基于CATIA的渐开线圆柱齿轮的零件库的建立

基于CATIA的渐开线圆柱齿轮的零件库的建立
费上宝
【摘要】运用CATIA三维CAD软件建立了渐开线圆柱齿轮的参数化模型,并建立了渐开线圆柱齿轮的零件库,使渐开线圆柱齿轮建模一劳永逸.
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2011(000)005
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】CATIA;圆柱齿轮;参数化建模;零件库
【作者】费上宝
【作者单位】武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武
汉,430070
【正文语种】中文
0 引言
在实际工程的设计中，通常，首先把组成产品的各个零部件用三维软件进行建模，之后进行三维模型实体装配，对装配机械进行仿真和优化，对产品的性能进行测试改进，最后把产品投入生产。

在装配实践中经常要用到一些标准件和常用件，标准件和常用件在不同的产品装配中都会用到，如果每次都进行建模，需要反复查阅手册以确定零部件的标准外形与尺寸，耗费了大量的时间，设计效率低。

随着科学技术的发展，机械设计的复杂性、精度要求、快速性要求都在逐步地提高，给传统的
机械设计方式提出了更高的要求。

为提高设计效率，需要结合三维CAD软件研究开发三维标准零件库［1］。

渐开线圆柱齿轮是汽车中最常见的一种传动机构，广泛地用于减速器及汽车的变速箱中，是最具代表性的一种齿轮［2］，为避免重复建立渐开线圆柱齿轮模型，提高设计效率，笔者在结合三维CAD软件CATIA的基础上，研究建立了渐开线圆柱齿轮的零件库。

1 三维软件CATIA简介
CATIA是由法国Dassault公司开发的集CAD/CAE/CAM于一体的优秀三维设计系统，在机械、电子、航空、航天和汽车等行业获得了广泛应用。

CATIA是智能化、数字化三维设计软件，它具有基于特征的参数化实体造型、高级曲面设计 (ASU)、装配设计(ASS)、装配模拟 (Fitting Simulation)、
Drafing(DRA)、Draw-space(2D/3D)、整体外形修形 (GSD)、
Intergration(GRS)、3D参数化变量造型器 (PA3)、IGES集成接口、STEP AP214接口等一系列先进的三维设计功能及工具，将2D绘图与3D造型技术融为一体，为PC机上实现CAD/CAM的集成提供了条件。

2 渐开线圆柱齿轮的参数化建模
参数化设计的功能是将隐式的设计实践转化为潜入整个设计过程的显示设计，设计者通过定义特征、公式、规则与检查，从而产生参数、方程、设计表格等对象，设计过程与用户定义的参数化顺序有关。

参数化设计的特点为［3］:
(1)约束:用一定的规则或限制条件，建立和规定各元素之间的关系。

(2)驱动尺寸:在建好约束的前提下，修改某一尺寸参数，程序将自动检测和计算新要求的参数量，从而驱动修改几何模型。

(3)数据相关:通过修改尺寸参数将改变其他相关模块中的相关尺寸。

(4)基于特征的设计:将某些重要的平面几何形状定义为特征，并将其尺寸存为可调
参数，用来形成实体，并以此为基础进行复杂的几何形状构造。

2.1 基本思路
斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，就是斜齿圆柱齿轮两端端面旋转了一个角度，如果旋转角度为零，那这个斜齿圆柱齿轮就是一个直齿圆柱齿轮了，因而直齿圆柱齿轮就是螺旋角为零的特殊斜齿圆柱齿轮。

因此，我们可以将直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮用同一个画法画出来，只改变一下参数 (为端面的参数)就可以输出不同的直齿或者斜齿的齿轮，大概思路如下［4］:
(1)首先用formula输入齿轮各参数的关系;
(2)画出齿轮齿根圆柱坯子;
(3)通过输入的公式得出一个齿的齿廓;
(4)在曲面设计模块下将齿廓平移到坯子的另一端面 (通过平移复制一个新的齿廓到另一端面);
(5)将新的齿廓旋转到特定角度;
(6)多截面拉伸成形一个轮齿;
(7)环形阵列这个轮齿。

这样，渐开线圆柱斜齿轮就画完了。

2.2 关键步骤
对渐开线圆柱齿轮进行参数化建模，就是将如表1所示的齿轮的一些重要的端面参数进行参数化，当需要不同类型渐开线圆柱齿轮时，只需要改变这些参数的值即可，这样有利于产品的快速设计与优化，提高效率。

基于参数以外的参数及其在CATIA中的表达式如表2所示。

表1 齿轮端面参数20模数 m 4压力角 a 20 deg齿厚 depth 18 mm螺旋角 beta 18 deg中心圆半径 k名称参数数值单位齿数 z 15 mm
表2 齿轮基于参数以外的参数中的表达式齿顶圆半径 rk r+m名称参数 CATIA
齿根圆半径 rf r－1.25·m分度圆半径r m·z/2基圆半径rb r·cos(a)
如图1所示，利用CATIA参数编辑器f(x)，输入相应的参数。

图1 参数及公式输入框
齿轮渐开线参数及CATIA中的表达式如表3所示。

如图2所示，利用函数编辑器输入渐开线关系表达式。

表3 渐开线参数及表达式中的表达式渐开线任意一点的滚动角名称参数 CATIA t t渐开线直角坐标系X轴坐标x rb·sin(t·PI·1 rad) －rb·t·PI·cos(t·PI·1 rad)渐开
线直角坐标系Y轴坐标y (rb·cos(t·PI·1 rad))+((rb·t·PI)·sin(t·PI·1 rad))
图2 函数编辑器框
利用CATIA中线框和曲面建模模块及part design零件设计模块建立几何模型，
几何模型如图3所示。

图3 几何模型
3 渐开线圆柱齿轮零件库的建立
3.1 基本参数设计表的建立
利用模块建立基本参数设计表，如表4所示，在表的第一列要插入PartNumber 列。

然后通过在关联设置框中设置，将表中的参数与模型中的参数关联起来［5］，关联设置如图4所示。

表4 基本参数设计表PartNumber z m a d epth beta k M1 30 4 20 deg 18 mm 18 deg 15 mm M2 25 4 20 deg 20 mm 18 deg 15 mm M3 30 4 20 deg 30 mm 18 deg 15 mm
图4 关联设置框
3.2 零件库的建立
利用库 (catlog)编辑器，建立零件库如图5所示。

图5 零件库
图6 零件库浏览器
零件库建立完毕后，利用库 (catalog)浏览器即可查看零件库，库 (catalog)浏览器如图6所示。

4 结论
运用CATIA软件对渐开线圆柱齿轮进行了参数化建模，并建立了渐开线圆柱齿轮的零件库。

当需要不同的渐开线圆柱齿轮时，只需要改变这些参数即可，这样有利于产品的快速设计与优化，提高了工作效率。

参考文献:
【相关文献】
【1】王晓晶，李庆华．三维标准零件库的研究与开发［J］．长春大学学报，2006，16(6):7 －39．【2】陈方．双被齿驱动后桥的研究［D］．武汉:武汉理工大学，2010．
【3】李咏红，杜平安．面向对象的参数化CAD二次开发方法研究［J］．电子科技大学学报，2004，33(5):597 －599．
【4】詹熙达．CATIA V5产品设计实例教程［M］．北京:机械工业出版社，2008．
【5】彭春雷，吴雪飞．基于CATIA零件库的建立［J］．机械研究与应用，2006，19(2):118 －119．。