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XINYU UNIVERSITY毕业设计（论文）（ 2014 届）题目基于Pro /E齿轮参数化造型设计二级学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级 10机制本三班学号 1001210341 学生姓名颜昱指导教师张香林老师摘要Pro /E乃是当今世界上比较流行的三维模型设计软件，使用这个渐开线方程或螺旋线方程启动生成渐开线或螺旋线。
它有更好的图形界面，和设计环境更加生动，快速的渲染功能，反映了更大的灵活性。
而且可以利用计算机预先举行动态剖析及装配干预检查工作，从而最大幅度地提升工作效率，降低设计本钱。
使用pro/e可以用到内部工具来设计齿轮，例如整列、拉伸等一些功能。
设计非常的快速和方便，方便大学生学习以及工作中的办公使用。
AbstractPro /E is a software of 3D model of today's more popular, the use of involutes equation or spiral line equations driven generation of involutes and helix. It has better graphics interface, and the design environment is more vivid, quick and rendering functions, reflects the more flexibility. And can use computer prior to dynamic analysis and assembly interference inspection work, thus greatly enhance and work efficiency, increase the cost of design. Pro/e can be used to design the gear used internal tools, such as column, stretching some function. The design are fast and convenient, convenient for college students study and work in the office。
摘要摘要本文基于Pro/E的渐开线齿轮的精确建模方法，利用了Pro/E强大的参数化设计功能，建立复合渐开线齿轮的参数化通用模型，设计新的齿轮时，直接输入齿轮的各项参数即可，则可自动生成齿轮。
复合齿轮是具有内外啮合的复杂模型，本文在圆柱直齿轮的基础上，根据内齿轮加工工艺，对内齿进行整体快速建模，避免了重复建模和衍生误差，提高了精度且利于后期处理。
另外本文还进行了齿轮的装配,且利用Pro/E中的Mechanism模块，对齿轮进行机构运动仿真，并对其测量结果进行了分析，制作了直观的传动动画。
关键词：复合齿轮渐开线参数化建模机构运动仿真ABSTRACTABSTRACTThis paper described the accurate modeling method based on Pro / E involute gear，Established Generic model of the parameters of the composite involute gear using of powerful parametric design capabilities of Pro / E. when produced the new gear, we only needed to input the parameters of the new gear directly, and it could be generated gear automatically.The composite gear is a complexity model with internal and external meshing gear .On the basis of the spur gear, according to the process of the internal gear, the modeling was created overall rapidly. The method avoided modeling Repeatedly and appearing derivative errors, It could improve the accuracy and be helpful to the post-processing .Otherwise, the article also introduced the assembly ,and utilized the Mechanism module in the Pro / E conducted the mechanism motion simulation of the gear . We analyzed the measurement results, produced intuitive animation.Key words: composite gear involute line parametric modeling mechanism motion simulation目录目录第一章绪论 (1)1.1P RO/E参数化建模简介 (1)1.1.1参数介绍 (1)1.1.2关系的介绍 (2)1.2研究目的 (4)1.3研究现状 (5)1.3.1齿轮建模现状 (5)1.3.2参数化设计研究现状 (6)1.4本课题研究内容 (7)第二章软件介绍 (9)2.1P RO/E概述 (9)2.2P RO/E特点 (9)2.3P RO/E在参数化方面的优势 (11)2.4本章小结 (12)第三章渐开线齿轮的介绍 (13)3.1齿轮渐开线的生成原理 (13)3.1.1渐开线的数学描述 (13)3.1.2渐开线的参数方程 (14)3.2齿轮啮合特性 (14)3.3渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸 (15)3.3.1渐开线齿轮的基本参数 (15)3.2.2渐开线齿轮各部分的几何尺寸 (15)3.4基于P RO／E渐开线齿轮三维建模及参数设计思想 (16)3.4.1参数化建模的基本原理 (16)3.4.2齿轮三维建模的思路 (16)基于P ro/E的复合渐开线齿轮精确建模方法3.5齿轮参数化建模的设计流程 (17)3.6本章小结 (17)第四章复合齿轮参数化建模 (19)4.1渐开线复合齿轮相关参数的确定 (19)4.2渐开线复合齿轮P RO/E实现 (20)4.2.1 绘制外啮合齿轮 (20)4.2.2 绘制内啮合齿轮 (29)4.3齿轮装配及仿真 (33)4.3.1创建箱体 (33)4.3.2齿轮装配及运动机构仿真 (35)4.4本章小结 (41)第五章总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1第一章绪论第一章绪论1.1 Pro/E参数化建模简介参数化设计是Pro/E重点强调的设计理念。
基于Pro/E实现齿轮三维参数化建模魏永乐，晁彩霞辽宁工程技术大学机械学院，辽宁阜新（123000）E-mail：weiyongle@摘要：利用Pro/Engineer系统提供的Pro/Program、Pro/Toolkit等二次开发模块以及功能强大的Visual C++编程工具，在Pro/Engineer系统中实现了齿轮三维参数化建模，提高了齿轮的设计质量和效率。
关键词：Pro/E；二次开发；参数化建摸；齿轮中图分类号：TP391.721．引言齿轮作为最重要的基础传动零件被广泛地应用于各个行业的生产设备中，因此齿轮设计的是否合理，将直接影响到设备的生产效率和寿命。
由于齿轮结构比较复杂，故齿轮的设计和生产过程中，需要进行大量的分析、计算和绘图工作。
在传统的齿轮设计中，齿轮的设计和强度校核过程主要是通过人工完成的，存在计算繁琐、设计周期长、效率低等问题，而且容易出现设计误差和错误，难以实现优化设计。
建立齿轮的三维实体模型，分析齿轮工作状态和受力状况，得到优化齿形，这对于提高齿轮的传动质量和使用寿命有重要意义。
本文以Pro/Engineer为平台，利用Pro/Toolkit等二次开发模块，探讨了直齿渐开线齿轮三维参数化建模的方法，最终实现了齿轮三维模型快速、精确的建立。
并且为进一步实现齿轮的传动及受力分析奠定了基础。
2．Pro/E二次开发工具Pro/Engineer系统是美国PTC公司的优秀产品，提供了产品三维造型设计、加工、分析及绘图等功能的完整CAD/CAE/CAM解决方案。
目前Pro/E软件在我国的机械、模具、汽车、航天、电子、家电、工业设计、玩具等行业取得了广泛的应用。
Pro/E在提供强大的产品设计、分析、制造等功能的同时，还为用户提供了多种二次开发工具，有：族表、用户定义特征、Pro/Program、J-link、Pro/Toolkit等[1]。
本文Pro/Program 和Pro/Toolkit二次开发工具。
机械 2007年第1期 总第34卷 计算机应用技术 ·35·——————————————— 收稿日期：2006－08－22作者简介：冉兆波，在读研究生，研究方向为机械CAD/CAE ；万朝燕，教授，硕士生导师。
基于Pro/E 的渐开线弧齿锥齿轮的三维建模冉兆波，万朝燕（大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028）摘要：介绍了在Pro/E 环境下，实现标准渐开线弧齿锥齿轮的造型方法和步骤，从原理出发，利用方程建立渐开线，从而保证齿形的准确性。
通过建立齿轮中各变量与模数m 、齿数z 等基本参数的关系，实现了不同模数、齿数齿轮的快速造型，提高了设计效率。
关键词：渐开线；弧齿锥齿轮；Pro/E中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2007）01－0035－03Study on the method of molding for the standard involute spiral cone gear based on Pro/EngineerRAN Zhao-bo ，WAN Chao-yan（Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，China ）Abstract ：Introduces the methodologies and steps of exact modeling for the standard involute spiral cone gear in environment of Pro/ Engineer. Based on principle, using equation build up the involute ．Consequently we can ensure the accuracy of the involute gear shape. Carry out quick modeling of various modulus and teeth number by set up relations between variable and basic parameters. t raised the design efficiency. Key words ：Involute ；spiral cone gear ；Pro/E弧齿锥齿轮作为基础传动件，用于传递相交轴之间的运动和动力，广泛应用于航空、航海、汽车、拖拉机、机床等行业中。
传统的弧齿锥齿轮的造型是已知齿轮的参数，利用啮合原理的方法建立齿面方程，由齿面方程获得大量齿面数据点，再由数据点啮合出齿面模型。
由于此种方法需要较多的啮合原理知识和大量的数据处理工作，不易被工程技术人员所掌握。
因此寻找一种快捷有效的弧齿锥齿轮造型方法和性能分析方法有着重要的现实意义。
1 造型方法1.1 设计参数分度圆直径D ；基圆直径DB ；齿顶圆直径DA ；齿根圆直径DF ；齿宽B ；齿基高HB ；锥距RX ；齿顶高HA ；齿根高HF ；全齿高H ；分锥角DELTAD 等；大端尺寸：分度圆直径D z ，齿顶圆直径D za ，齿根圆直径D zf ，基圆直径D zb ；小端尺寸：分度圆直径d z ，齿顶圆直径d za ，齿根圆直径d zf ；基圆直径d zb 。
输入表1中各参数，定义基本参数M 、Z 、B 、CX 等的值，通过关系式定义其余各参数的数值。
1.2 创建基本曲线（1）首先将基准平面TOP 向右平移一段距离D/(2*TAN(DELTA))，创建基准轴A 1和基准点PNT 0。
然后，在FRONT 平面内，以PNT 0为顶点绘制四条斜线，分别为分锥、根锥、基锥和顶锥母线。
定义分锥母线终点尺寸为d 2=D /2，与水平中心线夹角为d 1=DELTA ,与大背锥母线的夹角d 3=90；顶锥母线终点尺寸为d 6=DA /2；根锥母线终点尺寸为d 5=DF /2；基锥母线中点尺寸d 4=DB /2。
绘制大、小端背锥母线，其间距离为d 7=B ，且均垂直于分锥母线。
同时创建基准点PNT 1和PNT 2。
如图1所示（其中d **为Pro/E 中自动生成的尺寸代码）。
（2）过背锥母线分别做两个垂直于中心平面FRONT 面的辅助平面DTM 2和DTM 3，然后在这两个平面内分别绘制各基础圆曲线，同时分别绘制两·36·计算机应用技术 机械2007年第1期 总第34卷条过中心的竖直线，为以后创建坐标系做准备。
如图2所示。
表1 设计参数表名称代号计算公式名称代号计算公式模数 M已知锥距 RXRX=D/(2*SIN(DELTA))本齿轮齿数 Z 已知齿顶角 THETA_ATHETA_A=ATAN(HA/RX)与之啮合的齿轮齿数 Z_ASM 已知齿基角 THETA_BTHETA_B=ATAN(HB/RX)压力角 ALPHA已知齿根角 THETA_FTHETA_F=ATAN(HF/RX)齿宽系数 B 已知齿顶宽 BABA=B/COS(THETA_A)齿顶高系数 HAX 已知齿基宽 BBBB=B/COS(THETA_B)顶隙系数 CX 已知大端齿根圆直径 Dzf Dzf=DF/COS(DELTA)齿顶高 HAHA=(HAX+X)*M 大端基圆直径 Dzb Dzb=DB/COS(DELTA)齿根高 HFHF=(HAX+CX-X)*M 大端分度圆直径 Dz Dz=D/COS(DELTA)全齿高 HH=(2*HAX+CX)*M 大端齿顶圆直径 Dza Dza=DA/COS(DELTA)分锥角 DELTADELTA=ATAN(Z/Z_ASM)小端齿根圆直径 dzf dzf =(DF-2*BF*SIN(DELTA_F))/COS (DELTA)顶锥角 DELTA_ADELTA_A=DELTA+THETA_A小端基圆直径 dzb dzb=(DB-2*BB*SIN(DELTA_B))/COS(DELTA)基锥角 DELTA_BDELTA_B=DELTA-THETA_B小端分度圆直径 dz dz=(D-2*B*SIN(DELTA))/COS(DELTA) 根锥角 DELTA_FDELTA_F=DELTA-THETA_F小端齿顶圆直径 dza dza=(DA-2*BA*SIN(DELTA_A))/COS(DELTA)分度圆直径 D D=M*Z 齿根宽 BFBF=B/COS(THETA_F)基圆直径 DB DB=D*COS(ALPHA) 变位修正系数 X 已知齿顶圆直径 DA DA=D+2*HA*COS(DELTA)齿宽中点螺旋角 BETA 已知齿根圆直径 DF DF=D-2*HF*COS(DELTA) 刀具直径 BETA_R已知齿基高 HBHB=(D-DB)/(2*COS(DELTA))图1 母线和基准点图2 基础原曲线（3）创建辅助坐标系，绘制大、小端齿廓渐开线。
首先创建大端的渐开线的参考坐标系CS1；小端渐开线参考坐标系CS3。
两坐标系分别位于齿轮中心轴与两辅助平面的交点处，Z轴垂直于所建辅助平面DTM2和DTM3。
然后绘制渐开线，绘图时，我们以FRONT面作为齿廓中心角的角分面，因此，绘制渐开线时必须保证两渐开线关于FRONT 面对称，才能保证背锥面上齿廓完全符合理论要求。
设参数t=0～1，因此，Pro/E的笛卡儿坐标系下的渐开线参数方程为：/2*60*cos()*sin()**/180*sin()*cos()**/180r dbtheta tx r theta r thetatheta piy r theta r thetatheta piz=⎧⎪=⎪⎪=+⎪⎨⎪=−⎪⎪⎪=⎩机械2007年第1期 总第34卷计算机应用技术 ·37·最终生成的辅助坐标系和大、小端齿廓渐开线如图3所示。
（4）创建扫描轨迹和齿廓线。
首先根据齿廓中心角以及齿宽等参数的关系创建辅助平面DTM4和DTM5，以DTM5为对称面分别镜象两条渐开线，然后经过旋转生成如图4所示的齿廓线；然后以分锥母线为参考，分别生成辅助平面DTM6和投影曲面。
在辅助平面DTM6中根据刀具半径、螺旋角和齿轮的旋转方向绘制圆弧。
将圆弧向投降平面投影，生成如图4所示的扫描轨迹。
（5）生成完整模型。
通过扫描混合命令沿投影曲线，生成第一个齿廓，然后通过复制、阵列得到其他齿形。
如图5所示。
图3 渐开线图4 扫描曲线通过定义旋转角度d111=360/Z，阵列个数p112=Z-1，得到完整非等顶隙弧齿锥齿轮的模型，如图6所示。
图5 齿形图图6 完整模型2 结论由于齿轮的各个参数都与齿轮的模数M、齿数Z和分锥角THETA等建立了关系, 因此只要按设计要求修改模数、齿数等参数以及扫描曲线，就可得到不同弧齿锥齿轮。
为以后的分析计算提供了方便。
本文介绍了非等顶隙的渐开线弧齿锥齿轮的造型方法，按照此种方法将参数稍做改动就可以创建等顶隙的渐开线弧齿锥齿轮。
参考文献：[1]蔡春源．新编机械设计手册. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.[2]孙桓，陈作模. 机械原理. 北京：高等教育出版社，1996.[3]谭雪松，等. Pro/ENGINEER中文版机械设计实战训练. 北京：人民邮电出版社，2004.（上接第34页）[3]Erdman, A. G., and Riley, D. R., Computer－aided linkage design using the lincages package. Proceedings of DET 1981, ASME 1981 International Design Engineering Technical Conference, (81－DET－121), 1981.[4]HERON TECHNOLOGIES. WATT 1.6 User’s Guid (M). 2002.[5]ARTAS ENGINEERING SOFTWARE, SAM 5.0 User’s Guide (M). 2003.[6]Perez, A., Su, H., and McCarthy, M., Synthetica 2.0: software for the synthesis of constrained serial chains [C]. Proceedings of DETC’04, ASME. 2004 Design Engineering Technical Conference and Computer and Information in Engineering Conference, DETC2004－57524. [7]Cheng H. H. and Trang D. T., Web－based mechanism design and analysis [C]. Proceedings of DETC’04, ASME.2004 Design Engineering Technical Conference and Computer and Information in Engineering Conference, DETC2004－57594[8]Larson J. E. and Cheng H. H., Web－based interactive cam design [C]. Proceedings of DETC’98, ASME.1998 Design Engineering Technical Conference and Computer and Information in Engineering Conference, DETC98/MECH－－57594.[9]Sathyanarayana D. and Krishnamurty S., A visualization－based approach to engineering kinematics using cognitive models [C]. Proceedings of DETC’04, ASME.2004 Design Engineering Technical Conference and Computer and Information in Engineering Conference, DETC2004－57717.[10]叶至军. 由浅入深——Java2自学教程[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2004.。
