Pro_E参数化设计在渐开线直齿圆柱齿轮设计中的应用

［参考文献］
图6
齿廓 齿槽
8 ） 阵列 齿槽 生成 所 有齿 轮齿 廓 ： 在 模 型 树 中 右 击 刚 创 建 的 特 ［1］ 林清安编著.Pro/Engineer2001 零件 设计高 级篇 （上、 下） .清华 大 征， 在弹出的快捷菜单中选择 【阵列】 命 令， 在 【阵列方 式】 列 表 中选 学出版社， 2003 李冬 梅， 王 景 先 .Pro/Engineer2001 基 础 训 练 教 程 . 清 华 择 【轴】 ， 选择 A_1 轴， 设置 【阵列数目】 为 26， 【阵列角度】 为 360/26。 ［2］ 黄 忠 耀 ， 大学出版社， 2002 阵列结果如图 7 所示。
（6 ） 继续 添加 其余 特 征， 完成齿轮零件的创建。如图 8 所示。
图8
完整的齿轮模型
2
修 改 齿轮 参 数设计 新齿轮
图4
齿槽 对侧 渐开 线
齿廓 渐 开 线
直线段
齿根圆
齿顶圆 齿廓渐开线
直线段
完成 齿轮 的参 数 化设 计之 后 ， 只需对齿轮 参数 进行 修改， 即可 获得新的齿轮。通常可以采用以下 2 种方法来设计新齿轮。 2.1 直接修 改 参 数 值 设计 新齿轮 在 【参 数】 对 话 框 中 直 接修改 齿 轮 的 模 数 、 齿 数、 齿 顶 高系 数 、 顶隙系数等参数值， 再生模型后， 完 成新 齿轮 的 参数 化设 计 。 2.2 利 用 编 程 设计 新齿轮 （1 ） 执行 【工具】 | 【程序】 命 令， 选择 【编辑 设计】 ， 在之 后 出现 的 【程序编辑器】 窗口中的 INPUT 和 END INPUT 语 句 之间 插入 下 列 内 容， 然后保存并退出 【程序编辑器】 窗口 。 M number “请输入齿轮模数： ” Z number “请输入齿轮齿数： ” ha number “请输入齿顶高系数： ” C number “请输入顶隙系数： ” （2 ） 系统 提示 “是 否 将 所 做 的 修改 体 现 到 模 型 中 ” ， 单击 【是】 ， 然 后在 弹出 的 【得到 输 入】 菜 单中 选择 【输 入】 ， 并在 【INPUT SEL】 菜单中选择 【选取全部】 。 （3 ） 根据 系统 提示 分 别输 入模 数 、 齿数 、 齿顶 高系数 、 顶隙 系 数 等 设计 参 数， 完 成新 齿 轮的 参数 化 设计 。
收稿日期： 2010-11-23 作 者简 介 ： 宁湘 （1963—） ， 女， 湖 南省 邵 东 县 人 ， 机械 专 业 高 级 讲 图7 阵列 齿槽 师， 研究方向： 机械产品的参数化设计。
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设计与制造◆Sheji yu Zhizao
X=t*sqrt((da/db)^2-1) y=180/pi r=0.5*da*sqrt(1+x^2) theta=x*y-atan(x) z=0 （5 ） 创建渐开线齿轮轮齿齿廓。 1 ） 在分度圆和渐开线交点处创建基准点 PNT0。 2 ） 在 RIGHT 和 TOP 平面相交处创建齿轮基准轴 A_1。 3 ） 以基 准 轴 A_1 （穿 过） 和 基 准 点 PNT0 （穿 过） 为参照， 创建 基准平面 DTM1。 4 ） 以基 准 轴 A_1 （穿 过） 和 基 准 平 面 DTM1 （偏 移） 为参照， 创 建旋转角度值为 -360/4/26 的基准平面 DTM2。 5 ） 镜像 渐开 线： 以 DTM2 为 镜 像 平 面 ， 完成齿槽对侧渐开线 曲线的创建。如图 4 所示。 6 ） 创 建齿 槽 截 面 ： 单 击 （草 绘 工 具） 按钮， 以 FRONT 平 面 为草绘平面， RIGHT 平 面 （右） 为 草 绘 方向 参 照 ， 完成齿槽截面的 绘制， 如 图 5 所 示。
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图5 草绘齿廓曲线
结语
7 ） 拉伸创建第一个齿轮齿槽： 单 击 （拉 伸 工 具） 按钮， 选择 草 绘平 面为 FRONT， 草 绘 方向 参 照 为 RIGHT （右） ， 以上 面 所创 建 齿廓曲线为截面， 创建齿廓齿槽， 如图 6 所示。
在 Pro/E 环境下， 以渐开线直齿圆柱 齿轮 为研究对象 ， 可以 实 现直齿圆柱齿轮的参数化建模，从而实现了直齿 圆柱 齿轮系列化 设计 。 利用渐开线方程可得到直齿轮精确的渐开线齿廓， 而且由于 建模 过程实现 参 数 化 ， 只 要 修改 齿 轮模 数 、 齿 数 等基本 参 数 ， 就可 以快速 构建 另 一 新 齿 轮 ， 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， 使设计人员从繁重的绘图工作中解脱出来。 直齿圆柱齿轮的三维参数化设计思路和方法 同样 适 用于 圆锥 齿轮及摆线和圆弧等非渐开线齿轮的设计。
Pro/Engineer 是 美 国 PTC 公司 开发 的 优 秀 的 三维 设 计 软件 ， 它以先进的参数化设计， 基于特征设计的实体造型， 便 于移 植 设计 思想 的 特点 ， 全方位地集成零件设计、 产品装配、 曲面造 型 、 模具 设 计、 钣金 设 计、 机 构 运 动和 仿 真 等功 能 ， 以 及 友 好的 软件 用 户 界 面 和符合工程技术人员要求的设计思想等，成为工程设 计 领域 最富 魅 力的 三维 设 计软件 之一， 广 泛 应 用 于 机械 、 电子 、 家电 、 模 具、 航 空等行业。 齿轮在机器中用来传递运动和动力， 改变转速和运动方向。 渐 开线齿轮由于具 有 瞬 时 传 动 比 恒 定 、 工作 可 靠 、 传递 功 率大 、 传动 效 率高 ， 且易 于 制 造 安 装等优点 ， 成 为 现 代机械中 最常 见 、 最具 代 表性的一种传动件。渐开线齿轮的特殊之处在于轮 齿渐开 线的 绘 制，由于在计算机上对零件的虚拟模型进行运动 学和动力 学 仿真 分析以及采用数控机床加工时，零件造型的准确 性直 接影响 分析 结果和加工精度， 因 此， 传统的二维平面设计方式已不 能 满足其设 计的需要，而利用高级三维 设计 软件 Pro/E 可 以突 破性 地 解决 这 一问题。
表1
参数说明 模数 齿数 齿形角 齿顶高系数 顶隙系数 齿顶圆 齿根圆 分度圆 基圆 名称 m Z angle ha C da df d db
图2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
添加 关系 式
参 数列 表
类型 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 数值 3 26 20 1.0 0.25 0 0 0 0
关系式分为 2 个部分： 前 4 个关 系 式为 计算 齿 轮的 基本 圆 （齿 顶 圆、 齿 根 圆、 分度圆和基圆） 尺寸， 后 4 个关 系式将 尺寸 值赋 给 前 面创建的基本圆曲线。 4 ） 单 击 （再 生） 按钮， 齿 轮基本 圆曲 线 的 尺寸 值 将 得到 更 新， 同时 【关系】 对话框中的参数也将得到更新。 （4 ） 创建精确的齿轮渐开线曲线。 1 ） 单 击 （插 入 基 准 曲 线） 按钮， 在 【曲 线 选 项】 菜 单管 理 器 中 选择 【从 方 程】 | 【完 成】 命令， 在 【曲 线 ： 从 方 程】 对 话 框 中 选择 PRT_CSYS_DEF 坐标系， 设置坐标类型为 【圆柱】 。 2 ） 在打 开的 rep.ptd 记事 本 文件 中添 加下 列 渐 开 线 方 程， 然后 保 存并 退出 rep.ptd 记 事本 文件 ， 完 成渐 开 线 曲 线 绘 制 。如 图 3 所 示。
Sheji yu Zhizao ◆设计与制造
Pro/E 参数化设计在渐开线直齿圆柱齿轮设计中的应用
宁 湘
（湖南省娄底市高级技工学校专业教研室， 湖南 娄底 417000 ） 摘 要： 通过 渐开 线标准 直齿 圆柱 齿轮 的参数 化造 型设 计， 介绍了在 Pro/E Wildfire 4.0 环境 中进 行参 数化设 计 的 基本 过 程 ； 利用方 程建 立 渐开线 ， 保证渐开线齿轮齿形的准确性； 通过修改齿轮参数， 可以快速构建得到新的齿轮， 从 而快 速实 现齿 轮的参 数化 设计 。 关键词 ： Pro/E； 参数 化设 计； 渐开线直齿圆柱齿轮； 应用
的正 误， 如图 2 所示。
图1
添加 齿轮 参数
1
Pro/E Wildfire 4.0 平 台 下 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 设 计
d6
d4 d5 d3
过程
（1 ） 选择 【文件】 | 【新建】 命 令， 使 用 mm_part_solid 模 板 建立 新 的实体文件。 （2 ） 创建齿轮基本实体。 使用 （旋转 工具） 按 钮， 以 RIGHT 平 面 为 草 绘 平 面 ， TOP 平 面 （左） 为 草 绘 方向 参 照 ， 创 建 84 mm ×20 mm 的 圆柱 体为 齿 轮 基 体。 （3 ） 创建齿轮的 4 个基本圆： 齿顶 圆 、 齿根 圆、 分 度 圆和 基圆 。 1 ）使 用 （草 绘 工 具）按 钮 ， 以 FRONT 平 面 为 草 绘 平 面 ， RIGHT 平面 （右） 为草绘方向参照， 绘制 4 个任意尺寸的同心圆。 2 ） 设置 齿轮 参数 。 选择 【工具】 | 【参数】 命 令， 在 【参数】 对 话框 中按 表 1 所示 参数 列表添加齿轮的各项参数， 如图 1 所示 。
渐开 线
3 ） 添加 关系 式， 以控制齿轮的基本圆尺寸。 选择 【工具】 | 【关系】 命 令， 在 【关系】 对话框 中添 加 参数 之间 的 关系 式， 各 关 系式 之间 用 回车 键分 开 ， Pro/E 会 自 动 检 查 输 入 关 系
图3
完成的渐开线
机电信息 2011 年第 6 期总第 288 期 27