catia实体建模的方法

catia实体建模的方法

发表时间:2013-01-18 08:05 来源:mfcad 作者:daomi 点击: 5次1 引言

随着CAD软件应用的推广，设计人员操作CAD软件的熟练程度也不断提高。但如何高效设计开发产品仍是当前设计人员考虑的问题。使用一种软件进行高效设计是有点难度的，比如复杂的渐开线齿轮齿型建模，目前大多数三维建模系统都不能直接生成齿轮的三维齿廓，一些低端的CAD软件在生成齿形齿廓这一关键步骤时，都是根据给定的齿轮参数，通过β样条曲线等来拟合渐开线。β样条曲线等是由函数关系式所生成的点来控制的，因此这样的样条曲线只是近似的渐开线。但如果利用辅助设计软件CAXA中的高级曲线进行齿轮的二维图形设计，给CATIA实体建模软件提供了精确的二维草图，就可以快速生成齿轮实体模型。本文将以往制作齿轮方法与同时使用两种软件结合设计的方法进行对比，来说明结合使用多种软件设计制作的优越性。

2 齿轮的重要参数

普通的渐开线齿轮有7个基本参数影响齿轮的形状和尺寸：模数m、齿数z、分

度圆压力角d、齿顶高系数h

a 、齿根高系数h

f

、齿顶系数c；、变位系数x、分

度圆螺旋角β(参数之间的关系如图1)。这些参数中m、z可任意变化；调整x、

h f 、β参数可得到变位齿轮和斜齿轮；如果改变h

a

、c可以得到短齿、长齿齿轮；

压力角α的改变可以满足某些特殊齿轮的要求。总之，为了达到齿轮的各项技术要求，就要考虑齿轮各个参数的改变，这些参数与齿轮尺寸、形状、位置之间以各种方程式关联，每个参数的改变都会引起齿轮的改变。

3 渐开线齿轮的生成

3．1 方案1

第一步，生成渐开线齿轮样板在CAXA中选择菜单栏的绘制→高级曲线→选择齿轮，进入渐开线齿轮齿形参数对话框，如图2。

在对话框中键入设计参数：直齿圆柱齿轮齿数z=25，模数m=4，压力角仅=20°，变位系数x=0，由于设计的齿轮为标准齿轮，因此参数一中选择默认。点击下一步进入图3，选择默认，点击完成。齿轮的渐开线样板生成图4。

第二步，CATIA中生成齿轮实体

将生成的样板以iges标准格式导入到CATIA中，利用CATIA的复制草图功能，将生成的草图粘贴到part design中去得到图5。

到了这一步基本的图形已经生成，进入草图模式，将各个边线利用(offset)功能，值设为0，生成二维齿形。退出草图进行实体拉伸特征建模，齿轮设计完毕(图6)。锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似，圆锥齿轮的齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小。因此，在设计时按照标准直齿锥齿轮机构几何尺寸的计算公式计算出参数值就可以设计出锥齿轮的两端面的齿轮2D 图形，在CATIA中两端面沿着脊线进行loft就可以生成直齿圆锥齿轮(图 7)。同理，只要给出蜗轮和人字齿轮的主要参数也可以方便地设计出来(图8和图9)。

利用方案1实现齿轮实体相当简单．制作中只需填写参数，而且生成的齿廓非常精确，大大提高了工作效率，是齿轮制作的最佳方法。

3．2 方案2

在CATIA中采用fog方式生成参数方程确定渐开线的x、y值，再制作若干个点，连接点成曲线。

第一步，首先建立齿轮的几个重要参数：齿数z，模数m，压力角α，齿顶圆半

径r

k =r+m；分度圆半径r=m×z／2；基圆半径r

h

=r×cosα；齿根圆半径

rf=r-1．25m；现取Z=35，m=4，d=20°；

在parf desjgn模块中，选择formula(fX)图样)按钮，弹出fomula：parameters 对话框，填写如图10中内容。

具体方法是：点击new parameters of type按钮，选择相应的type如：real、length等，填入相应的“value”；有formula的选择“add formula”，填入公式。

第二步，建立好参数之后，用fog建立一对变量为t的x、y坐标的参数方程，如图11。

x=rb*sin(t*l：PI*Irad) - rb*t*PI*cos(t*PI*Irad)

y=(rb*cos(t*PI*Irad))+((rb*t*PI)*sin(t*PI*Irad))

将这2个fog的名称分别改为：x，y；目录树中出现了relations节点，节点下生成了fog，fogy分支。

第三步，进入generative shape design模块，用前面定义的parameter，画出齿顶圆，分度圆，基圆和齿根圆，作为下一步的参考。

第四步，利用前面建立的关于f的参数方程，创建若干个渐开线上的点：

譬如分别取t=0，0．04，0．065，0．8，0．12，0．14，0．16，得到7个渐开线的关键点的fog x，fog y坐标值，将它们分别赋给点的H、V，再用spline 连接点得到渐开线。

第五步，镜像出另半边的渐开线。

第六步，从渐开线与基圆的交点向下引出一段切线，再在齿根圆与切线之间倒圆，绘制齿根圆角。做一个周向的pattern，得到所需要的齿轮外廓(图12)。

第七步，把所有的元素连接起来成为一个封闭的线框，拉伸实体，挖洞，开槽，齿轮制作结束(图13)。

从方案2的制作过程可以看出，以往的表达式建模，整个过程相当复杂，花费时间多，而且容易出现参数填写错误，导致生成的齿廓误差相当大，因此大大降低了工作效率。

4 结论

从以上两种设计方案可以得出结论：第一方案，即结合使用两种CAD软件建模，不但简单、快速、精确，而且可以基于做出的齿廓建立蜗轮、锥齿轮、人字齿轮。而第二种方案不但复杂、繁琐，而且做出的渐开线齿廓精确度低。因此随着CAD 软件应用的不断推广和软件间便利的数据接口，设计人员要提高设计效率可以借鉴各个软件的优点，取长补短，提高工作效率，缩短产品开发周期。