Pro EW ildf ire 210中标准渐开线直齿.pdf

CAD /CAE/CAPP/CAM现代制造工程2006年第4期 Pro/EW ildfire 210中标准渐开线直齿 圆柱齿轮参数化设计 徐平,高奇,蒲志新 辽宁工程技术大学,阜新123000 摘要 介绍Pro/EW ildfire2. 0中标准渐开线直齿圆柱齿轮的参数化设计,通过改变相关参数及关系式,即可得到精确的 标准渐开线直齿圆柱齿轮的三维实体,进而提高设计效率,减小重复劳动。提出一种设计思路,对其他零件的参数化设 计具有借鉴意义。 关键词 Pro/E 实体模型 直齿齿轮 参数化设计 中图分类号 TP391. 7 文献标识码A 文章编号 167131332006 04005502 Parametric design of standard involute spur gears based on Pro/E W ildfire 2. 0 Xu Ping, Gao Qi, Pu Zhixin Liaoning TechnicalUniversity, Fuxin 123000,Liaoning, CHN Abstract Discussed the parametric design of standard involute spur gears based on Pro/EW ildfire2. 0, only changing relevant parameters and relational expression , can get the three2dimensional entity of the accurate standard involute spur gears . Then i m2 prove design efficiency, and reduce duplication of labor . It presents a design thought, and hasmodel significance to the parametric design of other components . Key wordsPro/E Entitymodel Spur gear Parametric design 0 引言 参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状 特征,以一组参数来控制设计结果,从而能通过变换一 组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。 参数化设计方法与传统方法相比,其最大的不同 在于它存储了设计的整个过程,能设计出一系列而不 是单一的产品模型。参数化设计以其能够使得工程人 员不需考虑细节而能尽快草拟零件图,并可以通过变 动某些约束参数而不必运行产品设计的全过程来更新 设计。它成为进行初始设计、 产品模型的编辑修改、 多 种方案的设计和比较的有效手段。 实现参数化的CAD系统的步骤主要有 1 建立产 品的参数化模型,确定主要参数 ; 2 建立模型上特征 点的坐标与上述主要参数的关系式 ; 3 编写实现产品 模型的计算机程序 [1 ] Pro/E系统是由美国PTC Parametric Technology Corporation公司开发的 [2 ] ,系统的特点是参数化。参 数化除使用尺寸参数控制模型外,还在尺寸之间建立 关系式,保持始终相对的大小、 位置或约束条件。在零 件模式下,系统允许建立特征之间的关系式,使得零件 中的不同特征产生关联,此时创建的参数关系式成为 零件关系式。同时在零件与装配模式中,系统还允许 在阵列特征或阵列元件间建立参数关系式。 1 渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计过程 [3 ] 使用参数和关系式进行设计,用公式、 曲线创建渐 开线曲线,通过关系生成齿轮齿廓曲面,用曲面切出齿 轮齿廓,最后阵列轮齿特征获得最后设计结果。 111 设计参数 打开参数窗口,向模型中添加的参数主要有齿数 z ,模数m ,压力角angle ,齿顶高系数 h a , 顶隙 系数c ,分度圆直径 d , 基圆直径 d b , 齿顶圆直径 d a , 齿根圆直径 d f , 齿宽b。确定具体参数时分 度圆直径、 基圆直径、 齿顶圆直径、 齿根圆直径、 齿宽值 设置为零、 并通过关系式进行计算。示例见表1。 55 现代制造工程2006年第4期CAD /CAE/CAPP/CAM 表1 模型中添加的参数 参数名称参数类型参数含义参数初值 z整数齿数25 m实数模数3.00 angle实数压力角20.00 ha实数齿顶高系数 1.00 c实数顶隙系数0.25 d实数分度圆直径0.00 db实数基圆直径0.00 da实数齿顶圆直径0.00 df实数齿根圆直径 0.00 b实数齿宽0.00 112 创建基本曲线 通过关系式生成基本曲线时,首先草绘三个圆形, 分别为齿根圆、 基圆、 分度圆曲线,随意设置圆的直径 数值,其具体数值将通过关系式确定。打开关系窗口 选择特征项,选中刚刚绘制的曲线将其尺寸标注切换 为符号显示形式d0, d1, d 2 。 在关系的编辑窗口中建立如下约束条件。 d m3z dbm3z3cosangle dam3z 23ha dfm3z - 23m3 h a c d0 df d1 db d2 d 完成关系式的输入后,执行/校验关系并按关系创 建新参数。保存关系后,系统将根据添加的关系式,自 动计算各圆直径。 113 创建渐开线 在Pro/E W ildfire2. 0中可以通过极坐标、 柱坐标 等生成渐开线,本文以柱坐标为例建立如下关系式。 x t3sqrt da/db 2 - 1 y 180/pi r 0. 53db3Sqrt1 x 2 theta x3y - atanx z O 式中t为系统参数,其值为0～1。x t3sqrt d a/db 2 - 1是从基圆到齿顶圆的一段渐开线上的 压力角的正切值变化。保存关系式后,系统将根据此 关系式创建渐开线,并生成图形。 114 创建过渡圆弧曲线 由机械原理的基本知识可知基圆内没有渐开线, 但是当齿轮的基圆半径大于分度圆半径时,还应该在 基圆以内切除齿槽,不过由于这段曲线不影响齿轮的 啮合,可以不再使用渐开线,为了简化操作,设计中将 使用圆弧曲线。绘制完圆弧曲线后,设置圆弧尺寸为 d/8,圆弧中心到水平中心线的距离为db/2,圆弧曲线 下端点到水平中心线的距离为0. 45df。 115 创建齿廓曲线与曲面 通过基准、 镜像、 修剪等步骤完成齿廓特征。注意 在输入角度值时应保证复制的曲线和原曲线围成齿廓 而不是围成齿轮,输入角度为360 /4/z,是因为在分度 圆周上,齿厚和齿槽宽相等。裁去渐开线和圆弧曲线 相交处多余的曲线段后,拉伸生成曲面特征,并完成柱 体的生成。 116 创建齿轮的齿特征 通过齿廓曲面对齿轮的毛坯进行裁减,得到齿形。 在阵列其他齿特征时,根据阵列齿数z,阵列输入角度 为360/z。最后完成齿轮的中心孔特征。 117 修改参数,改变齿轮设计 在修改参数时,参数的修改范围并不是任意的,在 本例中,齿廓曲线是由渐开线和圆弧曲线组成,这样的 齿轮基圆半径大于齿根圆半径。而当齿轮的基圆半径 小于齿根圆半径时,整个齿廓曲线就全部为渐开线。临 界齿数的计算可以使用公式z0 2 h a c / 1 - cos angle , 即当齿轮的齿数大于41时,将z的初始值给 定在一个大于41的范围内,在创建渐开线时,不用近 似圆弧。参数化设计的齿轮三维实体如图1所示。 z15 m3 b20 ha018 c 013 a z25 m5 b30 ha110 c0125 b 图1 齿轮三维实体图 2 结语 Pro/E是一种功能强大的三维设计系统,应用其 对标准渐开线直齿圆柱齿轮的参数化设计,涉及较多 的参数和关系式,只要改变输入参数的值便能生成新 的圆柱齿轮模型,可避免重复设计,实现设计自动化。 参 考 文 献 [1] 廖忠民.基于Pro/ENGI NEER的PDC钻头CAD系统 的研究与开发[D ].云南西南石油学院, 2004. [2] 林龙震. Pro/ENGI NEER W ildfire基础设计[M ].北 京电子工业出版社, 2004. [3] 唐俊. Pro/ENGI NEER中文野火版应用教程[M ].北 京清华大学出版社, 2003. 收稿日期 2005211215 65