基于Pr oE5.0直齿圆柱齿轮三维参数化设计
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基于Pr o/E5.0直齿圆柱齿轮三维参数化设计
摘要:本文基于Pro/E5.0的参数化建模特点,以直齿圆柱齿轮为研究对象,通过渐开线方程生产准确的齿槽轮廓,建立全相关的参数化渐开线直齿圆柱齿轮,并为后续的CAE/CAM分析加工奠定了基础。
关键词:Pro/E5.0 渐开线齿轮 参数化设计
3D Parameterized Design for Spur Gear Based on Pro/E5.0 Wu
Peng-fei
Absrtact:Based on the characteristics of the Pro/E5.0 of Parametric
Modeling,to spur gear as the research object,And make accurate outline
by the involute equation,Finally establishment the all relevant parameters
model of involute spur gear,and for the follow-up CAE / CAM analysis
laid the foundation.
Key Words:Pro/E5.0;Involute gear;Parametric Design
齿轮机构可用来传递空间任意两轴间的运动和动力,具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点,是应用最为广泛的一种传动机构。而以渐开线为齿廓形状的直齿圆柱齿轮,运转平稳、传动比恒定,满足了现代机械发展的需要,是各种齿轮机械中应用最广泛的传动件之一。
随着CAD/CAM技术的快速发展,使齿轮的参数化设计成为现实。其中,Pro/E是现阶段主流的CAD/CAM/CAE集成软件,代表了机械设计制造及自动化系列软件的最新发展方法,广范应用于机械、工业设计等相关行业。本文利用Pro/E5.0软件实现齿轮的三维参数化设计,不仅提高了设计的效率和精度、而且为后续的加工打下了良好的基础。
1 参数化设计原理
应用Pro/E5.0进行渐开线直齿圆柱齿轮的参数化设计时,首先要进行参数设计,即确定独立的可变参数,实际中应以最少的参数来确定整个零件的可变尺寸,并可以通过设计的参数方便的实现对设计结果的修改。渐开线齿轮有七个基本参数影响齿轮的性质和尺寸,有模数m、齿数z、分度圆压力角alpha、齿顶高系数ha、齿根高系数hf、齿顶系数c、变为系数x、分度圆螺旋角b;其次,在Pro/E中利用笛卡尔坐标系或圆柱坐标系获得准确的渐开线,并通过镜像、修剪等操作获得完整的齿槽或齿廓形状;最后运用阵列齿槽或齿廓,与齿轮基体进行布尔运算,完成齿轮建模,并通过修改参数,观察重构后的模型,以验证设计是否准确。
2 参数化设计过程
本文采用的建模方式是以齿顶圆为基体,利用扫描切割做出齿廓曲线。
2.1 设置定义参数及添加关系 打开Pro/E5.0软件,新建一个文件,进入工作环境后,点击主菜单上的工具/参数,在弹出的参数对话框输人齿轮的七个基本参数并赋值。输人参数后,点击主菜单上的工具／关系,添加如下关系式:
d=m×z
d为分度圆直径。
db=m×z×cos(alpha)
db为基圆直径。
da=m×(z+2×ha)
da为齿顶圆直径。
df=m×z-2×m×(ha+c)
df为齿顶圆直径。
2.2 参数化建模
步骤1:建立齿轮基体。选择FRONT平面为草绘平面,以坐标原点为圆心,绘制齿顶圆拉伸形,并绘制分度圆、齿根圆,供后续建模参考。
步骤2:生成齿轮齿槽。点击【插入】—【模型基准】—【曲线】—【从方程】,并选择默认坐标系,使用圆柱坐标系建立齿轮渐开线。
db=m×z×cos(alpha) r=(db/2)/cos(t×50)
theta=(180/pi)×tan(t×50)-t×50
z=0
其中t的变化范围是从0～1,t×50表示压力角从0°～50°变化时生成的渐开线。连接圆心与渐开线与齿根圆的交点,并旋转90/z°后为对称线,镜像生成的另一条渐开线,修剪完成单个齿槽创建,最后利用切除特征建立齿槽特征。
其中,对于基圆大于齿根圆时,齿根圆到基圆的部分需要用一段与渐开线相切的线段或圆弧代理,一般采用1/5d的圆弧代替。
步骤3:旋转阵列齿槽,完成齿轮的创建。单击【编辑】—【阵列】—【轴】,选择齿槽,阵列数量为z,完成齿轮的创建。
当变更设计要求时,齿轮的结构参数也会相应的发生变化,利用本文的设计方法,只需进入【工具】—【参数】,修改前述所设计的影响齿轮的参数,模型即可转换为满足要求的齿轮。（如图1～图4)
3 结语
本文首先建立齿轮基体,随后利用Pro/E5.0的方程输入功能,运用齿轮的渐开线方程构建准确的齿槽轮廓,最后通过阵列齿槽完成齿轮的创建。当齿轮参数发生变化时,可通过修改设计参数更新齿轮模型,实现了齿轮的三维参数化设计,提高了设计效率,并为后续的CAE/CAM分析奠定了良好的基础。
参考文献
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