基于Pro_E的齿轮三维参数化特征造型设计_李燕

随着ＣＡＤ技术的发展，在齿轮设计过程中，越来越广泛地采用３维建模的方法。Ｐｒｏ／Ｅ是广泛被使用的ＣＡＤ优秀软件，它有强大的３维建模功能，但对于普通设计人员来说，要使用Ｐｒｏ／Ｅ所提供的实体建模方法进行齿轮的３维造型，并不是一件容易的事，设计人员需要花费大量的时间来熟悉Ｐｒｏ／Ｅ并且掌握较高水平的建模技巧，但是如果充分利用Ｐｒｏ／Ｅ的二次开发工具模块Ｐｒｏｇｒａｍ，就可以方便地实现齿轮设计的参数化，从而大大提高设计效率，当用户在Ｐｒｏ／Ｅ中对齿轮进行３维建模时，Ｐｒｏｇｒａｍ就以程序的形式记录了齿轮的主要设计步骤和尺寸参数列表，用户可以根据需要对程序进行修改，这样只要用户重新运行这个程序并变更齿轮的参数就可以生成新的齿轮，从而使不熟悉３维建模技巧的设计人员也可应用现有的３维齿轮模型进行更新设计，减少繁琐复杂的重复劳动，本文介绍一种基于Ｐｒｏ／Ｅ　齿轮３维建模和利用Ｐｒｏｇｒａｍ实现齿轮的参数化设计的方法　。

１齿轮的３维特征造型设计

１．１齿轮的３维特征造型方法

齿轮的３维特征造型技术的关键是齿轮轮齿的３维造型，齿轮轮齿的３维造型有多种方式：（１）　根据齿轮的有关参数，在２维平面上生成齿轮的全部齿形，如图１（ａ）所示，然后进行整体拉伸。

（ｂ）

（ｃ）

图　１

基于　Ｐｒｏ／Ｅ的齿轮三维参数化特征造型设计

李燕

（　襄樊学院机械工程系，湖北襄樊 ４４１００３）

摘要：介绍一种基于Ｐｒｏ／Ｅ　齿轮三维特征造型和利用Ｐｒｏｇｒａｍ实现齿轮的参数化设计的方法，可使设计人员能方便快捷地实现设计齿轮的三维特征造型设计，从而提高设计效率。

关键字：Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ；Ｐｒｏｇｒａｍ；齿轮；参数化设计

中图分类号：ＴＰ３９１．７２文献标识码：Ｂ

文章编号：１００９－０１３４（２００３）０６－００６５－０３

Using Pro/Program to realize the parameterized designing of gears

ＬＩ　Ｙａｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　，Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　，Ｘｉａｎｇｆａｎ　４４１００３，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: This article introduced a method based on the Pro/E, which can be used to create 3-

dimensions gear model, and uses the Pro/program to realize the parameterized designing

of gears.

Key words: Pro/Engineer; Pro/Program; gears; parameterized designing.

收稿日期：２００２－０５－１１

作者简介：李燕（１９６２－），女，汉族，襄樊学院机械系副教授，工学硕士。从事机械制图、Ａｕｔｏ　ＣＡＤ绘图和Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ实体造型的教学与研究。

第２５卷第６期２００３－６【６５】

【６６】

第２５卷

第６期

２００３－６

（２）　根据齿轮的有关参数，先生成单个齿轮，如图１（ｂ）所示，再拉伸成３维实体，然后绕中心点进行旋转拷贝，最后联合成一个整体。

（３）　根据齿轮的有关参数先生成齿坯和齿槽轮廓，如图１（ｃ）所示，并将齿槽轮廓拉伸成３维实体，然后将齿槽轮廓绕齿轮中心进行旋转拷贝，再用齿坯减去齿槽实体从而生成齿形，如图３所示。

比较这３种齿轮的３维特征造型方法，由于第１种方法是对全部齿形轮廓进行整体拉伸，其运算量最大，运算速度最慢，生成的零件文件最大；第２种方法和第３种方法相比，由于单个轮齿拷贝后需要进行联合，比第３种方法增加了合并的步骤。其速度较第３种方法慢；因此第３种方法生成的齿轮速度最快，零件文件最小，本文采用的是第３种方法进行齿轮的３维特征造型。１．２ 齿轮的３维特征造型步骤

要应用Ｐｒｏ／Ｐｒｏｇｒａｍ实现齿轮的参数化设计，首先要在Ｐｒｏ／Ｅ中对齿轮进行３维建模，现将齿轮３维建模的方法介绍如下：

（１）设置齿轮的基本参数众所周知，标准齿轮的几何尺寸决定于齿轮五个基本参数，而齿轮的宽度取决于齿轮的齿宽系数，因此，在齿轮建模之前，首先用Ｓｅｔ　Ｕｐ／Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ／Ｐａｒｔ－Ｃｒｅａｔｅ命令设置齿轮五个基本参数和齿宽系数，并赋给初值。如表１所示。

（２）建立计算齿轮各几何尺寸的关系表达式用Ｐｒａｔ／Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ／ａｄｄ命令添加齿轮各几何尺寸的关系表达式如下：

分度圆直径：ｄ＝ｍ＊ｚｃ基圆直径： ｄｂ＝ｍ＊ｚｃ＊ｃｏｓ（ａｎｇｌｅ）齿顶圆直径：ｄａ＝ｍ＊（ｚｃ＋２＊ｈａ）齿根圆直径：ｄｆ＝ｍ＊ｚ－２＊ｍ＊（ｈａ＋ｃ）齿宽：ｂ＝ｋ＊ｄ

（３）建立齿轮的基本实体特征

用Ｃｒｅａｔｅ／Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ／Ｒｅｖｏｌｖｅ命令，建立一圆柱形齿轮毛坯，并加入如下关系式：

圆柱直径：ｓｄ＃＝ｄａ圆柱长度：ｓｄ＃＝ｂ

（４）创建基本曲线和齿廓曲线●　首先在圆柱体的圆面上用Ｃｒｅａｔｅ／Ｄａｔｕｍ／Ｃｕｒｖｅ／Ｓｋｅｔｃｈ建立几条齿轮的基本曲线（分度圆、基圆、齿根圆），并加入关系式：

　ｓｄ＃＝ｄｓｄ＃＝ｄｂｓｄ＃＝ｄｆ

　●　然后用Ｃｒｅａｔｅ／Ｄａｔｕｍ／Ｃｕｒｖｅ／Ｆｒｏｍ　Ｅｑｕａｔｉｏｎ命令在系统弹出的记事本中输入如下渐开线曲线方程：

ｘ＝ｔ＊ｓｑｒｔ（（ｄａ／ｄｂ）＾２－１）ｙ＝１８０／ｐｉ

ｒ＝０．５＊ｄｂ＊ｓｑｒｔ（１＋ｘ＾２）ｔｈｅｔａ＝ｘ＊ｙ－ａｔａｎ（ｘ）ｚ＝０

得到如图２所示的渐开线，由机械原理的基本知识可知，基圆内没有渐开线，当齿数ＺＣ＞４１时　ｄｆ＞ｄｂ，齿轮的整个齿廓曲线全为渐开线，而当齿数ＺＣ＜４１时　ｄｆ＜ｄｂ，　齿轮的整个齿廓曲线由两部分组成，基圆外的部分为渐开线，而基圆内的部分因不影响齿轮的啮合，可使用一段圆孤，因此ＺＣ＞４１和ＺＣ图　２

（５）切出第一个齿槽特征

●　首先建立一条通过坐标系原点和渐开线与分度圆的交点的基准线。并将此线绕轴线Ａ＿１　用ＣＯＰＹ／ＭＯＶＥ／ＲＯＴＡＴＥ命令旋转３６０／（４＊ＺＣ）的角度。

●　再用ＣＯＰＹ／ＭＩＲＲＯＲ命令，镜像另一条与所创基准线对称的齿廓曲线。

●　用Ｃｒｅａｔｅ／ｃｕｔ／Ｅｘｔｒｕｄｅ　命令，用所创造的两条