基于PRO E Wildf ire 的圆柱齿轮三维参数化设计.pdf

文章编号1002 - 6886200604 - 0048 - 02 基于PRO/ E Wildfire的圆柱齿轮三维参数化设计 孙伏 陕西理工学院 机械工程学院,陕西 汉中 723003 作者简介孙伏1969 , 女,汉族,大学本科,讲师,高校教师在读硕士,主要从事机械设计、 制造及自动化方面的教学和研究,发表论文十余 篇。 收稿日期2006 - 6 - 14 摘要基于PRO/ E Wildfire软件的参数化特征造型功能,通过在菜单“工具\参数“窗口设置齿数、 螺旋角等参数值,先在端 面上生成法面齿槽,再旋转到法面,螺旋扫描和阵列,实现了渐开线圆柱齿轮的三维参数化设计,为进一步有限元分析、 计算 机辅助制造打下基础。 关键词PRO/ E Wildfire 参数化 三维造型 渐开线圆柱齿轮 中图分类号 TP391. 41 中途分类号 A 3D Parametrical Design of Cylindrical G ears based on PRO/ E Wildfire SUN Fu Abstract Based on parametrical feature modeling of PRO/ E Wildfire software , after ting parametric value such as num2 ber of gear tooth , helical angle etc. in the window of“Menu\ Tool”, firstly creating outline of gear tooth on rotation plane and then rotate to normal plane , helical scanning and matrix , realize 3D parametrical design of involute cylindrical gears. Build a foun2 dation for following FEM analyzes and CAM. Key words PRO/ E Wildfire ; parametrical ;32dimension modeling; involute cylindrical gears 齿轮机构是一种常见的传动机构,实现CAD/ CAM很有 必要,但齿轮的轮齿为复杂曲面,三维造型准确与否,将直接 影响随后的有限元分析和计算机辅助制造。PRO/ E是现在 应用最广的大型三维软件,具有强大的计算机辅助设计、 分析 和制造功能,其新版PRO/ E Wildfire在功能和界面上都进行 了很大改进。本文实现了PRO/ E Wildfire在环境下渐开线 圆柱齿轮的参数化设计,在菜单 “工具\参数” 窗口输入法面模 数、 齿顶高系数、 齿隙系数、 压力角及齿数、 螺旋角、 齿宽等7 个参数后,通过生成法面齿槽、 齿顶螺旋角、 螺旋切口扫描和 阵列,生成给定参数下的齿轮。解决了该类复杂零件的三维 参数化设计问题,便于随后的有限元分析和计算机辅助制造。 1 几何模型概述 圆柱齿轮分为直齿轮和斜齿轮,直齿轮可看作是螺旋角 为零的圆柱齿轮;圆柱齿轮的齿廓曲面是一渐开线螺旋面,相 当于沿一条螺旋线排列的无数个法面齿廓曲线形成的曲面。 法面齿廓曲线为端面齿廓在法面上的投影,二者齿高相 同但分度圆直径不同,因此先在端面上形成法面齿廓曲线,再 使其上移至齿顶与端面齿顶重合,并旋转至与齿顶螺旋线垂 直即可形成法面上的齿廓曲线。 用范成法切制齿轮时,齿轮的法面齿廓是刀具的包络线, 其齿根过渡曲线根据刀具齿顶形状的不同而不同,本文选择 用齿条形刀具加工齿轮时形成的齿根过渡曲线。 2 基于PRO/ E WILDFIRE软件的参数化设计 方法和步骤 PRO/ E Wildfire软件的参数可在菜单选项 “工具” 中的 “参数” 窗口设置,在菜单 “工具\参数” 中添加上述7个参数, 输入数值,“确定” 后关闭窗口。应用 “草绘的基准曲线工具” 草绘5个圆,并通过 “工具\关系”,输入法面基圆、 分度圆、 齿 顶圆、 齿根圆以及端面齿顶圆的直径计算公式,生成它们。 2. 1法面齿廓渐开线 应用工具 “插入基准曲线\从方程\柱坐标”,以零件坐标 系为参考,建立法面齿廓渐开线,极坐标方程为 r 0.5db1 tan2αi θ tanαi3 180 π - arctantanαi 其中各点的压力角αi范围为0～arctan da db 2 - 1,用 在0～1变化的变量t表示, da为齿顶圆直径; db为法面基圆 直径,即可创建齿槽一侧的渐开线。 2.2法面齿廓过渡曲线 以该齿槽与分度圆相交的中点为原点,以径向为Y轴, 切向为X轴,建立刀具坐标系。 用工具 “插入基准曲线\从方程\笛卡尔坐标”,以刀具坐 标系为参考坐标系,建立在刀具坐标系中的齿根过渡曲线。 参考文献[1] ,对齿条形刀具,刀具圆角曲线的包络线在 刀具坐标系中的齿根过渡曲线方程[1]为 rpc3mn / 1 - sinαn ych3amnc3mn-rp xcπm n 4 h3amntanαnrpcosαn x2xc-rpcsoαn y2rpsinu-yq tanλ dy2/dx2 - cosu/sinu 84 现代机械 2006年第4期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Lx2y2tanλ φ1 2L/ dn xx2cosφy2sinφ 1 2 d sinφ-φcosφ y -x2sinφy2cosφ 1 2 d cosφφ1sinφ1 其中u为参数,取值从法面分度圆压力角αn到90,可 表示为变量t的函数; mn、ha 3 、αn、c3、dn为齿轮的法面模数、 齿顶高系数、 分度圆压力角、 齿隙系数、 分度圆直径; rp刀顶 圆角半径; xq在刀具坐标系中,刀顶圆心的x坐标; yq刀顶 圆心的y坐标。 用菜单中的 “分析\测量” 测量出两个坐标系原点间的距 离,通过 “编辑\移动” 将生成的曲线移动到零件坐标系中生成 齿槽一侧的齿根过渡曲线。 对形成的渐开线和齿根过渡曲线进行镜像复制,即可生 成齿槽另一侧的曲线,再由齿槽两侧的曲线、 中间的齿根圆、 齿顶圆形成一封闭曲线,建立位于端面上的法面齿槽边界曲 线。 2.3创建齿顶圆柱面和齿顶圆柱螺旋线 如果把斜齿圆柱齿轮沿某一母线展开,其螺旋线就为一 斜直线,该斜直线的倾斜角即为斜齿圆柱齿轮的螺旋角,因此 螺旋线可采用切平面上的斜线缠绕在圆柱面上形成。 齿顶螺旋角满足tanβα d at/ dbttanβcosαt其中βα为齿 顶圆螺旋角;β为分度圆螺旋角; dat、dbt 、 α t为端面齿顶圆直 径、 基圆直径、 分度圆压力角。 对端面齿顶圆 “拉伸”,建立齿轮轮廓,过该齿槽与齿顶圆 相交的中点建立与齿顶圆柱面相切的基准面,用 “编辑\缠 绕”,在建立的基准面上绘斜角为端面齿顶圆螺旋角的斜线, 将其缠绕在齿顶圆柱面上即可。 2.4用 “编辑\移动” 使端面上的法面齿槽的边界曲线先移动 到端面齿顶圆再旋转到垂直于螺旋线端点即可。 2.5用 “插入\螺旋扫描\切口”,选择扫描轨迹、 截面以及材料 方向,生成一个齿槽。 2.6生成圆柱齿轮对齿槽相关特征进行旋转复制,形成相邻 的第二个齿槽,再应用 “阵列” 对其进行圆周阵列,即形成完整 的圆柱齿轮。 3 自动化造型 只要在 “工具\参数” 中改变相应参数的值,即可自动生成 模型,如Z 25左旋和Z 75右旋的造型为图1和图2所示, 其中左旋和右旋由螺旋角的正负好控制。在此基础上,添加 安装轴的孔和键槽或形成齿轮轴就很方便了。 4 结论 基于PRO/ E Wildfire ,通过生成法面齿槽、 齿顶螺旋角、 螺旋切口扫描和阵列,生成给定参数下的齿轮,实现了圆柱齿 轮的精确造型,并且在改变参数值时,能很快生成所需模型, 解决了产品设计中该类复杂零件的快速设计问题,也便于对 所设计齿轮的有限元分析和计算机辅助制造。 参考文献 1王军等编.不同齿根过渡曲线的直齿圆柱齿轮的三维造型[J ] .矿山 机械12002. 10 2杨汾爱编.基于精确模型的斜齿轮接触应力有限元分析[J ].机械科 学与技术12003. 3 3孙桓,陈作模编.机械原理[M].高等教育出版社,1997. 7 4李世国,李强编. PRO/ ENGINEER WILDFIRE中文版范例教程 [M].机械工业出版社,2004. 1 5周四新和青芳编. PRO/ ENGINEER WILDFIRE高级设计[M].机 械工业出版社,2004. 4 新产品介绍 铰链式六面顶液压机 湖南泰山机械厂自行设计开发HTDS - 034DM 6X21MN铰链式六面顶液压机。 该铰链式六面顶液压机是合成大腔体人造金刚 石及立方氮化硼、 聚晶、 复合片等超硬材料的大型超 高压高温专用液压设备,由主机、 增压器、 液压系统、 电控系统、 加热系统五大部分组成。液压机缸体直 径为1500mm ,铰链梁在国内首次采用兜底单支撑 结构技术,控制系统采用先出的PLC编程控制器及 触摸屏技术,实现人机对话,加热功率和压力曲线连 续可控,超压的保压过程采用变频动态自动跟踪补 偿,控制精度高。 高品级超硬材料广泛用于石材加工、 建筑、 地质 勘探等领域,随着经济及科学技术的发展,超硬材料 已辐射到电子、 汽车、 国防军工、 航天卫星等高科技 领域精密工作的加工,其用途越来越广,需求量越来 越大,是21世纪的高新科技材料,目前国内高品级 超硬材料仍主要依赖进口。该设备的推广应用,有 助于提高国内大腔体高级人造金刚石、 立方氮化硼、 聚晶、 复合片等超硬材料的科研生产水平,满足国内 市场对高品级超硬材料的需求。 94 设计 研究 分析 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.