基于CATIA的轿车差速器直齿圆锥齿轮的参数化设计

标准直齿轮画法公式来源于网络整理得，角度没有取那么大，只取了60度。

图1：齿轮模型和特征树Step1. 新建模型文件。

选择下拉菜单文件> 新建…命令，系统弹出“新建”对话框，在类型列表中选择Part ，单击确定按钮。

在系统弹出的“新建零件”对话框中输入零件名称Gear，并选中启用混合设计复选项，单击确定按钮，进入零件设计工作台。

Step2.选择下拉菜单开始>形状>创成式外形设计命令，进入“创成式外形设计”工作台。

Step3.定义参数公式。

（1）选择命令。

选择下拉菜单工具>公式…命令，系统弹出图2所示的“公式：Gear”对话框。

图2 公式Gear对话框（2）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择长度选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数的名称或值文本框中输入“m”，将值设置为4，单击应用按钮。

（3）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择整数选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数的名称或值文本框中输入“z”，将值设置为30，单击应用按钮。

（4）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择角度选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数的名称或值文本框中输入“alpha”，将值设置为20，单击应用按钮。

（5）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择长度选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数名称或值文本框中输入“R”。

单击添加公式按钮，在系统弹出的公式编辑器中将R=设定为m*z/2，单击确定按钮，关闭编辑器。

单击“公式Gear”对话框中的应用按钮。

（6）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择长度选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数名称或值文本框中输入“Rb”。

单击添加公式按钮，在系统弹出的公式编辑器中将Ra=设定为R*cos(alpha)，单击确定按钮，关闭编辑器。

单击“公式Gear”对话框中的应用按钮。

（7）在新类型参数按钮右侧的下拉列表中选择长度选项，然后单击新类型参数按钮，在编辑当前参数名称或值文本框中输入“Ra”。

一、渐开线齿轮基础渐开线外啮合齿轮一个齿的基本齿廓（GB1356-1987）性状由5段曲线组成，其中两段对称的渐开线，一段齿顶圆弧曲线和两段齿根圆弧曲线。

下面是主要参数：在catia 中的参数类型和公式齿轮模数m (在GB1357-1987中选择) real （注：如果使用length也可简化下列公式，即省略公式中的*1mm）齿数z int压力角(齿形角) a angle分度圆直径d = m * z length r=m*z/2*1mm齿顶圆直径da = m * (z + 2) length ra= r+m*1mm齿根圆直径df = m * (z - 2.5) length rf = r-1.25*m*1mm基圆直径db=r*cos(a) length rb=r*cos(a)齿根圆角半径pf=0.38*m length pf=0.38*m*1mm渐开线参数曲线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) 其中0<= t < 1二、设置1、打开catia 进入工具—〉选项——〉常规——〉参数和测量——〉智能中，选择带值和带公式（见下图）2、键入基础结构——〉零部件基础结构——〉显示选中参数、关系三、零件设计1、进入创成式外形设计，按下f (x) , 增加上述参数和公式，如下图2、按下fog 设置规则（law）增加规则.x 然后输入渐开线x 的方程增加规则.y 输入渐开线y的方程3、增加6个点，类型为在“平面上”平面选择xy, 然后再H 后的编辑框中按鼠标右键，选择编辑公式，如后输入`关系\规则.x` ->Evaluate(0)同样在V后输入`关系\规则.y` ->Evaluate(0);其他点分别为`关系\规则.x` ->Evaluate(0.1)…. `关系\规则.x` ->Evaluate(0.5)4、选择创建样条曲线命令，分别加入这六个点，如图5、在xy平面上创建一个半径为r 的圆待续。

任务书设计题目：差速器的参数化设计1．设计的主要任务及目标（1）分析影响差速器结构参数的设计指标，完成差速器的设计步骤确定；（2）利用高级语言完成差速器参数化设计。

2．设计的基本要求和内容（1）完成对差速器的参数化设计设计并撰写设计说明书一份；（2）完成参数化设计软件一份；（3）完成差速器部件的三维建模和装配。

3．主要参考文献《机械设计》高等教育出版社《C++程序设计》清华大学出版社《汽车设计》机械工业出版社4．进度安排差速器的参数化设计摘要：直齿圆锥齿轮广泛的应用于汽车差速器上，由于其形状很复杂, 设计过程中需要计算的参数很多。

一般是先计算其相关参数, 然后在CAD软件中手工造型。

其设计过程复杂繁琐，重复性劳动太多，并且对于同一类型但尺寸不同的圆锥齿轮不能实现模型的自动更新。

如果对CAD软件进行二次开发, 编制专用的圆锥齿轮参数化设计系统则可以解决这个问题。

本设计选择采用UGNX软件，利用UG二次开发工具UG OPEN API和VC++联合开发了汽车差速器圆锥齿轮的参数化实体造型系统, 该系统能够根据输入的参数精确而快速地生成齿轮实体模型，大大提高了设计质量和设计效率。

关键词：差速器，直齿圆锥齿轮，UG，二次开发，参数化Parametric design of differentialAbstract：Straight bevel gears are widely used in differential,because its shape is very complicated,a lot of the design process.Is generally the first to related parameters,and then manually in the CAD softwaremodeling.The design process is complex,repetitive work too much,and t update the same type but sizes of bevel gear can not achieve model.If the two secondary development of CAD software,making the bevel gear parametri design system can solve this problem.This design uses UGNX software,parameterized solid modeling system using the UG two development tool UG OPENAPI and VC++ joint development of automobile differential bevel gear,the system canaccording to the input parameters accurately and quickly generate gear solid model,greatly improve the design quality and design efficiency.Keywords: Differential，Straight bevel gear，UG，Re-develop，Parametric目录1 前言 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2课题研究的目的以及研究内容 (1)1.3本课题研究的主要工作 (2)2 差速器参数化系统 (3)2.1系统开发软件简介 (3)2.1.1 UG软件简介 (3)2.1.2 VC++简介 (3)2.2 UG二次开发技术简介 (3)2.2.1 UG/OPEN API (4)2.2.2 UG OPEN UIStyler (4)3 差速器的设计 (6)3.1汽车差速器的功用及其分类 (6)3.2设计差速器的选型 (8)3.3设计初始数据的来源与依据 (8)3.4差速器结构分析简图 (8)3.4.1差速器结构方案图 (8)3.4.2差速器的结构分析 (9)3.4.3差速器的工作原理 (10)3.5差速器非标准零件的设计 (12)3.6锥齿轮最终设计方案 (15)3.7 差速器壳体的建模 (19)4 差速器的三维参数化建模 (20)4.1直齿锥齿轮的手工建模 (20)4.1.1直齿锥齿轮的建模思路 (20)4.1.2齿轮常用的齿形曲线—渐开线 (21)4.1.3渐开线的形成及其特性 (21)4.1.4绘制思路 (23)4.2绘制过程 (24)4.2.1建立渐开线齿廓曲线 (24)4.3差速器的整体模型 (27)4.4直齿锥齿轮的参数化建模 (28)4.4.1创建人机交互界面——对话框 (28)4.4.2 编写菜单文件 (29)4.5 创建应用程序框架 (30)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录 (37)1 前言1.1课题研究背景差速器作为传动系统的主要部件之一,主要安装在驱动桥内,其各构件的强度和力矩的分配,对车辆的转向性能、通过性和可靠性有决定性的影响。

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：（4）用外插延伸工具延长样条曲线使其与齿根圆相交。

如图：6.画齿形：（1）做齿根圆与渐开线的倒圆角。

如图：（注意倒圆的位置！）（2）用分割工具修剪渐开线。

如图：（橘黄色显示的为保留的一侧）（3）求渐开线与分度圆的交点。

如图：（4）建立一个平面A（通过z轴和渐开线与分度圆的交点）。