solidwork渐开线解析

基于SolidWorks平台的渐开线齿轮建模

及运动仿真

摘要：SolidWorks软件因其基于windows的有好操作界面、参数化设计、提供开放的API接口等卓越的功能深受广大用户群体的喜爱，目前SolidWorks在国内已跻身于使用人数最多的三维设计软件。而在软件的应用过程中，因为草图功能有限而导致渐开线的齿轮建模对于初学者而言具有一定的难度。本文就基于SolidWorks平台的渐开线齿轮建模的方法做一详细说明并通过齿轮的运动仿真对初学者有抛砖引玉的作用。

引言

齿轮在机械传动设计中是重要的传动零件，它有很多其他传动机构无法比拟的优点，比如传动效率高（一般在0.9 以上），传动平稳（斜齿轮尤为突出），传动力矩大，准确的瞬时传动比，寿命长，而且可以改变传动方向等。这些优点决定了齿轮在动力传动和运动传动中占有不可动摇的地位。而SolidWorks中绘制渐开线齿轮的方法也有多种，不过绘制渐开线齿轮的基本方法还是基于一个完整的齿形轮廓是由其左、右两侧的过渡曲线轮廓,两侧的渐开线轮廓和顶圆轮廓所组成。齿轮的3D模型建立,不管采用何种建模平台,其基本过程是一致的,不外乎先建立

齿形轮廓,后创建轮齿实体,再圆周阵列出所有的轮齿实体并与根圆实体合并成一个完整的齿轮实体。本文就本文就基于SolidWorks平台的渐开线齿轮建模的方法做一详细说明并通过齿轮的运动仿真对初学者有抛砖引玉的作用。

第一章SolidWorks平台渐开线齿轮方法分类

一、利用其他专业软件输入法（如CAXA）；

二、利用SolidWorks中自带插件Toolbox插件绘制；

三、利用方程式驱动曲线绘制渐开线进而绘制；

四、利用程序法参数化绘制；

第二章几种SolidWorks平台渐开线齿轮绘制方法的详细介绍

一、其他专业软件输入法（如CAXA）

对于其他软件绘制完标准齿轮齿廓模型后作为草图直接导入SolidWorks中，再对导入的草图在SolidWorks平台中进行相关的特征操作即可得到希望的齿轮模型。由于此种方法较为简单在这里不做冗述。

二、利用SolidWorks中自带插件Toolbox插件绘制

1. 首先在SolidWorks下拉菜单中选取工具——插件——勾选Toolbox选项，即可出现如图

2.1 的相关选项；

（a）（b）

图1.1

2.虽然现在GB选项中还没有齿轮，但可以利用

其他标准中的齿轮代替。其实其他标准的齿轮与

国标中的齿轮差距不大，只要稍加修改就能得到

想要的国标齿轮，下面就以ISO标准中的齿轮调

用为例介绍

逐一点击设计库——Toolbox——ISO——动

力传动——齿轮就可以得到图2.1（b）所示的基

本库。现在选取正齿轮（国标中的圆柱直齿轮）

为例，将会得到如图2.2所示对话框。对话框中

相关的参数与国标中相对应分别为：模块——模

数；齿数——齿数；压力角——压力角；面宽—

—齿轮厚度；标称轴直径——轴径；键槽——键

槽；类型为齿轮的几种结构形式。

通过一系列相关参数的设置便可以得到希望图1.2

的渐开线圆柱直齿轮。如果没有希望的结构类型，也可以在SolidWorks平台中通过一系列特征操作对齿轮进行编辑从而得到希望的结构形式。其他渐开线齿轮（如斜齿轮、伞齿轮等基本方法类似）。

二、利用方程式驱动曲线绘制渐开线进而绘制齿轮模型

1. 下面就以一个m=3，齿数z=50，齿轮厚度为30的直齿齿轮为例介绍方程式驱动曲线绘制渐开线进而绘制齿轮模型；

2. 根据渐开线齿轮的一些基本特性关联首先确定该渐开线直齿轮的几个基圆等基本尺寸：

分度圆直径D=mz=150；

基圆直径Db=Dcos20°；

齿根圆直径Df=m(z-2.5)=142.5；

齿顶圆直径Da=m(z+2)=156；

为精确绘制渐开线直齿齿轮，基圆直径以方程式标注得到如图2.1所示的与直齿圆柱齿轮相关的各圆：

图2.1

3. 用SolidWorks草图中样条曲线栏中的方程式驱动的

曲线绘制渐开线，如图2.2；

选择参数性；图2.2

渐开线相关方程式为：Xt=Rb(tsint+cost);

Yt=Rb(sint-tcost);

在此，Rb为基圆半径，在SolidWorks中输入方程式时带入相应的值，需要注意的是在输入过程中需要将角度转换为弧度。

根据要求在SolidWorks中输入相关方程式，即可得到如图2.3所示的渐开线：

图2.3

通过圆心绘制一条中心线与绘制的渐开线相交，通过中心线镜像渐开线得到如图2.4所示两相交渐开线。

图2.4

通过剪裁草图得到图2.5所示：

图2.5

根据直齿轮分度圆弦齿厚计算公式s=zmsin(90°/z)，可得分度圆弦齿厚度为s=50x3xsin（90°/50）。如图2.6所示输入

图2.6

通过尺寸与几何关系将图 2.6中齿廓草图完全定义并在齿廓草图根部与基圆之间绘基圆与渐开线相切的圆角如图2.7所示：

图2.7

最后通过SolidWorks软件中的拉伸命令即可得到所需尺寸齿轮的单齿实体模型如图2.8

图2.8

最后通过圆周阵列得到一个完整的渐开线直齿圆柱齿轮如图2.9

图2.9

四、利用程序法参数化绘制

SolidWorks的设计数据均可以通过API接口修改，SolidWorks提供的接口有OLE和COM两种，为用户提供了强大的二次开发功能。具有相关接口的软件（如Visual C++,Visual Basic等）均可对SolidWorks 进行二次开发。用户可以通过这些软件在SolidWorks中定制专用于制作齿轮的插件。并且SolidWorks还内置了宏命令编辑器，使得SolidWorks的二次开发更加简易。

在对SolidWorks二次开发制作齿轮的插件现目前已经开始商业化，如GearTrax就是专门针对齿轮等常用零部件参数化设计而开发的一款插件。使用者仅须对齿轮的基本参数进行设置即可获得相应的模型。

第二章SolidWorks为平台的齿轮运动仿真

一、齿轮仿真装配体的建立

二、齿轮运动仿真