直齿圆锥齿轮的计算机辅助设计

英文论文原文英文译文：应用图表对锥齿轮的运动学分析摘要：非定向和定向性图表技术能够应用于对锥齿轮的运动学分析中。

在这两种技术中，齿轮的运动学结构由图表方式来展现。

虽然非定向的图表的绘制相对简单，但他们只用于确定基本线路的载体节点。

另一方面，在一张定向性图表中，由于每条线代表一个对变量的诠释，所以其相对非定向性图表能传播更多信息。

本文对这两个技术进行比较，并且针对的图表技术的好处由Cincinnati Milacron T3通过对一个机制机器人的运动学分析能够充分展示定向性图表的优势。

关键词:参数化草图表达式1. 介绍近几年，应用图表技术对机器人斜面齿轮的运动学分析已逐步确立。

两种不同图表技术被应用于对机器人斜面齿轮的运动学分析中：非定向性和定向性图表技术。

非定向性图表技术是由Freudenstein率先提出的。

这一方法运用了基本电路的理念。

Freudenstein和Yang较详细地阐述了此概念，然后由Tsai开发了一个计算机算法以及机制的一个标准表示法。

这种定向线性图表技术早在六十年代就被应用于电子网络以及其他类型的物理系统中，如一维的机制转动装置。

Chou et al. 通过使用同一种方法将这些技术延伸到三维系统中。

1992年，在三维传动装置中，最重大突破是Tokad，它是多端网络刚体的一个紧凑数学模型的衍生物。

在这种衍生物中，一种所谓网络模型方法的系统方法，为三维机械系统的公式化而被开发。

Uyguroglu和Tokad 对将网络模型方法应用于空间机器人斜面齿轮的运动学和动态分析进行了详尽的阐述。

一个新的定向性图表技术被应用于斜面齿轮的相对角速度的关联中。

本文通过对非定向性图表和定向性图表技术应用于斜面齿轮的运动学分析的比较，展示出定向性图表技术优于非定向性图表技术的一面。

这一理论被Cincinnati Milacron T3通过对一个机制机器人的运动学分析充分展示。

2.机器人斜面齿轮因为机器人操纵器原理简单，而且构造简单，所以机器人操纵器通常是一个开放环路的运动学链。

CATIA标准直齿圆锥齿轮的建模标准直齿圆锥齿轮参数：轴交角：Σ=90°模数：m=7齿数：z1=17, z2=29压力角：α=20°齿宽：b=40齿顶系数：c∗=0.2锥齿轮啮合图分度圆半径：r1=m z1/2=7×17/2=59.5当量分度圆半径：r n=r1/cosδ锥距：R=r1/sinδ当量齿顶圆半径：r n a=r n+m当量齿根圆半径：r nf=r n-(1+c∗)m)分度锥角：δ=tan−1(z1z2知道以上参数，就可以把这对齿轮副画出来了，所欠缺的，就是齿轮体上的一些特征参数，比如，齿轮体的外形参数，以及齿轮的装配方式方面的参数。

简化的图形架构关于绘图方面的一些设定:圆锥齿轮副的轴线，都在YZ平面内，小圆锥齿轮轴线指向Y轴正方向，大圆锥齿轮轴线指向Z轴正方向。

绘图中涉及到的一些数据，将即时计算。

绘制：直接进入“创成式外形设计”（开始-形状-创成式外形设计）。

点击“直线”按钮，出现“直线定义”对话框：在“线型”里选择“点-方向”；对话框转换成“点-方向”定义对话框；在“点”里，点右键选择“创建点”；对话框转换成“点定义”对话框。

在“点类型”里选择“平面上”；在“平面”里点右键选择“YZ平面”；用鼠标随便在界面上点一下，初始点就选择完毕了，该初始点在YZ平面内，以后可以编辑该点，确定分度锥角顶点的位置；点击“确定”回到直线线定义对话框；在“方向”里点右键，选择“Y部件”定义Y轴为直线方向；在“终点”里定义直线的长度；定义直线长度为r2长度101.5；点击“确定”，“直线.1”定义生成。

要点是直线方向，要指向Y轴的相反方向，这样画出的圆锥齿轮，看到的是齿轮前端，能更清楚的看清齿形。

现在我们要画出分度圆半径r1：点击“直线”按钮，出现“直线定义”对话框：在“线型”里选择“曲线的角度/法线”；在“曲线”里选择刚刚画完的“直线.1”，直接在绘图区里，点击画完的直线就行了；在“支持面”里点右键选择“YZ平面”；在“点”里选择刚画完的直线.1的“终点”，也是直接在绘图区里，点击画完的直线.1的终点，就可选中；在“角度”选项里，把数值改成“90°”；在“终点”里定义直线长度为r1长度59.5；点击“确定”，“直线.2”定义生成。

计算机控制技术大作业目录计算机控制技术大作业 0程序一说明：根据齿轮运行条件得到齿轮的基本参数。

(1)程序一代码 (1)程序一运行结果 (5)程序一.dat文件示意 (5)程序二说明：根据齿轮的基本参数生成命令组文件，来达到参数化自动绘图的目的 (5)程序二代码 (5)程序二运行结果 (8)gear.scr文件内容 (8)其他说明 (9)绘图结果 (10)程序一说明：根据齿轮运行条件得到齿轮的基本参数。

基本条件包含功率p，转速v，传动比i，是否热处理等。

齿轮的基本参数包含模数m，齿数z，齿宽b，分度圆压力角，内径d0，键槽高度h，键槽宽度e，其中分度圆压力角默认为20度。

数据文件.dat文件中包含全部数据，这些数据已被计算好保存到数据文件中，可以根据实际进行相应的修改，数据的数量也可进行修改，这里为了演示程序，写入了若干数据。

不同于常见的读取文件代码，我改进了读取文件的模型，使其不仅可以对数据类型进行进行读写操作，还可以对字符型进行读写操作，可以增加数据的数量，而不必改写代码。

数据文件中每一行代表的是一个齿轮的参数，而不是同一个参数的全部，从左到右依次是功率p，转速v，传动比i，是否热处理，齿轮模数m，齿数z，齿宽b，内径d0，键槽高度h，键槽宽度e。

程序一代码1.// 齿轮选择.cpp2.#include<iostream>3.#include<cstdio>4.#include<cmath>5.#include<string.h>ing namespace std;7.8.const int Max=10;//字符串最大长度9.class Gear10.{11.public:12.char number[Max]; //序号13.char name[Max]; //名称14.double power; //功率15.double speed; //转速16.double ratio; //传动比17.double rechuli;//是否热处理 1为是，0为否18.double moshu;//模数19.double chishu; //齿数20.double chikuan;//齿宽21.double neijing;//内径22.double jiancao_h;//键槽高23.double jiancao_e;//键槽宽24.};25.26.class data_27.{28.public:29.char a[Max][Max];30.char b[Max][Max];31.};32.33.float chars2float(char str[])34.{35.float number0=0,number1=0;36.int flag=0;37.for(int i=0;i<Max;i++)38. {39.if(str[i]=='.')40. flag=1;41.else if(str[i]>='0'&&str[i]<='9')42. {43.if(flag==0)44. {45. number0=Max*number0+str[i]-48;46. }47.else48. {49. number1=number1+pow(0.1,flag)*(str[i]-48);50. flag++;51. }52. }53.else break;54. }55.return number0+number1;56.}57.int main() //系统集成58.{59. Gear canshu[Max]={0};60. data_ here[Max]={0};61.FILE *fp;62. fp=fopen("齿轮数据0.dat","r");63.int j=0,jj=0,n=0,nn=0;64.int m=0;65.int row[Max]={0},column[Max][Max]={0};66.for(m=0;m<Max;m++)//将.dat文件中的数据读入数组中67.{68. n=0;nn=0;69.for(j=0;j<Max;j++)70. {71.for(jj=0;jj<Max;jj++)72. {73. fscanf(fp,"%c",&(here[m].a[j][jj]));74.if(here[m].a[j][jj]==',')75. {76. column[m][n]=nn;77. n++;78. nn=0;79.break;80. }81.else if(here[m].a[j][jj]==';')82. {83. column[m][n]=nn;84. row[m]=n+1;85. n=0;86. nn=0;87. j=Max;88. jj=Max;89.break;90. }91.else if(here[m].a[j][jj]=='!')92. {93. column[m][n]=nn;94. row[m]=n+1;95. m=Max;96. j=Max;97.break;98. }99.else if(here[m].a[j][jj]=='\n')//还包含一个换行符'\n' 100. {101.//cout<<endl;102. }103.else104. {105. here[m].b[n][nn]=here[m].a[j][jj]; 106. nn++;107. }108. }109. }110.}111.for(m=0;m<Max;m++)//讲数组类型转换成实数类型112.{113.for(j=0;j<row[m];j++)114. {115. chars2float(here[m].b[j]);116.//cout<<chars2float(here[m].b[j])<<endl;117. } //cout<<endl<<endl;118.}119.for(m=0;m<Max;m++)120.{121. canshu[m].power=chars2float(here[m].b[0]);122. canshu[m].speed=chars2float(here[m].b[1]);123. canshu[m].ratio=chars2float(here[m].b[2]);124. canshu[m].rechuli=chars2float(here[m].b[3]);125. canshu[m].moshu=chars2float(here[m].b[4]);126. canshu[m].chishu=chars2float(here[m].b[5]);127. canshu[m].chikuan=chars2float(here[m].b[6]);128. canshu[m].neijing=chars2float(here[m].b[7]);129. canshu[m].jiancao_h=chars2float(here[m].b[8]);130. canshu[m].jiancao_e=chars2float(here[m].b[9]);131.}132.double power0=0; //功率133.double speed0=0; //转速134.double ratio0=0; //传动比135.double rechuli0=0;//热处理136. cout<<"请依次输入功率，转速，传动比：";137. cin>>power0>>speed0>>ratio0;138. cout<<"是否热处理？是输入1，否输入0：";139. cin>>rechuli0;140.for(m=0;m<Max;m++)141.{142.if(power0==canshu[m].power)143.if(speed0==canshu[m].speed)144.if(ratio0==canshu[m].ratio)145.if(rechuli0==canshu[m].rechuli)146. {147. cout<<"模数m="<<canshu[m].moshu<<endl;148. cout<<"齿数z="<<canshu[m].chishu<<endl;149. cout<<"齿宽b="<<canshu[m].chikuan<<endl;150. cout<<"内径d0="<<canshu[m].neijing<<endl;151. cout<<"键槽高h="<<canshu[m].jiancao_h<<endl;152. cout<<"键槽宽e="<<canshu[m].jiancao_e<<endl; 153. m=Max;154.break;155. }156.else ;157.else ;158.else ;159.else if(m==Max-1) cout<<"文件中不存在！";160.}161.return 0;162.}程序一运行结果程序一.dat文件示意各数据的含义上诉内容已说明，从左到右依次是功率p，转速v，传动比i，是否热处理，齿轮模数m，齿数z，齿宽b，内径d0，键槽高度h，键槽宽度e。

毕业设计（论文）圆锥齿轮参数化设计及力学分析学院（系）：机电信息工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：评阅教师：完成日期：摘要直齿锥齿轮是在机械上应用比较多的零件，其参数化设计的顺利进行以及力学分析将大大增加科技人员在产品开发阶段应用计算机辅助的方便性和实用性。

在Pro /E软件中，根据机械设计中有关齿轮的设计原理，通过建立直齿锥齿轮中各变量与模数m、齿数z等基本设计参数的关系，可以实现直齿锥齿轮的参数化设计，虚拟装配和运动仿真等研究，并通过干涉分析可以发现零件设计图的缺陷。

利用此方法，可以把设计错误消除在制造前，以减少重复性工作，减少工程损失。

参数化设计方法提高了设计的柔性和敏捷性，具有重要的工程应用价值。

使工程技术人员可以通过变动某些约束参数而不必改动元件设计的全过程来更新设计。

这种设计方法的编辑、修改等很容易实现，大大地简化了产品设计的过程。

关键词：Pro／E；直齿锥齿轮；参数化建模；仿真AbstractSpur bevel gear is widely applied in the mechanical parts. It’s parametric design smoothly and mechanical analysis will greatly increase the application of computer aided convenience and practical of those science and technology personnel working in product development phase. In Pro/E, according to the design principle of the gear of the mechanical design , and by establishing the relationship of the variable and basic design parameters of the spur bevel gear, such as module m, number of teeth z and so on. To realize parameter design of the spur bevel gear, virtual assembly and motion simulation, etc. And through the interference analysis we can find flaws when design parts. By this method, we can eliminate the error before design the part, so as to reduce repetitive work and reduce the loss Parametric design method improves the design flexibility and agility, and has the important engineering application value. The engineering and technical personnel can update the design just through changing some constraint parameters and don't have to change the whole process of the component design. The editing and modify etc of this design method are easy to achieve, and greatly simplified the product design process.Key Words：Pro/E; Spur bevel gear; Parameterized modeling; Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1课题研究背景和意义 (1)1.1.1 课题研究背景 (1)1.1.2课题研究的意义 (1)1.2 国内外发展现状 (2)1.3 本课题主要工作和内容 (3)2 CAD技术及Pro/E软件的介绍 (4)2.1计算机辅助设计(CAD)的研究现状及发展趋势 (4)2.1.1 CAD技术简介 (4)2.1.2 CAD软件现状、主要分类及各自的主要特色 (4)2.1.3 CAD发展方向 (5)2.2 Pro/E软件简介 (6)2.2.1 软件概述 (6)2.2.2 Pro/ENGINEER软件包简介 (7)3直齿锥齿轮的参数化设计 (8)3.1 参数化建模原理分析 (8)3.2 直齿圆锥齿轮参数化建模 (9)3.2.1直齿锥齿轮的建模思路 (9)3.2.2 零件解析 (10)3.2.3 参数化设计过程 (10)4 直齿锥齿轮的运动仿真 (15)4.1 建立安装基准 (15)4.2 进入Pro/E装配环境，进行齿轮的装配 (16)4.3 运动仿真 (16)4.3.1设定运动参数 (17)4.3.2 启动运行 (17)4.3.3干涉分析 (17)5 直齿锥齿轮的有限元分析 (18)5.1 有限元分析概述 (18)5.2 创建有限元分析模型 (18)5.3 添加材料、约束和载荷 (18)5.4运行分析并查看结果 (19)结论 (23)参考文献 (24)附录A 锥齿轮设计参数 (25)附录B 直齿锥齿轮的参数关系 (26)致谢 (28)1绪论1.1课题研究背景和意义1.1.1 课题研究背景齿轮传动是机械传动中的重要装置，它具有质量小、体积小、传动比大和效率高等优点，已广泛应用于汽车、船舶、机床、矿山冶金等领域，它几乎适用于一切功率和转速范围。

设计直齿圆锥齿轮的SolidWorks 二次开发*王 霞 张耀宗 李占君摘要 介绍以SolidWorks 为开发平台,以VB 为编程语言,开发直齿圆锥齿轮三维实体参数化造型系统的方法。

关键词:Visual basic SolidWorks 参数化 实体造型中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2004)09 0040 03The design of straight bevel gear and developing of SolidWorksW ang Xia,Zhang Yaozong,Li ZhanjunAbstract Introduces a method of developi ng straight bevel gear three di mensions body parametric system based on SolidWorks and VB language as program language.Its purpose is to provide a new method.Key words:Visual basic SolidWorks Parametric Body modeling一、圆锥齿轮三维造型系统简介SolidWorks 的二次开发为实现圆锥齿轮实体参数化设计提供了有力的手段。

渐开线直齿圆锥齿轮三维造型系统的流程如图1所示,各模块及其功能如下。

1 系统界面模块该模块的功能是采集直齿圆锥齿轮实体造型所要的具体参数,从而利用该系统生成标准齿形、压力角为20!的齿轮。

2 SolidWorks 软件的OLE 技术* 河南省自然科学基金资助项目(0111040900),河南科技大学基金资助项目(200113) hres=pFrame->AddM enuIte m(auT(∀3DCAD(&G)#),auT(∀垫套(&D)∃#),s wLastPosition, auT(∀3D CAD@MyFunction #),&bres);图3 定制菜单、工具栏及程序运行的界面2)定制SolidWorks 的工具栏用户可先绘制出自定义工具栏按钮的图标,然后在C3DC ADApp::docCreateMenu 函数中添加以下代码,加载并显示自定义工具栏。

直齿锥齿轮的设计步骤(精密机械设计)已知：传动功率P ，转速1n 、2n (或传动比ⅰ,齿数比u)；齿轮的布置情况、载荷情况，每天工作小时数，使用年限等。

设计：齿轮的材料、热处理及主要尺寸等步骤：1、 选择齿轮材料：大小齿轮材料、热处理、硬度（查表7—5或7—8）、选择精度等级（一般6~9级）根据设计要求，可以取软齿面，也可以取硬齿面。

软齿面是指：HBW1，HBW2≤350，或HBW1＞350，HBW2＜350注意：HBW1=HBW2+（30～50） （1为小齿轮、2为大齿轮）硬齿面是指：HRC 1可以等于HRC 2，也可以HRC 1＞HRC 2，即HBW 1，HBW 2>350HBW选择小齿轮的齿数：Z 1=20~40（闭式传动） Z 1=17~20（开式传动）2arctgi δ= 1290δδ=-2、确定许用应力 1）许用接触应力 式（7—24） []lim H bH H L H K S σσ=①由表7-8查lim 1H b σ、lim 2H b σ，并取二者之间的小值计算[]H σ②取安全系数H S ， （课本：P145）③计算应力循环次数 H N = 60nt, (n 是与[]H σ相对应的齿轮转速)④由图7-35查循环基数0H N⑤计算HL K = 当H N ＞0H N 时，取HL K =1⑥计算[]H σ2）许用弯曲应力 式（7-30）[]lim F b F FC FL F K K S σσ=①由表7-9查1lim F b σ ，2lim F b σ ②取安全系数F S （课本：P148）③取FC K （课本：P148）④计算FL K 0F N =4×610。

一般FV N =H N （当一侧齿面一周啮合2次时，FV N =2H N ）。

计算 当≤350HBW 时， FL K =≥1但≤2 （课本：P148）当>350HBW 时， FL K =≥1但≤1.6 ⑤计算[]1F σ ， []2F σ3、计算工作转矩 6111T =9.5510P n ⨯ (单位：P 1:KW ；n 1:rpm ；T 1：Nmm 。

直齿锥齿轮UG建模步骤（小白使用）一、数据校核1.原图纸参数校核；校核完毕的参数保存打印,并记录原重合度值：一般在1。

15~1.20间。

2.参数优化设计修改齿顶高系数保存打印，直到重合度达到满意的要求：一般达到1。

25左右。

确定齿厚减薄量：根据侧隙要求来设定行齿减薄量和侧齿减薄量，确定两者的齿厚,齿厚应尽量兼顾满足图纸上的齿厚公差。

3.参数代入插件建模,将参数代入插件，注意评估变位系数是否要修改；插件自主计算时，会将行齿高变位、切变位系数加大，侧齿减薄；根据需要看是否修正.自主建模，将参数代入。

exp表达式，保存；二、锥齿自主建模1、建立如下表达式，并带入程序。

z1=18z2=12m=4.5a=22。

5i=z1/z2sigma=90B=18.73r1=m＊z1/2r2=m*z2/2rb1=r1＊cos(a）rb2=r2＊cos(a)delta1=arctan(i)delta2=90-delta1R=r1/sin(delta1）ha1=2.673 //齿顶高hf1=5。

823 //齿根高thetaa1=arctan(ha1/R)thetaf1=arctan(hf1/R)deltaha1=60。

44498966 //面锥角deltahf1=49.488039 //根锥角rf1=r1-hf1*cos（delta1) //当量齿轮zv1=z1/cos（delta1）zv2=z2/cos（delta2)rv1=r1/cos（delta1)rvb1=rv1＊cos(a）rva1=rv1+ha1rvf1=rv1—hf1si=8。

09043—0。

12-a //填入弧齿厚及减薄量及修形量si_fi=si＊360/(PI()*rv1＊2）/2 //分度圆处半个齿厚角度fi=（360/zv1-si_fi*2)/2 //分度圆处半个齿槽角度dcj=360/(2*zv1） //分度圆处单个齿角度rfr=m*0.3inva=tan(a)-a＊PI()/180pzj=fi—inva＊180/PI（） //画齿槽时渐开线需旋转角度si_pzj=si_fi+inva＊180/PI(） //画齿厚时渐开线需旋转角度a0=0 //渐开线发生角ae=90 //渐开线终止角t=1 //UG系统参数s=（1—t)*a0+t＊ae //渐开线参数方程的自变量yt=rvb1*cos(s)+rvb1*rad(s）*sin（s)xt=rvb1*sin（s)-rvb1*rad（s）＊cos（s） //渐开线在X、Y、Z三个方向的参数方程zt=02、建立草图,绘制分锥、背锥、面锥、根锥母线。

计算机辅助设计大作业齿轮设计姓名：张坤学号：2008**************学院：动力与机械学院班级：******************设计思路 (1)源程序 (2)程序运行结果（界面截图及程序生成的文件） (9)用AutoCAD调用程序生成的命令组文件 (14)心得体会 (15)设计思路本程序要求完成齿轮设计的计算，并将计算结果写进数据文件，该数据文件作为计算部分和画图部分的接口，编写画图部分的程序时需要调用那个数据文件。

通过画图部分的程序可生成后缀为.SCR的命令组文件，用AutoCAD调用命令组文件完成齿轮的绘图。

齿轮设计的总体思路如框图所示。

本次的程序要在《机械设计》这门课的基础更加深入。

在《机械设计》的作业中，我们的计算部分很多数据都是通过人为查找后用scanf语句输送进去的。

但是在《计算机辅助设计》这门课我们学习到了数据的处理，此程序则将需要查找的数据（一些图表）存储在文件中，在需要的地方，程序自动查找。

由于一个设计中需要大量的查找数据，本程序不可能将所有需要的图表都存储到文件，仅仅将教材中“齿形系数及应力校正系数”一表写进数据文件，在计算中需要形系数和应力校正系数时则不需要人工查找，本程序会自动查找。

如果程序中每一处的数据都能齿形系数和应力校正系数那样自动的查找，那么本程序将一个完整的齿轮设计程序。

本程序的其他数据还是要人工从现实的图表中查取，这也是本程序的缺陷之一。

但是其他数据也是一样的处理思想。

完成相关计算后，需要将计算结果保存到数据文件中。

本程序将小齿轮的模数m，齿数z1，齿轮宽度b和轴的直径四个计算结果写进数据文件Shuju.DA T。

然后编写参数化绘图程序，用C语言写命令组文件。

程序能实现参数化的功能，因为数据要从Shuju.DA T中读取。

不同的设计得到不同的数据文件，也就相对于不同的命令组文件，从而实现参数化。

命令组文件（.SCR）生成后，启动AutoCAD，使用script命令调用命令组文件，便可完成自动绘图，整个设计就基本完成。