2022年Pro_EWildfire_中标准渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计 .pdf

设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程2007年第4期Pro /E W ildf ire310中标准渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计张海军1,张广川1,任乃飞2( 1淮安信息职业技术学院,淮安223003; 2江苏大学,镇江212013)摘要:介绍在Pro/E W ildfire 310环境下,实现标准渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计方法和步骤,从原理出发,利用方程建立渐开线,保证渐开线齿轮齿形的准确性。通过改变相关参数及关系式,能够快速地实现齿轮的参数化造型设计和修改定型,同时也解决了渐开线斜齿圆柱齿轮精确造型的难题。关键词: Pro/E;斜齿轮;参数化设计中图分类号: TP391文献标识码: A文章编号: 16713133 (2007) 04009703Param etr ic design of standardinvolute heli cal gears basedon Pro /E W ildf ire 310ZhangHai 2jun1, Zhang Guang 2chuan1,Ren Nai2fei2(1 Huai an College of Information Technology,Huaian 223003, Jiangsu,CHN;2 JiangsuUniversity, Zhenjiang 212013, Jiangsu,CHN)Abstract:D iscussed themethod and steps of the parametricdesign for standard involute helical gears based on Pro/E W ildfire310 based on the principle, using equation upbuild the involute, can ensure consequently that the total profile of involute gearwillbe accurate. Only changing relevant parameters and relational expressions, the design of parameter sculpt andmodifyingthe designcan be realized fleetly, and the problem of accurate sculp t for involute helical gear was s olved.Key words: Pro/E; Helicalgear; Parametricdesign采用数控机床加工渐开线齿轮,首先要进行齿轮的三维造型,齿轮造型的准确性直接影响加工精度。由于渐开线齿轮齿形比较复杂,以往对于斜齿圆柱齿轮的三维造型建模十分繁琐,三维造型软件Pro /E突破性地解决了此问题。在 Pro/E环境下可以根据齿轮传动的基本规律和渐开线齿形的生成原理来进行渐开线斜齿轮的精确造型,同时还能实现斜齿轮的参数化建模 ,从而实现了斜齿轮系列化设计,使设计人员从繁重的绘图工作中解脱出来。使用Pro/E进行的斜齿轮参数化造型,给斜齿轮在机械设计、 制造及CAE中都带来很大方便。实现渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计的难点主要有两点: 1)创建出精确的渐开线曲线 ; 2)建立产品的参数化模型,确定主要参数。1 斜齿圆柱齿轮形成原理1)法面齿廓曲线:齿轮轮廓法面齿廓由2条渐开线曲线齿廓、 2条齿根过渡线、 齿顶圆圆弧和齿根圆圆弧组成 。其中齿根过渡线用近似圆角表示。2)齿廓曲面 :可视为法面齿廓垂直轴线,两端齿廓沿螺旋线(与母线倾斜角等于螺旋角b)的方向扫描混合形成。一个渐开线斜齿圆柱齿轮可看成一个齿廓曲面在基圆柱体上圆周阵列出的Z个齿廓曲面而形成的,转角为360/Z。2Pro /E W ildf ire310平台下斜齿轮参数化设计过程211渐开线斜齿圆柱齿轮的基本参数设计渐开线斜齿圆柱齿轮的基本参数主要有:齿顶高HA、 齿根高HF、 法面模数MN、 齿数Z、 压力角ALPHA、分度圆螺旋角BETA、 齿宽B、 齿顶高系数HAX、 顶隙系数CX、 变位系数X、 分度圆直径D、 基圆直径DB、 齿顶圆直径DA、 齿根圆直径DF。在Pro/E进行齿轮造型时 ,首先设定工作目录进入零件设计模式,打开参79? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 现代制造工程2007年第 4期设备设计/诊断维修/再制造数 对话框 ,依次添加上述齿轮参数。渐开线斜齿圆柱齿轮基本部分是一个圆柱,外形轮廓是渐开线齿廓曲面,这些特征是齿轮类零件的主特征 ,其他如轴孔和键槽等特征则依附在这些特征上 ,称为辅助特征。利用 Pro/E进行斜齿轮造型时,首先按照工程需要进行齿轮的初步设计,定制基本参数 ,其中有 8个基本参数影响齿轮的形状和尺寸:法面模数MN、 齿数Z、 压力角AL PHA、 分度圆螺旋角BETA、齿宽B、 齿顶高系数HAX、 顶隙系数CX、 变位系数X。确定具体参数时分度圆直径、 基圆直径 、 齿顶圆直径、齿根圆直径、 齿顶高和齿根高设置为零,并通过关系式进行计算。这些参数中法面模数MN和齿数Z可任意变化;调整变位系数X、 分度圆螺旋角BETA,可得到变位齿轮和斜齿轮;如果改变齿顶高系数HAX、 顶隙系数CX可以得到短齿、 正常齿齿轮;压力角ALPHA的改变可以满足某些特殊齿轮的要求。总之,为达到齿轮的各项技术要求,就要考虑齿轮各个参数的改变,这些参数与齿轮尺寸、 形状 、 位置之间以各种方程式关联,每个参数的改变都会引起齿廓形状的改变。212绘制齿轮基本圆和设置齿轮关系式通过工具箱中的草绘工具,绘制如图1所示的4个同心圆,作为齿轮的基本圆,并在关系对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、 基圆直径 、 齿根圆直径和齿顶圆直径的关系式:HA = (HAX + X)3MN图1 齿轮基本圆HF = (HAX + CX - X )3MND =MN3Z/COS (BETA)DA =D +23HADB =D3COS(ALPHA )DF =D - 23HFD0 =DD1 =DAD2 =DBD3 =DF213创建齿轮渐开线齿廓在工具箱中单击基准曲线工具,选择利用方程建立曲线 ,选择缺省坐标系PRT2 SYS2 DEF, 设置坐标类型为 笛卡尔,打开记事本窗口,添加渐开线方程式:R =DB /2THETA = T345X =R3cos( THETA ) +R3sin( THETA )3THETA3PI/180Y =R3sin( THETA ) - R3cos( THETA )3THETA3PI/180Z = 0镜像渐 开线 ,两条渐开线 之间 的夹角 为360 /( 23Z) ,完成后其图形如图2所示 。渐开线创建完成后 ,需要进一步添加过渡曲线,以形成如图3所示的齿廓曲线,并将得到的齿廓曲线通过复制 /移动的方法 ,形成齿轮的另一端齿廓。图2 镜像后的渐开线图3完整的齿廓曲线214渐开线斜齿圆柱齿轮造型以拉伸方式创建齿根圆实体特征,以分度圆直径创建一个拉伸曲面,并通过投影方式在该曲面上创建一条螺旋线。在主菜单中选择插入 /扫描混合 /伸出项选项,在弹出的混合选项菜单中分别选择选取截面、垂直于原始轨迹和 完成选项 ,选取两端齿廓曲线作为混合截面,选取刚才创建的螺旋线作为扫描轨迹,完成第1个轮齿的创建,结果如图4所示 。然后使用轴阵列的方式,在圆周方向阵列出Z个轮齿,最后添加修饰特征,完成后的齿轮如图5所示 。图4创建第1个轮齿图5完整的齿轮模型215修改齿轮参数在造型过程中,需要不断地将产生的关系通过工具 / 关系添加到程序中,大部分参数由Pro/E自动记录到程序中,也可以对其进行编辑修改。本文实例中所用关系为:HA = ( HAX + X)3MNendifHF = ( HAX +CX - X )3MNif HAX = 1D1 =DAD420 = 01383MND2 =DBendif89? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程2007年第4期D3 =DFif HAX = 1P535 = Z - 1D412 = 01383MN通过 参数 对话框,修改其中的参数,再生成模型 ,即可更改设计结果。 设计中可将齿轮齿数从30改为60,结果如图 6所示 ,图中隐藏了最后设计的装饰结构。图6齿数更改前后对比图3 结语本文介绍在Pr o /E W ildfire 310平台下标准渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化设计方法,其方法 、 步骤可用于其他零件的参数化设计。在 Pro/E软件环境下编辑渐开线方程得到斜齿轮齿廓,是精确的渐开线,而且由于建模过程实现参数化,只要修改齿轮模数、 齿数 、 压力角 、 螺旋角等齿轮参数,就可以快速构建得到另一齿轮零件,不仅设计效率高,而且齿轮的齿形准确,能更好地为后续齿轮机构的动态仿真、 干涉检验 、 有限元分析以及NC加工服务 。参 考 文 献: 1 徐平,高奇,蒲志新. Pro/E W ildfire210中标准渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计 J .现代制造工程,2006 (4) : 55 - 56. 2 谭雪松,朱金波,岳贵友. Pro /Engineer机械设计实战训练M .北京:人民邮电出版社, 2004. 3 余梦生,吴宗泽.机械零部件手册M .北京:机械工业出版社, 1996. 4 韦建召,晋刚,瞿金平.基于Pro/E的斜齿轮参数化造型的创建 J.现代制造工程, 2004 (10) : 33 - 35. 5 景仁坤,王三武,余旭阳.基于Pro/E的渐开线圆柱齿轮建模 J.现代制造工程, 2004 (11) : 43 - 45. 6 林清安. Pro /Engineer2001零件设计高级篇(上 、 下)M .北京:清华大学出版社, 2003. 7 黄忠耀,李冬梅,王景先. Pro /Engineer2001基础训练教程M .北京:清华大学出版社, 2002.作者简介:张海军,硕士研究生,主要研究方向: CAD /CAM技术、 数控技术应用。E2mail: post masterqgoto. com收稿日期: 2006211229(上接第92页 )(125 ) : 141 - 146. 2Leung Y, Gao Y, Xu Z B. Degree of populati on diversi2ty a perspective on pre mature convergence in gentic al2gorithmandits M arkovchainanalysis J .IEEETrans.on Neural Networks, 1998, 8 (4) : 150 - 161. 3 徐宗本,高勇.遗传算法过早收敛现象的特征分析及预防 J .中国科学, 1996, 26 (4) : 364 - 370. 4 岳明君,蔡兰蓉,张华波.非标压力机箱形主梁全约束优化设计 J .现代制造工程, 2005 (2). 5De Jong K. The Analysisof the Behavior of A Class ofGenetic Adap tive Syste m s . Ph . D.thesis . UniversityofM ichigan, AnnHarbor.D issertation AbstractInterna2tional, 36 (10) , 5140B. (UniversityMicrofilm sNo 76 -9381). 1975. 6Doldberg D E.Genetic A lgorithm s in Search, optim iza2tionand MachineLearning.Reading, MA:Addis on2W esley, 1989. 7 Holland J H.Adap tation in Naturaland A rtificialSys2te m s . 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