齿轮参数化设计系统的研究与实现

封面作者：PanHongliang仅供个人学习斜齿轮的创建本节将介绍渐开线斜齿圆柱齿轮的创建，渐开线斜齿圆柱齿轮的创建方法与渐开线直齿圆柱齿轮的创建方法相似。

本节同样使用参数化的设计方法，创建渐开线斜齿圆柱齿轮。

3.2.1斜齿轮的建模分析建模分析（如图3-52所示）：（1）输入参数、关系式，创建齿轮基本圆（2）创建渐开线（3）创建扫引轨迹（4）创建扫描混合截面（5）创建第一个轮齿（6）阵列轮齿图3-52渐开线斜齿圆柱齿轮建模分析3.2.2斜齿轮的建模过程1．输入基本参数和关系式（1）单击，在新建对话框中输入文件名“hecial_gear”,然后单击；（2)在主菜单上单击“工具”→“参数”，系统弹出“参数”对话框，如图3-53所示；图3-53参数”对话框（3）在“参数”对话框内单击按钮，可以看到“参数”对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值、和说明等。

需要输入的参数如表3-2所示；注意：表3-2中未填的参数值，表示是由系统通过关系式将自动生成的尺寸，用户无需指定。

完成后的参数对话框如图3-54所示：图3-54“参数”对话框（4）在主菜单上依次单击“工具”→“关系”，系统弹出“关系”对话框，如图3-55所示；（5）在“关系”对话框内输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系。

由这些关系式，系统便会自动生成表3-2所示的未指定参数的值。

输入的关系式如下：/*齿轮基本关系式ha=(hax+x)*mnhf=(hax+cx-x)*mnd=mn*z/cos(beta)da=d+2*hadb=d*cos(alpha)df=d-2*hf完成后的“关系”对话框如图3-55所示；图3-55 “关系”对话框2．创建齿轮基本圆（1）在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框；（2）选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“右”，如图3-56所示。

单击【草绘】进入草绘环境；图3-56 “草绘”对话框（3）在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制四个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸，如图3-57所示。

482020.增刊CMTM1 引 言塔式起重机工作时，频繁旋转、提升、下降，在此复杂的工况下，其齿轮系统将受到扭转、振动，齿轮系统容易发生机械共振，过早出现疲劳失效。

因此，塔机齿轮系统设计时，有必要对齿轮固有特性进行分析。

另外，齿轮发生断齿、齿面点蚀、磨损、黏着磨损、齿面塑性变形等失效，其根本原因是齿轮在弯曲应力以及接触应力共同作用下，而发生变形和断裂以及造成的表面磨损。

综合考虑以上两方面原因，对齿轮进行静力学分析和模态分析非常有必要。

传统齿轮设计效率低、周期长，本文首先利用Creo 软件完成渐开线齿轮参数化建模，然后通过Workbench 软件实现齿轮应力、模态分析，探索一种新的齿轮设计方法，为同类型产品设计分析提供一定参考。

2 齿轮参数化建模为适应新的市场形势，旨在解决制造企业三维设计软件在使用性、交互性、数据转换以及对硬件配置需求等问题，美国PTC 公司在2010年推出的一款新的CAD 设计软件Creo 。

本文主要利用Creo 中Parametric 模块强大的三维参数化建模功能，通过 “参数”“关系”“模型基准”“曲线”等命令，建立参数化渐开线圆柱齿轮模型，弥补了workbench 不易创建复杂模型的缺点，提高了设计效率。

2.1 齿轮参数渐开线齿轮基本参数主要有：齿轮、模数、压力角、齿顶高系数、变位系数、削顶系数等，本文中选用的齿轮参数如表1所示。

摘　要：塔机在起吊和转运时对传动齿轮产生强大的冲击和振动，因此在塔机设计时，对其传动齿轮静力学和动力学分析非常必要性。

本文基于Cero 三维建模软件实现塔机渐开线直齿轮参数化建模，并通过Workbench 软件创建有限元模型，根据实际情况对齿轮施加边界条件和载荷，实现了齿轮的静力学和模态分析。

为渐开线齿轮设计和实际生产中如何避免共振提供一定理论参考。

关键词：塔机；齿轮；参数化建模；模态分析中图分类号：TH13 文献标识码：B基于Creo和Workbench的齿轮参数化建模及有限元分析Parametric modeling and finite element analysis of gear based on Creo and Workbench张 帅/ZHANG Shuai 1 刘凤永/LIU Fengyong 1 陈冬冬/CHEN Dongdong 2（1.徐州罗特艾德回转支承有限公司，江苏 徐州 2210002.徐工集团徐工消防安全装备有限公司，江苏 徐州 221000）名 称描 述赋 值z 齿数37m 模数12apha 压力角/°20ha 齿顶高系数 1.0c 齿顶系数0.25d 分度圆直径/mm #m*z db 基圆直径/mm #m*z*cos(apha)da 齿顶圆直径/mm #d+2*m*(ha+x)df 齿根圆直径/mm #d-2*m*(ha+c-x)x 变位系数0k 削顶系数0b齿宽/mm100注：表中“#”中的数值无需输入，通过“关系”模块会自动生成。

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。

斜齿轮参数化建模斜齿轮是常见的机械传动元件，它具有抗载能力强、传动平稳等特点，广泛应用于各种机械设备中。

对于机械设计者来说，如何快速、准确地进行斜齿轮的参数化建模是非常重要的一项技能，本文将介绍斜齿轮参数化建模的方法和步骤。

一、斜齿轮的基本概念斜齿轮是一种齿轮的类型，它的齿面与轴线不平行，使得齿轮在传动时产生一定的侧向力和滚动力矩，这个主要与斜齿的传动原理有关。

斜齿轮的参数化建模需要掌握以下几个基本概念：1）齿比：齿比也称为模数，是一个齿轮齿数和分度圆直径的比值。

它决定了齿轮传递的力矩和速度比。

2）齿数：齿数是指齿轮上的齿数，它决定了齿轮的大小和传动效率。

3）压力角：压力角是齿轮齿面上的压力方向和轴线之间的夹角，对于斜齿轮，压力角会影响齿面的接触性能和传动效率。

4）螺旋角：螺旋角是指齿线相对于齿轮轴线的螺旋角度，它影响齿轮的侧向力和径向力。

二、斜齿轮参数化建模方法斜齿轮的参数化建模可以使用CAD软件完成，下面以SolidWorks为例，介绍斜齿轮的参数化建模方法：1）建立基本零件：首先，需要建立两个基本的圆柱零件，一个作为齿轮，另一个作为轴。

在建立齿轮时，需要设定齿数、齿比、模数、压力角等参数，根据这些参数生成齿轮的齿形和几何形状。

2）创建斜齿轮装配体：将齿轮和轴装配在一起，平移、旋转相对位置，使得齿轮齿面与轴线呈一定夹角，调整夹角大小和方向，形成斜齿轮装配体。

3）添加齿面特征：使用SolidWorks的建模工具，依据齿轮的传动原理和齿面要求，添加齿面标准特征，如直齿、渐开线齿等。

4）添加参数：根据不同的设计要求，添加相应的参数，如齿数、齿比、模数、螺旋角、压力角等，具体参数可以在特征管理器中进行添加和修改。

5）创建设计表：将设计过程中的所有参数和特征数据记录下来，生成一个设计表格，在需要修改时可以直接修改表格的内容，而无需重新建模。

三、参数化建模的优势通过参数化建模的方法，可以极大地提高设计效率和精度，具有以下优势：1）能够快速生成多个不同规格的产品，节省设计成本和时间。

机械工程学院前言齿轮在各种机械、汽车、船舶、仪器仪表中广泛应用，是传递运动和动力的重要零件。

机械产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等，均与齿轮的质量有着密切的关系。

工厂里生产的机械零件质量和精度的提高，需要较好的加工设备和刀具。

特别是刀具在生产过程中起着及其重要的作用，它决定产品的质量。

目前，机械制造业领域中，产品的生产批量以及种类已经迅速转型，由同一产品转变为生产批量不同，种类不同的大量产品，以适应国内外市场的变化和多元化的需求，而这一转变的实现要求工具的设计、制造、市场等各方面的信息交流必须及时准确，而传统的工艺装备设计手段，仍停留在手工绘图、人工操作绘图软件的水平上，这种状况已经不适应当前的需求了；因此，CAD参数化设计技术在齿轮刀具行业中的应用显得越来越重要。

CAD参数化设计是基于三维绘图软件的二次开发，结合与其自身相关的编程语言，利用计算机实现产品设计和制造自动化，它能提高产品的性能和质量、提高产品的可靠性、降低成本和加强市场竞争力。

本文主要介绍了滚刀参数化设计软件的运行环境、模块的划分与具体组成要素、模块的功能。

着重对三维造型参数化驱动原理进行了分析，阐述了实现的方法。

最后对界面设计和功能作出分析，并提出一些修改的意见。

软件开发作为一次毕业设计来完成，既融合了专业知识，也5涉及了可视化编程工具（VB）以及数据库相关知识，两者的结合应用对我本人来讲收获很大。

此次毕业设计，杨波老师和徐莹老师作为我的指导老师，在整个设计过程中，献出宝贵的时间，不惜劳苦为我们指导设计，讲解我们设计中遇到的问题，并提出了很多建议，对我们的设计给予了很大帮助。

同时，老师经常关心我们的生活。

在此，我由衷地感谢两位老师的辛苦指导。

一、总体设计及软硬件环境：1．齿轮刀具CAD系统的总体设计方案及功能模块划分齿轮刀具CAD系统应以有关国家标准和行业标准为设计准则，以齿轮啮合原理及传动理论为设计依据。

进行系统的总体规划分析时，首先应将应用对象抽象为最基本、最普遍的形式，建立系统的基本框架，然后在此基础上根据具体刀具设计的特定需要对设计方案进行变化及扩展。

直齿变位齿轮的参数化设计及优化余志永;郑清春;郭津津;李纪峰【摘要】In this paper the parametric design method of straight tooth profile shifted gears based on Pro/Program is expounded. It can automatically calculate the modification coefficient according to the center distance, number of teeth, and the modulus, automatically select the appropriate modeling process according to the relation between the sizes of the base circle and root circle, and then establish the modified gear which meets the design requirements. The gear model was statically analyzed with Pro/Mechanica, and then the sensitivity analysis for the influence of main structural parameters on the static characteristics was made, finally the gear model was optimized to make the overall weight smallest for meeting the project requirements to maximum stress and maximum strain.%阐述了基于Pro/Program直齿变位齿轮的参数化设计方法,该方法可根据中心距及齿数、模数等自动计算出变位系数,并根据基圆与齿根圆的大小关系,自动选取相应的建模过程,建立出满足要求的变位齿轮模型.运用Pro/Mechanica对齿轮模型进行了静态分析,并对齿轮的主要结构参数对静态特性的影响程度进行了敏感度分析,最后对齿轮模型进行了优化,在最大应力及最大应变满足要求的情况下,使其总质量最小.【期刊名称】《重型机械》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】4页(P58-61)【关键词】变位齿轮;参数化;Pro/E优化【作者】余志永;郑清春;郭津津;李纪峰【作者单位】天津理工大学,复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津市300384;天津理工大学,复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津市300384;天津理工大学,复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津市300384;天津理工大学,复杂系统控制理论及应用重点实验室,天津市300384【正文语种】中文【中图分类】TP391.7;TH1320 前言Pro/ENGINEER(Pro/E)是由美国PTC公司开发的三维CAD/CAM/CAE系列参数化软件，主要用于产品外观设计、结构设计、仿真、模具设计、分析优化、NC加工等产品研发领域。