变位齿轮或花键快速
建模方法
现有的教材以及网上的资料很少讲解如何快速对渐开线齿形进行建模，而且针对快速建模几乎找不到带变位的参数
方程；经过整理我把操作步骤公布如下：1、建好齿坯模型（齿坯模型其实就是实际滚齿加工前的坯子）
2、建一个坐标系，x-y平面垂直轴线，原点取轴线上齿轮端面的中心
3、创建基准曲线，选择“从方程”-->“完成”-->选取上步的坐标系-->坐标系类型选择“笛卡尔”-->系统自动
创建并打开一个“rel.txt”文件。
4，往文件的下面拷贝如下内容：
/* xx=0.51是对变位系数赋值
/* α=t*60中的60是表达所画渐开线从压力角0-60的范围，可以根据实际需要的长度调整
m=
zz=
a=
xx=-0.20088
d=zz*m
db=d*cos(a)
r=db/2
α=t*60
x=r*cos(α)+pi*r*α*sin(α)/180+xx*m
y=r*sin(α)-pi*r*α*cos(α)/180
z=0
HA=(HAX+X)*M
HF=(HAX+CX-X)*M
D=M*Z
DA=D+2*HA
DF=D-2*HF
DB=D*COS(ALPHA)
上面的程序m、zz、a、xx分别是模数、齿数、压力角和变位系数，把自己的参数填进去
5、保存“rel.txt”文件之后关闭改文件，系统跳回到绘图界面
6、点击“确定”，渐开线L1已经在定的坐标系上画好了
7、以齿轮端面创建草绘平面，绘分度圆，退出草图
8、创建基准点，为分度圆和渐开线的交点
9、创建基准平面DM1，以基准点和齿轮轴线为参考
外齿操作方法：
10、创建基准平面DM2，以DM1和齿轮轴线为参考，设角度偏移量n(根据x轴的方向不同可能要取负值)，n的计算公
式如下：n=(0.5*E/(π*m*z))*360 (E 为分圆弧齿齿槽宽)(现有的教材以及网上都是用360/(4*z),这里不用读者可
以自己分析一下)
11、以DM2中心镜像L1，得到渐开线L2
12、以齿轮端面创建草绘平面
13、使用“通过边创建图元”命令提取渐开线L1和L2到草绘中、画小径圆，再画1个圆，直径大于大径，修建曲线直至保留由该圆和“提取的2条渐开线”以及“小径”组成的一个封闭线框,倒齿根圆角。
14、退出草绘，使用“拉升工具”拉升草绘即可创建第一个齿槽，设置如下：深度值需大于或等于齿宽即可-->拉
升方向切换到齿坯上-->选择“去除材料”，点击“√”-->得到第一个齿槽15、阵列第一个齿槽，操作：右键点击上步的“拉伸”步骤-->选择“阵列”-->方向选“轴”-->选取齿轮轴线-->
数量为齿数z-->角度范围为“360”（跳过“成员间的角度”）-->第二方向保持
“1”不变-->点击“√”-->整个
齿轮式如下：n=(0.5*S/(π*m*z))*360 (S为分圆弧齿厚)(现有的教材以及网上都是用360/(4*z),这里不用读者可以自己分析一下)
11、以DM2中心镜像L1，得到渐开线L2
16、外齿大功告成。
内齿操作方法：
10、创建基准平面DM2，以DM1和齿轮轴线为参考，设角度偏移量n(根据x轴的方向不同可能要取负值)，n的计算公
12、以齿轮端面创建草绘平面
13、使用“通过边创建图元”命令提取渐开线L1和L2到草绘中、画小径圆，再画1个圆，直径小于小径，修建曲线直至保留由该圆和“提取的2条渐开线”以及“大径”组成的一个封闭线框，倒齿根圆角。
14、退出草绘，使用“拉升工具”拉升草绘即可创建第一个齿槽，设置如下：深度值需大于或等于齿宽即可-->拉
升方向切换到齿坯上-->选择“去除材料”，点击“√”-->得到第一个齿槽15、阵列第一个齿槽，操作：右键点击上步的“拉伸”步骤-->选择“阵列”-->
方向选“轴”-->选取齿轮轴线-->
数量为齿数z-->角度范围为“360”（跳过“成员间的角度”）-->第二方向保持“1”不变-->点击“√”-->整个
齿轮
16、内齿大功告成。
如何验证齿形呢？
齿轮齿形画法 一、总述 我们在齿轮加工进行齿形的检验时，常会用到齿形模板，以前每遇到这种情况都需要技术人员照手册按坐标点一点一点的画出，十分麻烦，且每用到模数不同的齿轮，都要重新画，工作量可想而知。现在计算机普及了，我们依据淅开线的形成原理和齿轮的切削原理并结合实际经验研究出了一种利用计算机来进行齿形图绘制的方法，绘制一些不同齿数（模数是1）的齿轮齿形图作为样板，对于不同的模数，只要进行相应倍数的放大即可得出相应的齿形图，这样绘出的齿形图不仅比手工画出的精确，且能做到一劳永逸，方便了很多。 二、直齿轮齿形图的详细画法 下面我们以齿数为18的齿轮为例，详细介绍一下这种齿形图的绘制方法.我们将齿形图的绘制据齿形的组成不同分为渐开线齿形部分的绘制与基圆和齿根圆部分齿形的绘制. 1.取齿轮齿数为18,模数为1,则分度圆半径为8.457mm.首先画出基圆,然后在基圆上取一角度为3的圆弧,测其值为0.44mm.(如图一) 2.画一长度为0.44mm的水平轴线垂线与基圆相切,然后绕基圆圆心阵列该直线和与其垂直的水平线,角度取3度(如图二) 3.将阵列所得的基圆切线延长:3°处的切线保持不变,6°处的切线延长一倍,9°处
的切线延长2倍,12°处的切线延长3倍……依此类推,45°处的切线延长15倍.将各切线延长线的端点依次连接起来得一圆滑曲线.(如图三) 4.画出齿轮的分度圆(半径为9mm)和齿顶圆(半径为10mm),过分度圆与渐开线 交点与圆心连线,将该连线旋转成水平(第三步得到的曲线随其一同旋转),其它辅助线清除,然后过圆心画一角度为5度的射线即为该齿轮一个齿的对称线,将所得曲线关天该对称线镜相,齿顶圆与基圆中间的曲线部分即为该齿轮一个轮 齿的渐开线部分.(如图四) 5.将得出的一个轮齿的渐开线部分阵列,得出模数为1,齿数为18的齿轮的渐开线齿廓部分,并将齿轮转至如图五位置。 以上五步为齿轮轮齿渐开线部分的绘制。从第六步开始为基圆与齿根圆部分齿形图的绘制。 6.先画出模数是1的齿条图形，比标准齿条齿顶高高出0.25mm(如图六) 7.如图七所示将齿条与齿轮啮合. 8.在齿轮的实际加工过程中，齿轮每转动1°，齿条水平移动0.157mm。据此原理，
渐开线花键完整计算 渐开线齿轮具有传动的准确性与平稳性，渐开线花键具有自动定心好与传动扭矩大等优点，因此被广泛应用在机械传动、连接零件及其成形加工刀具的设计与制造。渐开线花键拉刀结构见图1，其每一部分的结构参数计算都需要进行复杂的刀具设计以及相关标准和工艺知识库查询、结构参数计算以及手工绘制AutoCAD图纸等工作。传统的手工渐开线花键拉刀设计过程繁琐，需查找大量数据，一项渐开线花键拉刀的设计工作至少需要4-5个工作日，设计效率低且容易出错。因此，需要使用新的设计方法来提升设计效率。 1 软件设计 (1)设计方案 采用相应设计软件，设计人员只需通过计算机界面，从键盘输入渐开线花键拉刀设计的初始条件及技术要求，计算机将自动完成渐开线花键拉刀结构设计及其结构参数计算、渐开线齿形坐标计算，并应用VB 程序驱动AutoCAD自动绘制出完整的渐开线花键拉刀图纸。拉刀设计流程见图2。 采用软件设计的步骤如下：①渐开线花键拉刀设计开始；②输入渐开线花键拉刀设计要求及数据；③渐开线花键拉刀结构设计；④渐开线花键拉刀参数计算；⑤渐开线花键拉刀齿形坐标计算；⑥渐开线花键拉刀图纸设计；⑦AutoCAD格式渐开线花键拉刀图纸生成；⑧渐开线
花键拉刀图纸存储或打印；⑨渐开线花键拉刀设计结束。 (2) 渐开线花键拉刀结构参数计算与设计 ①输入渐开线花键拉刀设计初始条件 渐开线花键拉刀设计的初始条件包括：拉刀模数、花键的齿数、分度圆压力角、花键的内径、花键的外径、分度圆弧齿厚（或理论根圆弧齿厚）、槽底圆弧半径、拉削前孔径、拉削长度、零件材料、零件材料的硬度、拉床型号。 ②渐开线花键拉刀结构设计
齿轮传动是最重要的机械传动之一。齿轮零件具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等优点。因而齿轮零件应用广泛，同时齿轮零件的结构形式也多种多样。根据齿廓的发生线不同，齿轮可以分为渐开线齿轮和圆弧齿轮。根据齿轮的结构形式的不同，齿轮又可以分为直齿轮、斜齿轮和锥齿轮等。本章将详细介绍用Pro/E创建标准直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、圆弧齿轮以及蜗轮蜗杆的设计过程。 3.1直齿轮的创建 3.1.1渐开线的几何分析 图3-1 渐开线的几何分析
渐开线是由一条线段绕齿轮基圆旋转形成的曲线。渐开线的几何分析如图3-1所示。线段s绕圆弧旋转，其一端点A划过的一条轨迹即为渐开线。图中点（x1,y1）的坐标为：x1=r*cos(ang),y1=r*sin(ang) 。(其中r为圆半径，ang为图示角度) 对于Pro/E关系式，系统存在一个变量t，t的变化X围是0～1。从而可以通过（x1,y1）建立（x,y）的坐标，即为渐开线的方程。 ang=t* 90 s=(PI* r*t)/2 x1=r*c os(ang) y1=r*s in(ang) x=x1+(s*sin( ang)) y=y1-( s*cos(ang)) z=0
以上为定义在xy平面上的渐开线方程，可通过修改x，y，z的坐标关系来定义在其它面上的方程，在此不再重复。 3.1.2直齿轮的建模分析 本小节将介绍参数化创建直齿圆柱齿轮的方法，参数化创建齿轮的过程相对复杂，其中要用到许多与齿轮有关的参数以及关系式。 直齿轮的建模分析（如图3-2所示）： （1）创建齿轮的基本圆 这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。 （2）创建渐开线 用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线，本章的第一小节分析了渐开线方程的相关知识。 （3）镜像渐开线 首先创建一个用于镜像的平面，然后通过该平面，镜像第2步创建的渐开线，并且用关系式来控制镜像平面的角度。 （4）拉伸形成实体 拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。这一步是创建齿轮的关键步骤。
1 花键的画法及其尺寸标注 1.1 矩形花键的画法 1.1.1 外花键：在平行于花键轴线的投影面的视图中，大径用粗实线、小径用细实线绘制，并用剖面画出一部分或全部齿形(图1)。 1.1.2 内花键：在平行于花键轴线的投影面的剖视图中，大径及小径均用粗实线绘制，并用局部视图画出一部分或全部齿形(图2)。 1.1.3 花键工作长度的终止端和尾部长度的末端均用细实线绘制，并与轴线垂直，尾部则画成斜线，其倾斜角度一般与轴线成30°(图1)，必要时，可按实际情况画出。 1.1.4 外花键局部剖视的画法见图3；垂直于花键轴线的投影面的视图按图4绘制。 国家标准局1984-07-11发布 1985-07-01实施
1.2 矩形花键的尺寸标注 1.2.1 大径、小径及键宽采有一般尺寸标注时，其注法如图1、图2所示。采用有关标准规定的花键代号标注时，其注法如图3所示。 1.2.2 花键长度应采用下列三种形式之一标注： a.标注工作长度(图1、2、5)； b.标注工作长度及尾部长度(图6)； c.标注工作长度及全长(图7)。
1.3 渐开线花键的画法如图8。 分度圆及分度线用点划线绘制。 2 花键联结的画法及代号标注 2.1 花键联结用剖视表示时，其联结部分按外花键的画法，见图9、图10。
2.2 需要时，可在花键联结图中标注相应的花键代号。 矩形花键代号的注法如图9所示。 渐开线花键代号的注法如图10所示。 在花键联结图中应按有关标准的规定标注花键代号。 * 花键的标注： 键数（N）、小径（d）、大径（D）、键宽（B）、国标 * 以矩形花键为例： 内花键6×23H7×26H10×6H11 GB/T1144—2001 外花键6×23f7×26a11×6d10 GB/T1144—2001 花键副6×23H7/f7×26H10/a11×6H11/d10 GB/T1144—2001 花键的标注方法有两种： o 方法一、分别标出N、d、D、B； o 方法二、用指引线引出标注
第3章齿轮零件 齿轮传动是最重要的机械传动之一。齿轮零件具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等优点。因而齿轮零件应用广泛，同时齿轮零件的结构形式也多种多样。根据齿廓的发生线不同，齿轮可以分为渐开线齿轮和圆弧齿轮。根据齿轮的结构形式的不同，齿轮又可以分为直齿轮、斜齿轮和锥齿轮等。本章将详细介绍用Pro/E创建标准直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、圆弧齿轮以及蜗轮蜗杆的设计过程。 3.1直齿轮的创建 3.1.1渐开线的几何分析 图3-1 渐开线的几何分析 渐开线是由一条线段绕齿轮基圆旋转形成的曲线。渐开线的几何分析如图3-1所示。线段s绕圆弧旋转，其一端点A划过的一条轨迹即为渐开线。图中点（x1,y1）的坐标为：x1=r*cos(ang),y1=r*sin(ang) 。(其中r为圆半径，ang为图示角度) 对于Pro/E关系式，系统存在一个变量t，t的变化范围是0～1。从而可以通过（x1,y1）建立（x,y）的坐标，即为渐开线的方程。 ang=t*90 s=(PI*r*t)/2 x1=r*cos(ang) y1=r*sin(ang) x=x1+(s*sin(ang)) y=y1-(s*cos(ang)) z=0
以上为定义在xy平面上的渐开线方程，可通过修改x，y，z的坐标关系来定义在其它面上的方程，在此不再重复。 3.1.2直齿轮的建模分析 本小节将介绍参数化创建直齿圆柱齿轮的方法，参数化创建齿轮的过程相对复杂，其中要用到许多与齿轮有关的参数以及关系式。 直齿轮的建模分析（如图3-2所示）： （1）创建齿轮的基本圆 这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。 （2）创建渐开线 用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线，本章的第一小节分析了渐开线方程的相关知识。 （3）镜像渐开线 首先创建一个用于镜像的平面，然后通过该平面，镜像第2步创建的渐开线，并且用关系式来控制镜像平面的角度。 （4）拉伸形成实体 拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。这一步是创建齿轮的关键步骤。 （5）阵列轮齿 将上一步创建的轮齿进行阵列，完成齿轮的基本外形。这一步同样需要加入关系式来控制齿轮的生成。 （6）创建其它特征 创建齿轮的中间孔、键槽、小孔等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸。
一、渐开线直齿轮创建 首先通过已知条件确定齿轮的z，m，a，b的大小，例如有一齿轮的基本参数为：齿数z=22，模数m=2.5，压力角alpha=20°，齿宽b=36。 UG环境下齿轮的参数化三维建模 1、UG环境下渐开线直齿圆柱齿轮的三维造型原理 表1 行星轮参数列表 渐开线直齿圆柱齿轮建模前的参数如表1所示 在UG环境下的齿轮建模方法有很多种，这里根据齿轮的有关参数生成齿轮的毛胚和齿槽轮廓，再将齿槽轮廓自由拉生成三维实体相当于生成了一把加工齿轮的刀具，再用齿坯减去该实体从而生成齿形。UG环境下渐开线斜齿轮建模的具体步骤如下： (1) 根据齿轮参数和渐开线方程构造齿轮的端面渐开线齿槽轮廓。 (2) 按照齿顶圆直径和齿轮厚度建立齿坯实体。 (3) 将端面齿廓轴向拉伸出齿槽实体，即相当于生成了一把加工齿轮的刀具。 (4) 使用布尔差操作从齿坯实体中切去齿槽，即可得到该渐开线直齿轮的齿槽轮廓。 (5) 将生成的齿轮实体以齿坯轴线为中心按齿数进行圆周阵列，即得到该渐开线直齿轮的三维模型。 2、渐开线直齿圆柱齿轮轮齿三维成型方法 渐开线直齿轮轮齿成型的基本的思路是： (1)构造端面渐开线曲线，并通过镜像等操作构造端面齿槽轮廓； (2)使用UG[拉伸]命令并运用布尔差操作得到齿轮实体。 3、端面渐开线的绘制 根据渐开线的形成原理可知渐开线的极坐标方程为：
???? ? ??? ? -===k k k k k inv α ααθαtan cos r r b k （3-1） 式中：k α——渐开线上任一点K 压力角； inv k α——以k α为自变量的渐开线函数； k r ——渐开线上任一点的向径，mm b r ——基圆半径，mm k θ——展角或极角，rad 。 为了便于计算转化，需要将式3-1转化为直角坐标方程，建立直角坐标系如式3-2 则渐开线上任一点k 的直角坐标方程可以转化为： ?????-=+=u u r u r y u u r u r x b b k b b k cos sin sin cos （3-2） 式中：()k k b k k b k r r ON AN ON NK u θαθαα+=+=== =tan ； （3-3） k θ——渐开线上任一点k 的滚动角。 端面渐开线曲线的具体绘制步骤如下： (1)选择[工具]—[表达式]命令，弹出“表达式”对话框，输入表达式如下： t=0 //UG 定义的变量 m=2.5 //齿轮模数 z=22 //齿轮齿数 alpha=20 //齿顶圆压力角 qita=90*t //滚动角角度值 b=36 //齿宽 da=(z+2)*m //da 齿顶圆直径 db=m*z*cos(alpha) //db 基圆直径 df=(z-2.5)*m //df 齿根圆直径
齿轮的加工一般是仿型铣，就是一个蜗杆状的道具切割，虽然在SW中可以用这样的方式生成，但如果不是用于运动分析就没必要这样做，本题因为要手工制作齿轮，所以仍然要把轮廓画出来，以方便打印成1:1图纸，然后描在木板等毛坯料上手工切割出齿轮。 思路：1、先生成齿根圆以内的部分，这个容易，画个圆拉伸下就行了。 2、生成一个齿，这个的难点主要在于渐开线的绘制。渐开线可以用SW中方程式驱动的曲线来绘制，但是SW中给出的方程是垂直坐标系，而教科书上给的是极坐标系。这个转化还是很简单的啦。 渐开线的极坐标方程： R=r/cosα，θ=tanα–α，这里R是极坐标中的曲线上任意一点的半径，θ是任意一点的角度，α是圆形成渐开线时展开的角度，r是基圆半径，很容易理解的。 转化成垂直坐标系也很容易的。任意一点的X=R*sinθ，Y=R*cosθ。带入公式就得，这个α就是SW中的参数t，带入公式得： X=r/cos(t)*sin(tan(t)-t) Y= r/cos(t)*cos(tan(t)-t) 很简单吧。 有了渐开线，根据齿厚和齿顶圆分度圆等数值就能生成一个齿了。 3、根据预先计算好的齿数阵列。 步骤一： 准备工作，首先根据教科书计算各种参数，模数、齿数、分度圆直径等根据需要预先设定，其中模数非常重要，可以根据计算出来的齿厚略微调整。根据教科书用excel计算很方便。 本例以下表大齿轮为例。
步骤2：生成齿根圆以内的毛坯：
步骤3：制作1个齿 1：在前视基准面上绘制草图，点击方程式驱动的曲线，按图输入方程式及参数，右侧就出现渐开线预览画面，因为t是弧度，所以大概设定区间是0至1。
1.首先打开Catia：开始→形状→创成式外形设计模块！ 2.设置：工具→选项→显示按下图设置： 3.输入齿轮的各项参数 斜齿圆柱齿轮中有如下参数及参数关系，不涉及法向参数齿数Z 模数m 压力角a 齿顶圆半径rk=r+m 分度圆半径r=m*z/2 基圆半径rb=r*cosa 齿根圆半径rf=r-1.25*m 螺旋角beta 齿厚depth 具体方法如下图所示：
点击添加公式进入公式编辑界面： 结果如下：
4.点击fog按钮，建立一组关于参数t的函数：X（t）、Y（t）方程为：x=rb*sin(t*PI*1rad)-rb*t*PI*cos(t*PI*1rad) y=(rb*cos(t*PI*1rad))+((rb*t*PI)*sin(t*PI*1rad)) 如图所示: 建议把函数名改成x和y，方便辨认。 建立第一个函数x(t); 建立第二个函数y(t);
特征树种显示结果： 5.现在开始画渐开线： （1）画齿轮齿根圆、分度圆和齿顶圆： 点击画圆工具，在中心处右键编辑点（0,0,0），支持面选择xy平面，半径：右键编辑公式输入：rf
用相同的方法画出分度圆（r）和齿顶圆（rf）： （2）画渐开线： 首先画出渐开线上的点，然后用样条曲线连接这些点，就形成渐开线。具体方法如下： 下面就是对函数进行赋值的过程，具体方法如下： a.参数→law→关系x（双击）
b.规则→然后双击，->Evaluate(t)括号里的数值为参数t的值，这里为0； 同样的办法输入y的坐标值，然后再建几个点，比如选择当 t=0.1,0.2,0.25,0.3,0.35,0.4时的几个点。如图示： 然后用样条曲线连接各点：如图：
现在中国使用SolidWorks软件的用户越来越多，对于一些初学者，在齿轮的绘制过程中会遇到很多问题。本文笔者就是针对这一主题而写，希望对那些还处于齿轮建模迷惑中的读者有一些抛砖引玉的作用，提高设计者的软件使用水平，开拓一条新的设计思路。阅读本文前，读者朋友应当先完成SolidWorks基本模块的学习，或者是有一定的软件使用经历和基础。 一、明确设计目的 齿轮在机械传动设计中是重要的传动零件，它有很多其他传动机构无法比拟的优点，如传动效率高(一般在0.9以上)，传动平稳(斜齿轮尤为突出)，传动力矩大，准确的瞬时传动比，寿命长，而且可以改变传动方向等，这些优点决定了齿轮在动力传动和运动传动中占有不可动摇的地位。一般齿轮的齿廓都是渐开线，那么如何在SolidWorks中绘制渐开线呢?在开篇之前先请读者思考一个问题：为什么要绘制精确的“渐开线”齿轮呢?是为了做运动模拟?出2D 的工程图?到C N C里进行加工?还是作为CAE的分析模型呢? 当然，如果我们的目的不同，那么我们的齿轮就有不同的绘制方法。请看下面的详细讲解。 二、简化齿轮的绘制 1.利用SolidWorks自带插件 “Toolbox”生成齿轮 对于出图和用于运动模拟的用户，可以用简化的“渐开线”齿轮代替，这样不但可以大大简化建模的时间，而且可以充分利用现有的计算机资源。在SolidWorks的Toolbox插件中就有齿轮模块，下面就具体介绍一下这种方法。 (1)首先在插件中打开Toolbox插件，如图1所示。点击“确定”就可以在右边的“任务窗格”设计库中找到“Toolbox”了，如图2所示。
(2 )目前虽然在“GB”中还没有齿轮，但是可以用其他标准中的齿轮代替。下面就以“AnsiMetric”标准为例，介绍Toolbox中调用齿轮的方法。 在Toolbox的目录中通过“AnsiMetric”→“动力传动”→“齿轮”，在这里系统已经给出了常用的齿轮形式，我们需要哪种形式的齿轮就可以生成哪种，如圆柱直齿轮，这里翻译成了“正齿轮”。具体参数设置，如图3所示。 (3)通过一系列的设置，我们就可以得到想要的齿轮了，如果还达不到自己的要求，就可以在现有的齿轮基础上进行修改。如要孔板形式的齿轮，就可以用一个“旋转切除”命令和一个“拉伸切除”命令完成。具体操作如图4所示。接着再添加几个孔，如图5所示。
SolidWorks渐开线齿轮的绘制方法 SolidWorks, 渐开线齿轮, 绘制SolidWorks, 渐开线齿轮, 绘制 一、明确设计目的 齿轮在机械传动设计中是重要的传动零件，它有很多其他传动机构无法比拟的优点，如传动效率高(一般在0.9以上)，传动平稳(斜齿轮尤为突出)，传动力矩大，准确的瞬时传动比，寿命长，而且可以改变传动方向等，这些优点决定了齿轮在动力传动和运动传动中占有不可动摇的地位。一般齿轮的齿廓都是渐开线，那么如何在SolidWorks中绘制渐开线呢?在开篇之前先请读者思考一个问题：为什么要绘制精确的“渐开线”齿轮呢?是为了做运动模拟?出2D 的工程图?到C N C里进行加工?还是作为CAE的分析模型呢? 当然，如果我们的目的不同，那么我们的齿轮就有不同的绘制方法。请看下面的详细讲 解。 二、简化齿轮的绘制 1.利用SolidWorks自带插件 “Toolbox”生成齿轮 对于出图和用于运动模拟的用户，可以用简化的“渐开线”齿轮代替，这样不但可以大大简化建模的时间，而且可以充分利用现有的计算机资源。在SolidWorks的Toolbox插件中就有齿轮模块，下面就具体介绍一下这种方法。 (1)首先在插件中打开Toolbox插件，如图1所示。点击“确定”就可以在右边的“任务窗 格”设计库中找到“Toolbox”了，如图2所示。
(2)目前虽然在“GB”中还没有齿轮，但是可以用其他标准中的齿轮代替。下面就以 “AnsiMetric”标准为例，介绍Toolbox中调用齿轮的方法。 在Toolbox的目录中通过“AnsiMetric”→“动力传动”→“齿轮”，在这里系统已经给出了常用的齿轮形式，我们需要哪种形式的齿轮就可以生成哪种，如圆柱直齿轮，这里翻译成了“正齿轮”。具体参数设置，如图3所示。
坐标系的介绍 笛卡尔坐标系(Cartesian coordinates），即空间直角坐标系。 柱坐标（Cylindrical coordinate） 如右图所示，柱坐标系中的三个坐标变量是r、?、 z。与直角坐标系相同，柱坐标系中也有一个z变量。各变量的变化范围是： r∈[0,+∞), φ∈[0, 2π] z∈R 柱坐标（Cylindrical coordinate）ANSYS中的柱坐标示意图 ANSY中的柱坐标（X,Y,Z)与上图中的（ r，?，z）相对应。 X相当于柱坐标的半径 r；Y相当于柱坐标中的旋转角度?（顺时针方向旋转为正，逆时针方向转为负）；Z 相当于柱坐标中的高度z 。
渐开线齿轮的画法 渐开线的形成 渐开线的形示意成图 如图所示，当直线BC 沿一圆周作纯滚动的时候，直线BC 上任意一点K 的轨迹AK ，就是该圆的渐开线。这个圆称之为渐开线的基圆，他的半径用表 b r 示；直线BK 称之为渐开线的 发生线，渐开线上K 点的向径OK 与渐开线起始点A 的向径OA 间的夹角i θ称为渐开线AK 段的展角。由渐开线的形成可知BK =BK (弧长）。 渐开线的极坐标方程 如图所示，当渐开线做齿轮的吃苦廓时，齿廓上K 点的速度方向KD 与点K 法线BK 之间所夹的锐角称之为渐开线在K 点的压力角，用i α表示： i b i r r arccos =α 根据渐开线的形成方式推导渐开线齿轮的极坐标方程，O 为极点，OA 为极轴，如下建立渐开线方程： i b i r r αarccos = （a ） i i b i i b b AB b BK i r r r r θαθαα+ = += = = ) (tan （b ）
SolidWorks 2014画渐开线直齿轮的三种画法 摘要：本文详细介绍了SOLIDWORKS 画渐开线直齿轮的三种画法，分别是方程式驱动的参数法、TOOLBOX 标准库取样法以及GEAR TRAX 插件法，个人觉得GEAR TRAX 插件做出来的齿轮最精确，但是因为要下载插件比较繁琐，TOOLBOX 方法比较简单，但模型不够精确，方程式法需要对齿轮相关的参数有一定的了解，非常值得学习。 0 前言 本文针对的是初级学习者，所以对于SOILDWORKS 的大神一笑而过就好，勿喷。这三种方法百度上都有，但不够集中，初学者学起来很费劲，所以我就将三种方法集中起来供大家参考。 本文齿轮参数设模数为m=2，齿数为z=50，压力角ο20=α，齿宽B=20，则根据相关的公式得到： 分度圆直径：d=mz=100mm 齿顶圆直径：da=（z+2）m=104mm 齿根圆直径：df=（z -2.5）m=95mm 基圆直径：db=mzcos α=93.969mm 分度圆齿厚：s=0.5m π=π 齿轮齿根圆角：r=0.38m 注：当压力角为20度时，齿轮齿数在41及以下，基圆直径大于齿根圆直径，齿数在42及以上，基圆直径小于齿根圆直径，本例为第二种情况。 1、对于直齿圆柱齿轮，当基圆大于齿根圆时，整个齿形就会分为：工作部分和非工作部分，工作部分为渐开线，非工作部分为过渡曲线，它们可用计算法、查表法、和代圆弧法来确定。 2、当基圆小于齿根圆时，由于过渡曲线部分不参与啮合，因此可以做成任意曲线，只要不妨碍共轭齿条（或齿轮）齿顶的运转即可，通常用直线、圆弧与铣刀齿形的渐开线部分连接。 我们这里统一将齿根圆与基圆的过度设成圆角，大小为0.38m 。 渐开线方程式：???sin cos b b r r x += ???cos sin b b r r y -= 这里rb=db/2，是基圆半径，?为渐开线走过的角度，这里取0~π/4就好。 1 方程式法 打开SOLIDWORKS ，新建一个文件，打开方程式，方程式在工具选项卡里面
1.利用SolidWorks自带插件 “Toolbox”生成齿轮 对于出图和用于运动模拟的用户，可以用简化的“渐开线”齿轮代替，这样不但可以大大简化建模的时间，而且可以充分利用现有的计算机资源。在SolidWorks 的Toolbox插件中就有齿轮模块，下面就具体介绍一下这种方法。 (1)首先在插件中打开Toolbox插件，如图1所示。点击“确定”就可以在右边的“任务窗格”设计库中找到“Toolbox”了，如图2所示。 (2)目前虽然在“GB”中还没有齿轮，但是可以用其他标准中的齿轮代替。下面就以“AnsiMetric”标准为例，介绍Toolbox中调用齿轮的方法。 在Toolbox的目录过“AnsiMetric”→“动力传动”→“齿轮”，在这里系统已经给出了常用的齿轮形式，我们需要哪种形式的齿轮就可以生成哪种，如圆柱
直齿轮，这里翻译成了“正齿轮”。具体参数设置，如图3所示。 (3)通过一系列的设置，我们就可以得到想要的齿轮了，如果还达不到自己的要求，就可以在现有的齿轮基础上进行修改。如要孔板形式的齿轮，就可以用一个“旋转切除”命令和一个“拉伸切除”命令完成。具体操作如图4所示。接着再添加几个孔，如图5所示。
(4)这样这个齿轮就差不多完成了，如果用户齿轮有其他的形式，当然可以自己再做进一步的修改。修改完以后就可以保存了。注意这里建议用“另存为”，因为直接点击保存，系统会自动保存到Toolbox配置的路径中去，那就会添加不必要的麻烦。当然如果就想保存到Toolbox的配置路径，那么就直接保存即可。Toolbox的配置路径更改有很多方法，如可以在“选项”→“异型孔向导/Toolbox”→“配置”，也可以在菜单中找到，还可以在“设计窗格”→“设计库”→“预
渐开线绘制方法 现在基本上每个点都能够达到弧长和直线长相等，但是如果将小数点的位数加长，就会发现几乎没有一个点是一样的。这是因为在SolidWorks中的放样线条都是用一段一段的短线逼近的，如果需要精度较高的渐开线就不能简单地应用上面的方法。在下期的文章中将给大家介绍一个可以实现更精确的渐开线形成方法。 本文介绍了SolidWorks绘制渐开线齿轮的相关内容。 现在中国使用SolidWorks软件的用户越来越多，对于一些初学者，在齿轮的绘制过程中会遇到很多问题。本文笔者就是针对这一主题而写，希望对那些还处于齿轮建模迷惑中的读者有一些抛砖引玉的作用，提高设计者的软件使用水平，开拓一条新的设计思路。阅读本文前，读者朋友应当先完成SolidWorks 基本模块的学习，或者是有一定的软件使用经历和基础。 一、明确设计目的 齿轮在机械传动设计中是重要的传动零件，它有很多其他传动机构无法比拟的优点，如传动效率高(一般在0.9以上)，传动平稳(斜齿轮尤为突出)，传动力矩大，准确的瞬时传动比，寿命长，而且可以改变传动方向等，这些优点决定了齿轮在动力传动和运动传动中占有不可动摇的地位。一般齿轮的齿廓都是渐开线，那么如何在SolidWorks中绘制渐开线呢?在开篇之前先请读者思考一个问题：为什么要绘制精确的“渐开线”齿轮呢?是为了做运动模拟?出2D 的工程图?到C N C里进行加工?还是作为CAE的分析模型呢? 当然，如果我们的目的不同，那么我们的齿轮就有不同的绘制方法。请看下面的详细讲解。 二、简化齿轮的绘制 1.利用SolidWorks自带插件 “Toolbox”生成齿轮 对于出图和用于运动模拟的用户，可以用简化的“渐开线”齿轮代替，这样不但可以大大简化建模的时间，而且可以充分利用现有的计算机资源。在SolidWo rks的Toolbox插件中就有齿轮模块，下面就具体介绍一下这种方法。 (1)首先在插件中打开Toolbox插件，如图1所示。点击“确定”就可以在右边的“任务窗格”设计库中找到“Toolbox”了，如图2所示。
齿数Z / 44模数M / 2压力角ao30花键组合长度lmm32外花键外径deemm90外花键短径模具mm84.4内花键短径diimm86根圆角半径ρmm0.8渐开线起始圆直径dfemm85.7工作齿高度h wmm2全齿高度hmm2.8弦齿厚度sfnmm4.297319输入扭矩tn.m11458.8材料抗拉强度σbmpa980材料屈服强度σsma835安全系数SH / 1.25齿根弯曲强度安全系数SF / 1服务系数K1 / 1.25齿隙系数K2 / 1.1分配系数K3 / 1.1轴向偏心载荷系数K4 / 1.5应力转换系数K / 0.15齿磨损允许的压应力σh1mpa10齿磨损允许的压应力σh2mpa9.4弯矩mbn.m0作用直径dhmm85 .18773应力集中系数αTN / 2.238703公称切向力ftn260427.3单位载荷wn / mm213.5764剪应力τ渐开线花键如下：tnmpa94.401321，齿面的允许接触强度[σH] mpa294.4353σhmpa106.78822，齿根的允许弯曲强度[σF] mpa431.9559计算渐开线花键的承载力1.花键对的基本参数，齿表面压应力（计算值），2。工作条件参数3，检查结果σfmpa168.26663，齿根的容许剪切强度[τF] mpa215.978，τfmaxmpa211.33654外部花键的抗扭强度（允许值）[σv] mpa368.0441σvmpa163.5079齿表面摩擦的允许压应力[σH1] mpa110σhmpa106.7882齿表面摩擦的允
许压应力[σH2] mpa9 .4σhmpa106.7882b，花键对的耐磨性很长，并且齿表面的压应力（计算值）不符合要求。5当花键对工作108个周期时，齿面的压应力（计算值）满足要求。齿根的最大剪切应力（计算值）满足要求。等效应力（计算值）满足要求。弯曲应力（计算值）满足淬火和回火淬火淬火95110135170185185205碳钢化碳碳化碳化碳化碳化碳化碳钢化碳镍铁合金的三重淬火0.36363636364≤1.0> 1.0-1.5> 1.5-2.2.1.1-1.31.2-1.1.3-1.1.2-1.1.2-1.1.2 -1.1.2-1.3-1.71.6-2.41.7-2.91.4-2.91.8-2.81.9-3.51.5-2.12.0-3-3.22.1-4.11.11.2-1.61.3-2.11 .1 1.4.4.4- 2.11.4-2.4-2.1.2-1.1.1.1.1.1.- 2.41.3-1.81.5-2.51.6- 3.01.4-2.01.7-2.91.8-3.61.5- 2.21.9- 3.32.0- 4.21.6-2.42.1-3.62.2-4.81.3-2.01.4-2.81.5-3.41.4-2.21.6-3.21.7-屈服强度[σS] 83578535545抗拉强度[σb] 1080980600，材料的机械性能等级机械性能等级20ccrmnti40cr> 30-50> 50-80> 80-120> 120机械性能等级20ccrmnti40cr> 30-50> 50-80> 80-120> 120系列或模数/ mm平均圆直径DM灯系列或m≤2≤30> 30> 30> 50> 50> 50> 50> 50-120> 120> 120或模量/ mm平均圆直径DM灯系列或m ≤2≤30> 30> 30> 50> 50> 50>
渐开线花键： 键齿在圆柱（或圆锥）面上且齿形为渐开线的花键称为渐开线花键。 渐开线花键连接采用齿形定心 花键与渐开线花键： 渐开线花键是花键的一种，而传递转矩的部件一般通过键和花键联接。 普遍采用的是矩形花键和渐开线花键。 渐开线花键的优点： 渐开线花键应用日趋广泛。这是由于渐开线花键较矩形花键有许多优点，如齿数多、齿端，齿根部厚，承载能力强，易自动定心，安装精度高。相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加轴的刚度。渐开线花键便于采用冷搓、冷打、冷挤等无切屑加工工艺方法，生产效率高，精度高，并且节约材料。 渐开线花键参数： 基本参数 渐开线花键的基本参数包括规格、模数、齿数、压力角、变位系数（公称值）。 定心 花键孔与花键轴之间的定心方法，指的是在直径方向上间隙设定得最小的部位。包括齿面定位、大径定位、小径定位。 配合量
配合量是指定心部位过盈或间隙状态，包括间隙、中间配合、过盈。 基本参数的确定方法： 从已有的规格中选择合适的参数可节省时间、防止遗漏探讨。合适的参数值可避免表面压溃（静连接）及过度磨损（动连接）等强度校核计算（简单计算法），或花键承载能力校核计算（精确计算法）。一般情况可以直接采用规格值的各参数数值。 已有规格参数的特征 1）GB规格（ISO）：压力角符号为M，压力角系列有30°、37.5°（模数0.5～10）、45°（模数0.25～2.5），变为系数0。 2）旧JIS规格：压力角符号M，压力角20°（模数0.8）。 3）NES规格（参考）：压力角符号M，压力角30°（模数0.5左右）。 4）SAE规格：压力角符号DP，压力角30°（模数0）。 参数的补充特征 1）花键的压力角大，则键齿强度大，在传递圆周力相同时，大压力角的正压力也大，故摩擦力大。选择压力角时主要从构件的工作特点去考虑，如有无滑动、浮动以及配合性质和工艺方法等方面考虑。 2）加工精密刀具、检具工装时，即使是使用规格参数，也全部需要制作专用件，从这个意义出发是没有必要保证规格参数的。 定心与配合量的确定方法： 定心确定
实验七：综合应用（一）渐开线齿轮 一、实验要求 1、掌握各种曲线的生成方法； 2、掌握各种曲面的生成及编辑方法。 3、综合应用草图设计模块、零件设计模块、曲面设计模块等，根据给定的渐开线齿轮的重 要参数设计渐开线齿轮 二、实验内容 本实验通过渐开线来生成齿轮 图6-1 1、建立齿轮的几个重要参数： 齿数Z 模数m 压力角a 齿顶圆半径 rk = r+m 分度圆半径 r = m*z/2 基圆半径 rb = r*cosa 齿根圆半径 rf = r-1.25*m 在part design模块中，选择formula（f(x)图样）按钮，弹出formula：parameters 对话框，在该对话框中设置如图6-2所示的参数。
图6-2 具体方法是：点击new parameters of type按钮，选择相应的type如：real、length 等，填入相应的value；有formula的选择add formula，填入公式； 2、建立好参数之后，该用fog建立一对变量为t的x、y坐标的参数方程： x=rb*sin(t*PI*1rad)-rb*t*PI*cos(t*PI*1rad) y=(rb*cos(t*PI*1rad))+((rb*t*PI)*sin(t*PI*1rad)) 将这2个fog的名称分别改为：x，y，如图6-3所示； 目录树中出现了relations节点，节点下生成了fogx，fogy分支
图6-3 3、进入generative shape design模块，用前面定义的parameter，画出齿顶圆，分 度圆，基圆和齿根圆，作为下一步的参考，如图6-4所示；
30°渐开线花键的设计计算 已知： m=1.25 Z=24 αD=30° 1、分度圆直径D： D=mZ=1.25*24＝30 2、基圆直径D b： D b＝mZCOSαD＝1.25*24*cos30＝25.98 3、齿距p： p=πm=1.25π=3.927 4、内花键大径基本尺寸D ei： D ei＝m(Z+1.5)=1.25*(24+1.5)=31.875 5、内花键大径下偏差： 0 6、内花键大径公差：IT12－14，取IT12，公差值0.25 7、内花键渐开线终止圆直径最小值D Fimin： D Fimin=m(Z+1)+2C F=1.25*(24+1)+2*0.125=31.5 8、内花键小径基本尺寸D ii： Dii=D Femax+2CF=28.62+2*0.125=28.87 9、内花键小径极限偏差：查机械设计手册，为 10、基本齿槽宽E： E=0.5πm=0.5*π*1.25=1.963 11、作用齿槽宽E V： E V＝0.5πm＝1.963 12、作用齿槽宽最小值E Vmin： E Vmin＝0.5πm＝1.963 13、实际齿槽宽最大值E max： E max＝E Vmin+（Τ+λ）=1.963+0.137=2.100， 其中Τ+λ查机械设计手册，为0.137 14、实际齿槽宽最小值E min： E min＝E Vmin+λ＝1.963+0.048＝2.011 其中λ值查机械设计手册，为0.048 15、作用齿槽宽最大值E Vmax： E Vmax＝E max－λ＝2.100－0.048＝2.052 16、外花键作用齿厚上偏差es V：查机械设计手册，为0 17、外花键大径基本尺寸D ee：D ee=m(Z+1)＝1.25*（24+1）＝31.25 18、外花键大径上偏差es V/tanαD： 0 19、外花键大径公差：查机械设计手册，为0.16 20、外花键渐开线起始圆直径最大值D Femax：
齿数Z/44模数M/2压力角ao30花键组合长度lmm32外花键外径deemm90外花键短直径模具mm84.4内花键短直径diimm86齿根圆角半径ρmm0.8渐开线起始圆直径dfemm85.7工作齿高h wmm2全齿高hmm2.8弦齿厚度sfnmm4.297319输入扭矩tn.m11458.8材料抗拉强度σbmpa980材料屈服强度σsma835安全系数SH/1.25齿根弯曲强度安全系数SF/1使用系数K1/1.25齿隙系数K2/1.1分布系数K3/1.1轴向偏心载荷系数K4/1.5应力转换系数K/0.15齿面磨损许用压应力σh1mpa10轮齿磨耗许用压应力σh2mpa9.4弯矩mbn.m0作用直径dhmm85.18773应力集中系数αTN/2.238703名义切向力ftn260427.3单位载荷wn/mm213.5764剪应力τ渐开线花键为：tnmpa94.401321，齿面许用接触强度[σH]mpa294.4353σhmpa106.78822，齿根许用抗弯强度[σF]mpa431.9559计算渐开线花键1的承载能力。花键副的基本参数，齿面压应力（计算值），2。工况参数3，检验结果σfmpa168.26663，齿根许用抗剪强度[τF]mpa215.978，τfmaxmpa211.33654外花键抗扭强度（许用值）[σv]mpa368.0441σvmpa163.5079齿面摩擦许用压应力[σH1]mpa110σhmpa106.7882齿面摩擦许用压应力[σH2]mpa9.4σhmpa106.7882b，花键副
的耐磨性很长，齿面压应力（计算值）不符合要求。5花键副工作108周时，齿面压应力（计算值）符合要求。齿根最大剪应力（计算值）符合要求。等效应力（计算值）符合要求。碳合金渗碳和渗碳的计算值应满足渗碳温度为1851.1.361.361.361.1碳化温度大于1851.1.361.1碳化温度的要求。1.1.1.2-1.1.1.2-1.1.2-1.1.2-1.1.2-1.1.2-1.3-1.71.6.6-2.41 41.7.7-2.91.4-2.91.8-2.81.9-2.51.5-2.12.12.0-3-3.22.1.1-4.11.11.11.11.2.2-1.61.3-2.11.11.3-2. 11 11.4.4.4-2.11.11.4.4.4-2.4.4.4-2.4.4.4-2.2.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1 6-3.01.4-2.01.7-2.91.8-3.61.5-2.21.9-3.32.0-4.21.6-2.42.1-3.62.2-4.81.3-2.01.4-2.81.5-3.41.4-2.21.6-3.21.7-屈服强度[σS]83578535545抗拉强度[σb]1080980600，材料机械性能等级20ccrmnti40cr>30-50>50-80>80-120>120机械性能等级20ccrmnti40cr>30-50>50-80>80-120>120系列或模块/mm平均圆直径DM灯系列或m≤2≤30>30>50>50>50>50>50-120>120>120或模数/mm平均圆直径DM灯系列或m≤2≤30>30>30>50>50>50>50>80>80>120>120>120>120>K4系列或2 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算 12.3.1 齿轮各部分名称及符号 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下：554554.jpg 12.3.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算 1 模数 齿轮圆周上轮齿的数目称为齿数，用z表示。根据齿距的定义知 此主题相关图片如下： 2 压力角 此主题相关图片如下： 此主题相关图片如下： 3 齿数 4 齿顶高系数 h a =h a *m （h a *=1） 5 顶隙系数 c=c*m (c*=0.25) h f =(h a *+c*)m 全齿高 h=h a +h f =(2h a *+c*)m 标准齿轮是指模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。 表12-2 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式 此主题相关图片如下： 4. 内齿轮与齿条 图示为一内齿圆柱齿轮，内齿轮的轮齿是分布在空心圆柱体的内表面上。与外齿轮相比有下列几个不同点： 1）内齿轮的齿厚相当于外齿轮的齿槽宽，内齿轮的齿槽宽相当于外齿轮的齿厚。 2）内齿轮的齿顶圆在它的分度圆之内，齿根圆在它的分度圆以外。 图示为一齿条，它可以看作齿轮的一种特殊型式。与齿轮相比有下列两个主要特点： 1）由于齿条的齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线是平行的；传动时齿条是直线移动的，故各点的速度大小和方向均相同；齿条齿廓上各点的压力角也都相同，等于齿廓的倾斜角。 2）与分度线相平行的各直线上的齿距都相等。 此主题相关图片如下： 渐开线直齿圆柱齿轮的任意圆周上齿厚的计算渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算
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