齿轮的造型设计过程
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。
使用GearTrax快速进行齿轮设计
使⽤GearTrax快速进⾏齿轮设计
使⽤GearTrax快速进⾏齿轮设计
来源：智诚科技 | 作者：智诚科技 | 返回主页
GearTrax是⼀个可以⽅便地设计实体齿轮的SolidWorks插件，主要⽤于精确齿轮的⾃动设计和齿轮副的设计，通过指定齿轮类型、齿轮的模数和齿数、压⼒⾓以及其它相关参数，GearTrax可以⾃动⽣成具有精确齿形的齿轮。
为⼯程师提供了⼀种简单易⽤的、在SolidWorks内部就可完成的驱动零件实体造型⼯具。
可以设计的齿轮类型包括直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、链轮、渐开线齿形、带齿轮、蜗轮蜗杆、花键、V带轮等。
我们⾸先介绍⼀下直齿轮的设计，下⾯就以下表所给参数来设计这⼀组齿轮
⾸先我们先启动GearTrax，对于GearTrax的启动，我们可以从开始菜单启动，也可以将其作为SolidWorks的⼀个插件载⼊SolidWorks，载⼊⽅法：启动SolidWorks后，选择"打开"，在⽂件类型中选择Add-Ins类型，再选择GearTrax2008.dll即可，如下图所⽰，这样我们就可以在插件栏中找到GearTrax。
启动GearTrax后,界⾯如下图所⽰，
从此界⾯我们可以看出，我们只需将齿轮参数输⼊，GearTrax会⾃动⽣成相应的齿轮。
⾸先我们输⼊⼤齿轮的参数，按照下图所⽰步骤顺序，输⼊各项参数，当参数输⼊或修改时，界⾯下⽅的预览也会发⽣相应的变化。
点击完成后，得到下图所⽰的⼤齿轮
我们再按照下图所⽰步骤顺序，输⼊⼩齿轮的参数,
点击完成后，得到下图所⽰的⼩齿轮
最后我们将⼤⼩齿轮做成装配体，根据传动⽐做出下⾯齿轮啮合动画。
齿轮零件的分类及特点分析
照，然后在“旋转”文本框中输入“ 90/z”，最后单击
按
钮。
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8.2 齿轮零件创建过程
（9）镜像渐开线。在工作区中选择已创建的渐开线齿廓曲线，
然后单击右工具箱中的
按钮，选择DTM2作为镜像平面。单击
按钮后完成另一侧轮廓线的创建。最后的结果如图8.21所示。
6. 创建齿坯实体特征
对话框。选择图8.14中的曲线1、曲线2作为基准点的放置参照（选
择时按住Ctrl键），最后单击
按钮。
（6）创建基准轴A 1。在右工具箱中单击
按钮打开“基
准轴”对话框，选取TOP和RIGHT基准平面作为放置参照（选择时按
住Ctrl键），创建过两平面交线的基准轴A_1，最后单击
按钮。
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（1）在右工具箱中单击
按钮打开设计图标板，在图标板
中单击
按钮，系统自动弹出“草绘”对话框，选择FRONT作
为草绘平面，其他设置接受系统默认参数，最后单击
按钮
进入二维草绘模式。
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8.2 齿轮零件创建过程
（2）在右工具箱中单击
按钮打开“类型”对话框，选择
其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图8.22所示的曲线1，
（4）在右工具箱中单击按钮
，在拉伸特征工具栏中选择
“双侧拉伸”按钮 和“去除材料”按钮
。然后在图标
板中单击
按钮，打开“草绘”对话框，选择基准平面DTM4作
为草绘平面，在草绘平面内绘制图8.42所示的图形，拉伸长度为20，
创建键槽结构。
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8.2 齿轮零件创建过程
（5）在右工具箱中单击
各种齿轮的加工原理
各种齿轮的加工原理一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。
为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。
齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。
无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。
无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。
但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。
齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。
按其加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。
这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9~10 级精度的齿轮。
此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。
因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。
展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。
齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。
用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。
其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。
展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。
一、滚齿（一）滚齿的原理及工艺特点滚齿是齿形加工方法中生产率较高、应用最广的一种加工方法。
在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理，相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合，见图9-24 所示。
滚齿加工的通用性较好, 既可加工圆柱齿轮，又能加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工大模数齿轮，大直径齿轮。
滚齿可直接加工8~9 级精度齿轮，也可用作7 级以上齿轮的粗加工及半精加工。
滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度较粗。
齿轮工艺流程
齿轮工艺流程
齿轮是机械传动中常见的零部件，其工艺流程对于齿轮的质量和性能起着至关
重要的作用。
下面将介绍齿轮的工艺流程，包括材料选择、加工工艺、热处理和精加工等内容。
首先，齿轮的材料选择至关重要。
常见的齿轮材料包括碳素钢、合金钢和不锈
钢等。
在选择材料时，需要考虑到齿轮的使用环境、传动功率和工作温度等因素，以确保齿轮具有足够的强度和耐磨性。
接下来是齿轮的加工工艺。
齿轮的加工工艺通常包括车削、铣削、磨削和齿轮
切削等工艺。
在进行加工时，需要根据齿轮的尺寸、精度要求和齿轮的类型选择合适的加工工艺，以确保齿轮的加工质量。
然后是齿轮的热处理工艺。
热处理是提高齿轮硬度和耐磨性的重要工艺环节。
常见的热处理工艺包括淬火、渗碳和表面强化等。
在进行热处理时，需要控制好加热温度、保温时间和冷却速度，以确保齿轮具有良好的组织结构和性能。
最后是齿轮的精加工工艺。
精加工是保证齿轮精度和表面质量的关键环节。
常
见的精加工工艺包括滚齿、磨齿和齿面修形等。
在进行精加工时，需要控制好加工参数，确保齿轮的精度和表面质量达到要求。
总的来说，齿轮的工艺流程包括材料选择、加工工艺、热处理和精加工等环节，每个环节都对齿轮的质量和性能起着至关重要的作用。
只有严格控制每个环节，才能保证齿轮具有良好的工艺性能，满足不同工况下的使用要求。
正交变传动比面齿轮的设计及三维造型_林超
湖 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） （ ） ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ Ｊ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ４ １， Ｎ ｏ ． ３ Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ４
ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ３ ＤＭ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ Ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ Ｄ ｇ ｇ ｇ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏ Ｆ ａ ｃ ｅ Ｇ ｅ ａ ｒ
， ， Ｌ Ｌ ｓ Ｉ Ｎ Ｃ ｈ ａ ｏ Ｉ Ｓ ｈ ａ ｈ ａ Ｇ ＯＮＧ Ｈ ａ ｉ －
轮节曲线所在圆柱齿轮的半径 ， θ θ １， ２ 分别为非圆齿 轮、 正交变传动比面齿轮转角 ．
而非圆锥齿轮副的 设 计 与 加 工 相 当 困 难 ， 正交变传 动比面齿轮副是在深入研究非圆锥齿轮副的基础上 设计的 ， 由一个非圆柱齿轮和特殊非圆锥齿轮 （ 变传 动比面齿轮 ） 组成 ． 与 非 圆 锥 齿 轮 副 相 比， 正交变传 动比面齿轮副的最 大 特 点 是 设 计 与 加 工 更 简 单 ， 可 以利用现有的机床 和 刀 具 对 其 进 行 加 工 ， 易实现批 量生产 ． 正交 变 传 动 比 面 齿 轮 在 纺 织 机 械、 农用机 械、 工程机械 、 汽车 等 场 合 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 ， 所 以对正交变传动比面齿轮的研究有很重要的理论意 义和工程应用价值
５ ０
自然科学版 ） 湖南大学学报 （
０ １ ４年 ２
面齿轮传动是一种圆锥齿轮与圆柱齿轮相互啮 １］ ， 圆锥齿轮（ 合的齿轮传动 ［ 面 齿 轮） 采用直齿渐开 线齿轮刀具经范成 加 工 而 成 ． 常见的面齿轮按传动 位置关系可分为正交 、 非正交 、 偏置正交和偏置非正
变位齿轮的精确参数化造型设计
β（ ｐ） ＝ ｍ ＊（ ３．１４１５９２６ ／ ２ ＋ ２ ＊ ｘ ＊ Ｔａｎ（ ２０ ＊ ０．０１７４５３２９２） ） ／ ｒ －
２ ＊ （ Ｔａｎ （ α（ ｐ） ） － α（ ｐ） － Ｔａｎ （ ２０ ＊ ０．０１７４５３２９２） ＋ ２０ ＊
０．０１７４５３２９２）
ｕ（ ｐ） ＝ ｄｂ ＊ Ｓｉｎ（ β（ ｐ） ／ ２） ＊ ０．５ ／（ Ｃｏｓ（ α（ ｐ） ） ＊ １０００）
（ ｎ） ） ／ １０００ － （ （ ａ － Δ） ／ Ｓｉｎ（ θ（ ｎ） ） ＋ ρ） ＊ Ｓｉｎ（ θ（ ｎ） － φ（ ｎ） ） ／ １０００ Ｎｅｘｔ ｎ ／／循环语句求过渡曲线上各点坐标， 本文取 ６ 点 Ｒ０ ＝ Ｓｑｒ（ ｘ（ ０） ＊ ｘ（ ０） ＊ １００００００ ＋ ｙ（ ０） ＊ ｙ（ ０） ＊ １００００００） ／／计算
分 析 等 具 有 重 要 意 义 ， ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 环 境 下 用 样 条 曲 线 拟
合齿廓曲线， 依靠足够的点数达到精确轮廓。
１ 变位齿轮过渡曲线方程建立
齿廓两侧曲线由渐开线和过渡曲线组成， 齿根过渡
曲线由刀具的圆角部分切出。不同的刀具加工齿轮及加
"
ｂ
工方法， 得到种类不 同的过渡曲线； 同一
!Ｋ ２
（ ６）
ｖＫ＝ｒＫｃｏｓ
!Ｋ ２
利用式（ ２） 先求出齿顶圆压力角 "ａ、渐开线与过渡曲 线交点处压力角 "ｆ， 然后将（ "ａ－ "ｆ） 分成 ｐ 等分， 再利用 式 （ ５） 、（ ６） 计算出 !Ｋ、ｕＫ、ｖＫ。 ３ 基于 ＳｏｌｉｄＷｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 应 用 接 口 技 术 对
过渡曲线与渐开线交点处半径
圆柱齿轮减速器的三维造型设计
品 分 析 和 产 品 制 造 ）打 下 了 基 础 。
３－Ｄ ｏｄ ｌ ｏ ｒｓ ｏ ｄ ｅ ｓｎ ｏ Ｅ．Ｗ ｅ ｍ ａ ｅ ｔ ｅ ｖ ｒ ｕ ｓｅ ｂ ｙ ｏ ｅ ｕ ｅ ，ａ ｎ ｓ ｅ ｈｅ ３－Ｄ ｏ ｅ ｆ ｔ ｅ ｗｈｏ ｅ ｒ ｄ ｅ ． ｍ ｅ ｆｐａ ｔ ｆ ｒ ｕｃ ｒ ｕ ｉ ｇ Ｐｒ ／ ｅ ｄ ｈ ｉｔ ａ ａ ｓ ｍ ｌ ｆ ｒ ｄ ｃ ｒ ｎｄ ｆ ｉ ｈ ｄ ｔ ｌ ｉ ｍ ｄ ｌｏ ｈ ｌ ｅ ｕｃ ｒ Ｔｈ ｓｉ ｈ ａ ｉ ｏｆＣｏ ｉ ｓ ｔ ｅ ｓｓ ｍｐｕ ｅ ｉ ｅ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｔ ｒ ａｄ ｄ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｃｏｍｐ ｅ ｉ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｒｎ ｕｔ ｒ ａｄ ｄ ｍａ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ． Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｕ ｅ ； ｓ ｌｄ ｍ ｏ ｅ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｄ ｃ ｒ ｏ ｉ ｄ ｆ ｇ； ｖ ｒｕ ｓ ｅ ｂ ｙ ｉ ｉ ｔ ａ ａｓｍ ｌ ｌ
Ｖｏ１ ， ． ． Ｎｏ４ ２４ Ｊｕｙ． ０１ ｌ， ２ １
圆柱 齿 轮 减 速 器 的 三维 造 型 设 计
韩 燕 ，王 宏莲
（ ． 州 市 花都 区理 工 职 业 技 术 学 校 ，广 东 广 州 ５ ０ ０ ；２ 广 州市 轻 工 高 级 技 工 学 校 ，广 东 广 州 ５ ０ ２ ） １ 广 １ ８０ ． １ ２ ０
ＨＡＮ ｎ ． Ｗ ＡＮＧ ｎ －Ｌｉｎ Ｙｏ Ｈｏ ｇ ａ
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齿轮的造型设计过程
1． 添加方程式，定义参数，添加整体变量
单击工具栏中的
按钮，添加如下方程式：
3m = ｍ—模数
20z = ｚ—齿数
z m d *= ｄ---分度圆直径 ()2*+=z m da da---齿顶圆直径
()5.2-z m df *= df---齿根圆直径
m *=πp p---齿距
20=B B---齿宽
2
1p p = m r *=2.0 51d r = 35
1d h = 2． 绘制图形：﹙1﹚绘制以df 为直径，B 为高度的圆柱体。
﹙2﹚绘制齿轮轮齿。
﹙3﹚阵列轮齿。
3． 为每一个参数改名，添加方程式（将图形显示成线框状）：﹙1﹚对于草图的参数先编辑草图，右击某一尺寸，在弹出的快捷菜单中选择属性，系统弹出尺寸属性对话框，将名称框中的名称改为需要的名称后，单击确定按钮，退出尺寸属性对话框。
双击尺寸，在弹出的“修改尺寸” 对话框中，单击下拉列表，选择添加方程式，系统弹出“添加方程式”对话框，在等式后面输入参数名称。
单击两次确定。
单击确认角确认按钮，退出草图。
﹙2﹚对于特征参数，双击Feature Manager 特征设计树中的某一特征，显示其尺寸，这样就可以修改名称和添加方程式，修改名称和添加方程式的方法，与草图的参数相同。
4． 改变特征参数﹙设计树中的Z ，m ,B ﹚的大小，回车两次。
单击“重建模型” 按钮，
可显示改变参数后的模型结果。