“关系”框中，输入如下关系式： /*第二个轮齿的旋转角度 D41=360/z完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；（7）选中刚创建的齿，点选命令，弹出“阵列”面板，如图3-51所示；图3-51“阵列”特征定义面板（8）点选“轴”阵列，输入阵列数为“24”，偏移角度“14.4”度，点选命令，齿轮绘制完成；（9）将阵列参数添加到“关系”框。在模型树中右击阵列命令，点选“编辑”；（10）点选“工具”和“关系”，弹出“关系”框。点选该代号，输入如下关系式： /*阵列关系式 D58=360/z P61=z-1完成“关系”框，在“关系”框内点选【确定】完成添加的关系式；（11）点选，轮齿创建完成，如图3-52所示。图3-52完成后的齿轮（12）单击工具里的参数，输入自己需要的参数。然后再生，即可得到想要的齿轮。

4结论本次设计通过齿轮啮合研究，建立了齿轮的数学模型，实现了斜齿轮三维参