PROE4.0齿轮3D快速建模探讨

PROE4.0齿轮3D快速建模探讨
摘要：以机械设计中常见的齿轮为例，探讨了如何在集
cad/cae/cam功能于一体的综合性三维工业设计proe软件中快速进行3d齿轮建模，以简化操作步骤，提高建模效率。

在对现有建模方法分析的基础上，提出了用拉伸等基础特征命令完成3d齿轮建模的思路和方法，以便达到快速建模要求。

关键词：齿轮 3d建模 proe4.0软件
proe4.0软件集产品设计、功能仿真、加工制造和数据管理等功能于一体，广泛用于机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、电子、家电、玩具等行业，国内越来越多的企业使用proe软件来进行产品设计和加工，深受企业技术人员和在校学生青睐。

但proe4.0 软件功能强大，模块众多，学习起来颇不容易。

如何提高讲课效果，如何以最简洁的语言讲述模型绘制方法，如何以最简化的步骤演示零件造型过程，显得十分必要。

本文以机械设计中常见零件之一齿轮为例进行探讨。

齿轮是机械传动中重要的零件，广泛用于减速器、机床、汽车等产品中。

齿轮的3d建模设计一直是企业技术人员和在校学生不得不面对的一项任务。

但很多专业书籍中介绍齿轮的建模，步骤多且繁琐，有的甚至用曲面特征来做，读者不易掌握。

本文齿轮造型设计教学过程中，直接用曲线和拉伸等基础特征来做，步骤简单，概念清楚，学生很容易掌握。

一、齿轮主要参数及几何尺寸计算
以本齿轮为例：渐开线标准直齿圆柱齿轮，模数m=3（毫米），齿数z=20（个），压力角α=20°
齿轮几何尺寸：分度圆直径 d = mz = 3*20 = 60（毫米）
齿顶圆直径 da = m（z+2）=3*（20+2）= 66（毫米）
齿根圆直径 df = m（z-2.5）=3*（20-2.5）= 52.5（毫米）
基圆直径 db = mz*cos20 = 3*20*cos20 = 60*cos20 =56.38（毫米）
齿轮厚度 b =20（毫米）
齿轮孔径 d1=25（毫米）
二、渐开线标准直齿圆柱齿轮三维造型设计思路
先草绘4条曲线：分度圆线、齿顶圆线、齿根圆线、基圆线；接着绘制一条渐开线曲线，并镜像得到一个齿形轮廓线；再用拉伸命令切出齿槽，然后阵列全部轮齿；最后完成其他特征建立。

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮三维造型设计方法和步骤
（1）用草绘曲线命令绘制4条基准线：齿顶圆线、齿根圆线、分度圆线、基圆线；
（2）通过方程建立渐开线曲线：
在记事本中输入渐开线方程：
m=3，z=20，r=30*cos（20），theta=t*90，
x=r*cos（theta）+r*sin（theta）*theta*（pi/180）
y=r*sin（theta）-r*cos（theta）*theta*（pi/180）
z=0
（3）创建齿轮毛坯3d实体：用拉伸加材料命令创建齿轮毛坯3d 实体模型；
（4）用拉伸减材料命令按以下步骤在齿轮毛坯上切出一个齿槽：a. 过渐开线曲线内侧端点作一直线（直线长超过最内一个圆线即可）与渐开线曲线相切；
b. 过圆心点o和渐开线与分度圆线的交点作一条中心线oa；
c. 过圆心点o作一条中心线ob，使ob线与oa线夹角为4.5°；（图一）
d. 以ob为对称中心线，将渐开线曲线和上面 a 步骤作的直线镜像，并经编辑后得到一个齿形线；（图二）
e. 用拉伸特征命令，按齿形线切出一个齿槽。

（5）将所有曲线隐藏。

（6）阵列齿槽，得到所有轮齿。

（7）用拉伸特征命令创建齿轮键槽特征，建模后的齿轮如图三。

四、结语
proe4.0中齿轮的建模方法较多，本文利用拉伸基本特征命令对渐开线直齿圆柱齿轮进行建模，设计思路清晰，设计步骤简单，是一种合理且非常适用的齿轮设计方法，对于企业工程技术人员和在校学生学习proe4.0齿轮的建模，具有十分重要的借鉴意义。

参考文献：
[1]刘良瑞张蓉. pro/engineer wildfire 4.0 应用教程（第二版）. 大连理工大学出版社.
[2]王立新等.pro/engineer wildfire 4.0 中文版标准教程.清华大学出版社.
[3]杨茂东.pro/engineer wildfire 4.0 中文版基础教程.人民邮电出版社.。