为解决传统齿轮设计方法复杂、周期长、工作效率低等问题,应用Pro/E软件按照齿轮参数的初始化,创建四个基本圆、渐开线生成、齿轮轮廓和倒角、镜像渐开线、切齿槽、复制齿槽特征、阵列齿形、创建轴孔和键槽等一系列步骤实现直齿圆柱齿轮的三维参数化设计,并进行了参数化驱动测试,绘制了不同参数的直齿轮三维模型。 In order to solve the problems that traditional design method of spur gears are complicated, long period, and low working efficiency, we can apply Pro/E soft to initialize parameters of spur gears, create four fundamental circles, generate involute, contour gear and chamfer, create image of in-volute, cut gear groove, copy character of gear groove, create tooth profile, create shaft hole and keyway etc. 3D parametric design of spur gears can realize through a series of those steps. We do parametric drive test, and also draw the 3D models of spur gears according to the different pa-rameters.
赵洪波1,腾睿2,冯认金2
1大连晟达建筑工程有限公司,辽宁 大连
2辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁 阜新
收稿日期:2016年11月15日;录用日期:2016年12月16日;发布日期:2016年12月19日
为解决传统齿轮设计方法复杂、周期长、工作效率低等问题,应用Pro/E软件按照齿轮参数的初始化,创建四个基本圆、渐开线生成、齿轮轮廓和倒角、镜像渐开线、切齿槽、复制齿槽特征、阵列齿形、创建轴孔和键槽等一系列步骤实现直齿圆柱齿轮的三维参数化设计,并进行了参数化驱动测试,绘制了不同参数的直齿轮三维模型。
关键词 :三维,渐开线曲线,参数化,建模
齿轮传动系统是各种机械设备中应用最为广泛的一种传动系统。齿轮设计方法复杂,设计周期长,工作效率低。通过Pro/E工程软件这一平台实现直齿圆柱齿轮的三维参数化设计,实现产品设计的高效性,并可在虚拟状态下优化加工程序,提高企业经济效益 [
在Pro/E造型中,先按照齿数z > 41的参数创建齿廓曲线。选择渐开线以及齿根圆曲线,并创建齿根圆角,通过修剪生成齿廓曲线。当输入的设计变量齿数z < 41时,再生时Pro/E系统自动插补生成基圆内的那部分曲线,保证齿廓曲线的正确形状。齿数z < 41的齿轮,其中齿轮参数化建模的主要参数如下表1 [
打开Pro/E软件,新建一个零件文件,名称为chilun,系统进入草绘界面,并在绘图区自动创建3个
参数名称 | 参数符号 | 参数类型 | 参数初值 |
---|---|---|---|
模数 | m | Real Number | 2 |
齿数 | z | Real Number | 32 |
压力角 | angle | Real Number | 20 |
齿顶高系数 | hax | Real Number | 1 |
齿顶隙系数 | cx | Real Number | 0.25 |
变位系数 | x | Real Number | 0 |
齿轮宽度 | b | Real Number | 30 |
轴孔直径 | dz | Real Number | 24 |
键槽高度 | h | Real Number | 4 |
键槽宽度 | t | Real Number | 10 |
表1. 齿轮参数设置
基准平面(RIGHT, TOP, FRONT)和一个坐标系。打开【工具】下的【程序】“program”进入“编辑设计”,弹出一个记事本,在“INPUT”和“END INPUT”之间输入以下内容,如图1。
选择【草绘】命令,并以TOP为基准平面进行草绘,在绘图区绘制四个同心圆,并打开【工具】中的【关系】,输入如下关系式:sd0 = df; sd1 = db; sd2 = d; sd3 = da点击【确定】,生成图2。
选择绘制【基准曲线】命令,打开“菜单管理器”的“曲线选项”菜单条,选择“从方程”,以原始坐标系为基准坐标系,并设置为“笛卡尔”坐标系,在弹出的记事本中输入渐开线方程,保存并确定得到渐开线曲线,如图3。
选择实体【拉伸】命令,再底部系统打开拉伸操控板,单击“放置”中的“定义”,以TOP为基准平面进入草绘区域,以齿顶圆为草绘轨迹,进行拉伸操作,拉伸长度为b,创建成齿轮的毛坯。在“关系”中,记录:“d5 = da,d4 = b”,再按【再生】按钮,并对圆柱体两边倒角,倒角参数为:45˚ × 1,最终效果如图4。
在镜像渐开线之前首先建立镜像平面。先创建以渐开线曲线和直径为“64”的分度圆的交点为基准的基准点特征:PNT0。再创建穿过基准点PNT0和圆柱的外表面基准平面特征:DTM1。最后建立镜像
图1. 齿轮参数初始化
图2. 基本圆的确定
图3. 渐开线的生成
图4. 齿廓拉伸效果
平面,设置参照如下:选择上一步创建的基准面DTM1,按住【Ctrl】键,选择圆柱的轴线A-2,单击【确定】按钮,最后通过“关系式”把偏移角度改360/(z × 4),完成创建基准平面DTM2。再以平面DTM2为对称面,做出渐开线的镜像,效果如图5。
单击绘图工具栏中的【拉伸】按钮,系统打开“拉伸”操控板,单击【去除材料】按钮,打开“选项”上滑板面,在“第1侧”和“第二侧”下拉列表框中选择“穿透”选项。
设置完成后,单击绘图区右侧图形工具栏中的【草绘】按钮,系统打开“草绘”对话框,以TOP为基准平面,点击【确定】,开始草绘截面图。并对齿根圆角进行关系式约束,单击工具栏中的按钮结束草绘,再单击鼠标中键创建第一个齿廓特征,完成效果如图6。
图5. 渐开线的镜像
图6. 齿槽效果
选择【编辑】【特征操作】命令,系统打开“特征”菜单条,从“特征”菜单条中单击“复制”命令,然后在“复制特征”菜单条中选择“移动”“选取”“从属”命令,单击“完成”命令,系统打开“选取特征”菜单条,单击“选取”命令,按系统提示选择上一步创建的齿廓拉伸特征作为复制的原始特征,完成选取后单击“完成”命令。接下来系统打开“移动特征”菜单条,单击“旋转”命令,以旋转的方式定义复制特征的位置,接下来系统打开“选取方向”的菜单条,单击“曲线/边/轴”命令,择曲线A-2作为旋转的参考轴,系统打开“方向”菜单条,单击“正向”命令。绘图区下侧文本框中输入旋转的任意旋转角度“15”,单击确定。在“移动特征”菜单条中单击“完成移动”命令。系统打开“组可变尺寸”菜单条,直接单击“完成”命令,表示复制特征与原始特征的尺寸相同。系统打开“组元素”对话框,单击【确定】,按钮。最后单击“特征”菜单条中的“完成”命令。完成复制特征的创建。为保证复制的角度正确并参数化,在关系式中建立关系式d13 = 360/z以保证齿形(d13为复制特征与原始特征夹角的尺寸符号)单击【再生】模型,完成齿槽的复制,如图7。
再选取复制的齿廓特征,单击右键快捷按钮,选取【阵列】命令,系统打开阵列“操控板”,选取阵列方式为“方向”阵列,并以复制齿廓特征与原始特征之间的夹角尺寸作为阵列方向参照,输入尺寸增量30,阵列数量3来阵列齿廓特征。单击【再生】模型,最后生成的效果如图8。
打开【拉伸】特征,系统弹出拉伸“操控板”,单击上面的【去除材料】按钮,打开“选项”上滑面板,设置“第一侧”和“第二侧”为穿透,再单击右上方的【草绘】按钮,选择以TOP平面为基准平面进行草绘,由所绘制的图形和对尺寸关系的约束,生成绘图,再单击【确定】按钮,结束草绘,然后按鼠标中键完成轴孔和键槽拉伸特征。效果如图9。
图7. 齿槽特征的复制
图8. 齿槽阵列的效果
图9. 轴径和键槽的效果
此步骤是修改齿轮一些基本参数,利用再生工具,重新生成所需的齿轮,以达到参数化设计的目的,实现齿轮建模和生产的效率。
单击“编辑”中的“再生”选项,系统弹出“菜单管理器”,选择“输入”选项,在“菜单管理器”中选择要输入的参数符号,输入不同的齿轮参数,m, 2.5; z, 24; angle, 22.5; b, 55; hax, 1; cx, 0.25; x, 0; dz, 30; h, 7; t, 8得到齿轮(a);重新输入参数符号及齿轮参数:m, 3; z, 22; angle, 20; b, 50; hax, 1; cx, 0.25; x, 0.1; dz, 25; h, 6; t, 14得到齿轮(b);继续输入齿轮参数,依次得到齿轮(c)和(d),从而输入不同的齿轮参数得到不同的齿轮模型,对建模进行参数化的验证,结果详见图10。
通过研究渐开线的生成原理,输入渐开线方程生成精确的渐开线曲线,采用Pro/E中的二次开发工
图10. 齿轮参数化测试结果
具——Program和Relations等手段,可是实现齿轮的参数化设计,通过变更齿数、模数,压力角、变位系数、齿宽、轴孔直径等参数可以实现所需齿轮的重生,避免了齿轮的重新设计,节约时间提高效率。尺寸可以驱动,减少齿轮设计周期。对设计进行更改后模型会自动更新;能够轻松捕获设计意图,使用后更容易定义模型在进行某些更改后应有的行为方式,轻松定义和自动创建同一系列的直齿轮;与制造工艺完美结合,缩短了生产时间。
赵洪波,腾 睿,冯认金. 基于Pro/E的直齿轮的参数化建模 Parameterized Modeling of Spur Gears Based on Pro/E[J]. 动力系统与控制, 2017, 06(01): 1-9. http://dx.doi.org/10.12677/DSC.2017.61001