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基于SolidWorks的变位齿轮的分析与设计
SolidWorks是美国Windows原创的三维立体设计软件。它具有独特的特征管理树，可以进行草图绘制，构建零件模型，实现由零件自动生成工程图和装配图。SolidWorks包含有各种功能的插件：高级渲染软件PhotoWorks、特征识别FeatureWorks、动画制作Animator、管道设计Toolbox和HYPERLINK"http://part.newmaker.com/cat_1230003.html"\t"_blank"齿轮设计Gear软件包。基于SolidWorks的齿轮设计软件对变位齿轮进行分析与设计是该文的讨论核心。1变位齿轮在齿轮加工过程中，为了防止用标准刀具切制齿数较少的齿轮而发生根切现象，通过改变刀具与轮坯的相对位置来切制齿轮，避免了齿轮加工中的根切，这种方法就是所谓的变位修正法，利用这种方法加工的齿轮即为变位齿轮。变位齿轮的应用可以解决如下问题：①用范成法加工齿轮时，当被切齿轮齿数z﹤zmin时，避免发生的根切；②在中心距a~≠a＝1/2m∑z的情况下实现正确啮合；③提高齿轮传动的承载能力，减少或均衡齿面的磨损以提高传动使用寿命；④满足某些特殊要求，如增大重合度等。加工变位齿轮时，刀具由切制标准齿轮的位置沿径向从轮坯中心向外移开的距离用xm表示，m为模数，x称为径向变位系数。x＞0为正变位齿轮，x＜0为负变位齿轮，x=0为标准齿轮，3种不同的齿轮齿形关系如图1所示。变位齿轮的几何尺寸：齿顶高ha=（ha*+x）m，（ha*为齿轮的齿顶高系数）齿根高hf=（hf*-x）m,(hf*为齿轮的齿根高系数)齿厚s=（π/2+2xtanα）m（s为齿轮分度圆上的轮齿厚度，图1）齿槽宽e=（π/2-2xtgα）m

可见变位系数对齿轮齿形的影响是不能忽视的。当x＞0时，正变位齿轮的齿厚s加大，齿顶高增大，齿根高减少；x＜0时，负变位齿轮的齿厚s变薄，齿顶高减少，齿根高增大。为了直观地反映变位系数对齿形变化的影响，以SolidWorks软件为平台，研究和设计直齿变位齿轮是问题的核心。2建立变位齿轮模型2.1构建不同的变位齿轮启动齿轮设计软件包：打开"新建零件"→工具（tool）→宏操作（M）→运行→齿轮.swp→出现齿轮设计参数控制件，如图2所示，设置齿数z、模数m相同，但变位系数不同的3组齿轮参数，即z=20、m=3，而x分别取0.25、0、-0.25时，其正变位齿轮各部分的参数信息如图3所示。分别输入3组数据可生成正变位齿轮图4（a）、标准齿轮图4(b)和负变位齿轮图4(c)模型。

2.2分析变位系数x和齿数z对齿轮齿形的影响（1）当x＞0时，齿顶厚sa（齿顶圆上轮齿厚度，图1所示）减薄，齿高增加；而x＜0时，齿顶厚sa加厚，齿高减少。（2）当正变位系数x过大（特别是齿数z较少时）就可能出现齿顶过薄，或者出现顶切现象，如图5所示。其z=16，m和x与图4（a）相同，但齿形不同，其顶切较明显；（3）当负变位系数x过大或者z＜zmin时会产生根切现象。以上图像可以直观的反映变位齿轮的变位系数x对齿轮几何尺寸的影响，又对变位齿轮的顶切作出分析。

2.3对变位齿轮进行一些限制，避免出现以上现象

3变位齿轮的设计SolidWorks不但能设计出形状逼真的三维立体，而且可以利用已经设计的三位模型创建所需的各个视图，包括剖视图、局部放大视图等，极大地方便了产品的设计。以CM6154车床床头箱变位齿轮（z=40，m=3，x=0.42）为例，讨论基于SolidWorks设计变位齿轮的实体和工程图。3.1设计齿轮实体的流程（1）形体设计启动齿轮插件→设置齿轮参数（图6）→生成齿轮模型→拉伸→轮毂→切挖→辐板（图7）→切键槽→倒角→倒圆角→生成齿轮模型。

（2）外部特征设置齿轮模型外部特征的设置可以使虚拟模型更加真实，模型的外部特征决定形体具有的颜色和材质等。在SolidWorks中利用外观（Appearance）命令可以控制模型的颜色，还可以对模型的加工纹理（Texture）、材质（Material）进行设置使模型更加真实、效果更好。利用场景（scene）、光源（light）等可以设置合适的光线及光源，衬托模型。利用材质（Material）设定材料的属性。SolidWorks提供了各种材质，可根据齿轮的特性选择材质。外部特征的设置使齿轮模型更加逼真，如图8所示。

3.2生成工程图在文件菜单中选择由实体图生成工程图→选择工程图格式→生成标准的工程图→编辑视图→设置剖切位置，生成剖视图→标注尺寸→填写标题栏。完成的工程图如图9所示。

4结束语以SolidWorks为设计平台进行的直齿变位齿轮的研究和设计，从理论和实际两个方面分析了变位系数对齿形的影响，有利于变