基于P r o/E的漸開線變位齒輪參數(shù)化建模

肖時暉， 劉波， 單兵

（株洲市九洲傳動機械設備有限公司 技術部，湖南 株洲 412003）

0 引言

參數(shù)化設計是一種把設計意圖融入計算機輔助設計模型的強大工具，參數(shù)化模型也稱為基于特征的模型，通過參數(shù)、關系和參照元素的方法把設計意圖融入到圖形模型里，可以直觀地創(chuàng)建和修改。Pro/E是完全的參數(shù)化造型系統(tǒng)，也是優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。

在常規(guī)齒輪CAD模型建造中存在兩個問題，一是用樣條曲線近似表達漸開線；二是參數(shù)不同的同類齒輪要反復建造。同時，根據(jù)以往發(fā)表的類似論文可以規(guī)納出兩個問題，一是對齒輪參數(shù)化建模過程講解不夠詳細；二是沒有涉及變位齒輪的問題。在實際齒輪行業(yè)，標準齒輪很少用到，絕大部分為變位齒輪，因此，對變位齒輪參數(shù)化建模的詳細講解由為重要。本文以行星減速機中的漸開線變位直齒圓柱行星輪為例，介紹了漸開線變位齒輪CAD參數(shù)化模型的構建方法，并在Pro/E系統(tǒng)中將其實現(xiàn)，解決了上述問題。該方法對齒輪以及其它常用標準件參數(shù)化模型庫的建立提供了方法參考。

1 漸開線變位齒輪參數(shù)化

以行星減速機中的漸開線變位行星輪為例，詳細講解在Pro/E系統(tǒng)中漸開線變位齒輪參數(shù)化建模的過程。行星輪具體參數(shù)見表1。表中齒輪1用于齒輪參數(shù)建模過程中的實例，齒輪2用于齒輪參數(shù)化模型建立之后修改驗證參數(shù)化正確性實例。

表1

1.1 漸開線變位齒輪參數(shù)化建模

以齒輪1為實例，詳細講解在Pro/E系統(tǒng)中漸開線變位齒輪參數(shù)化建模的過程。

1）創(chuàng)建文件。新建文件方式：雙擊桌面Pro/E圖標→點擊菜單欄文件→新建-類型選擇零件，子類型選擇實體，給零件命名，默認為prt0001，使用缺省模板為末點選狀態(tài)→選擇mmns-part-solid。

2）輸入齒輪相關參數(shù)。確定變位齒輪的參數(shù)為模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)，根據(jù)行星的特征增加了齒寬和內(nèi)孔直徑，同時將齒輪特征的相關及過程中需要使用的尺寸一一輸入，如基圓直徑、齒根圓直徑、分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒頂高、齒根高、全齒高、創(chuàng)建齒輪鏡向平面偏移角度。確定變位齒輪的參數(shù)為用戶輸入欄，其它為關系式確定值。詳細數(shù)據(jù)見圖1。

圖2

圖1

3）輸入關系式。根據(jù)外齒變位齒輪的特征，輸入關系式。齒厚鏡向平面偏移角度theata在變位齒輪中尤為重要，這是區(qū)分標準齒輪的關鍵。標準齒輪

theata=360/（4*z）

變位齒輪

theata=（pi+4*tan（a）*x）/z*（90/pi）

4）草繪4圓。單擊草繪命令→選擇FRONT作為草繪平面→以坐標原點為圓心畫4圓，確定→選擇剛創(chuàng)建的草繪特征右擊選擇編輯→選擇菜單欄信息，然后通過切換尺寸，確保顯示的尺寸為d+編號的尺寸→將特征尺寸與關系式尺寸關聯(lián)起來。

5）創(chuàng)建單齒一側(cè)漸開線。創(chuàng)建曲線→選擇從方程，點擊完成→選擇缺省坐標系→坐標類型選擇笛卡爾坐標系→輸入生成漸開線方程式（見下），保存文件→點擊完成，生成單齒一側(cè)漸開線（效果見圖3）。

angle=t*90

r=d*cos（a）/2

s=（pi*r*t）/2

x1=r*cos（angle）

y1=r*sin（angle）

x=x1+s*sin（angle）

y=y1-s*cos（angle）

z=0

注：t的變化范圍為 0～1。

6）創(chuàng)建齒厚鏡向平面。通過TOP與RIGHT平面創(chuàng)建軸A1→通過生成的漸開線與分度圓創(chuàng)建點PNT0→通過新建的軸與點創(chuàng)建平面DTM1→通過A1與平面DTM1創(chuàng)建平面DTM2，DTM2相對DTM1旋轉(zhuǎn)角度theata，確認完成→點選DTM2，右擊選擇編輯→通過信息菜單欄中的尺寸切換，保證顯示的尺寸為d+編號→將特征尺寸與關系式尺寸關聯(lián)起來。

7）創(chuàng)建單齒齒廓。選擇單齒漸開線齒廓通過鏡向（mirror） 得到單齒另一側(cè)齒廓，鏡向平面為DTM2→漸開線齒廓與齒根圓之間的部分，通過直線與兩者之間連接，直線一端與漸開線相切，一端延伸至相交即可→選擇剛創(chuàng)建的單齒齒廓，通過拉伸創(chuàng)建單齒→選擇剛創(chuàng)建的單齒，右擊編輯，然后通過信息菜單欄中的尺寸切換，保證顯示的尺寸為d+編號→將特征尺寸與關系式尺寸關聯(lián)起來，如圖5、圖6所示。

8）陣列齒輪。通過創(chuàng)建的單齒陣列（pattern）出所有齒→選擇陣列特征，右擊選擇編輯，然后通過信息菜單欄中的尺寸切換，保證顯示的尺寸為 d+編號→將特征尺寸與關系式尺寸關聯(lián)起來（見圖 7）。

9）拉伸圓柱。選擇FORNT平面拉伸圓柱→草繪兩圓，一個圓與齒根圓重合，另一圓小于齒根圓，確定→拉伸選擇至齒一端面，確定→選擇拉伸圓柱特征，右擊選擇編輯，然后通過信息菜單欄中的尺寸切換，保證顯示的尺寸為d+編號→將特征尺寸與關系式尺寸關聯(lián)起來。

10）隱藏特征。將軟件右側(cè)顯示切換到層樹顯示，然后新建圖層，選擇不需要顯示的特征，在齒輪模型創(chuàng)建過程中新建的平面、點、草繪的齒廓、漸開線等是不需要顯示的，建議將其選擇至一個圖層內(nèi)，如LAY0001，自己也可以對其進行命名，點擊確定→點選，右擊選擇隱藏，這時選擇隱藏的特征將不再顯示的圖形顯示界面上，如果希望下次打開文件時隱藏的特征不再出現(xiàn)，需要在選擇隱藏之后點擊層樹區(qū)域欄的空白處，同時右擊鼠標，選擇保存狀態(tài)，保存文件，這樣下次打開文件時，將不再顯示隱藏特征，最后保存創(chuàng)建的齒輪參數(shù)化模型，如圖7所示。

1.2 驗證變位齒輪模型

打開剛創(chuàng)建的齒輪參數(shù)化模型→選擇菜單欄工具欄下面的參數(shù)→輸入齒輪2參數(shù)，點擊確定→創(chuàng)建了齒輪2模型。通過運用可以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)化模型之后，能夠提高設計效率，減少重復建模的時間，如圖8、圖9所示。

2 結語

本文以行星減速機中的漸開線變位行星輪為例，通過建立參數(shù)化模型和尺寸驅(qū)動關系，構建了齒輪參數(shù)化模型，并通過參數(shù)控制，方便快捷地建造不同參數(shù)的齒輪CAD模型。這種齒輪參數(shù)化模型構建方法，解決了常規(guī)齒輪CAD模型建造中不能精確表達漸開線及同類齒輪需要多次重建的問題，體現(xiàn)了參數(shù)化設計思路。通過這種方法，可以根據(jù)各種類型齒輪的特性，創(chuàng)建參數(shù)化模型。

實踐證明，該方法實用有效，為其它常用標準件參數(shù)化模型庫的建立提供了方法參考。

［1］ 林清安.Pro/ENGINEER零件設計［M］.北京：清華大學出版社，2001.

［2］ 孫恒，陳作模.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，1995.

［3］ 楊軍，張萍.基于Pro/E的漸開線齒輪參數(shù)化設計［J］.組合機床與自動化加工技術，2005（10）:16-18.