渐开线直齿圆柱齿轮.doc

渐开线直齿圆柱齿轮创建方法的探讨
一、前言
渐开线齿轮作为最常用的机械传动零件，被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭和水电等行业。在齿轮的设计、分析和制造过程中，工程技术人员经常需要设计出所需参数的齿轮。利用Pro/ENGINEER零件设计模块可以精确创建齿轮的三维模型，但改变齿数、模数等参数后，又需要进行复杂的设计计算和造型形状判断，工作量很大。如何在极短的时间内创建出齿轮的三维造型，国内外许多人员对此都进行了相关研究，也取得了一定成果。笔者通过不断探索和实践，总结出两种创建渐开线直齿圆柱齿轮的方法，简单易用，且提高了设计效率。
二、创建齿轮的方法
在齿轮实体模型的创建过程中，轮齿的创建是重点，也是难点，而最关键的是渐开线的绘制。笔者经过学习和探索，总结出两种齿轮的建模方法：①利用CAD软件之间的数据交换。在CAXA电子图板中利用齿轮绘制命令，快速生成齿轮渐开线，然后输出导入到Pro/ENGINEER软件中，再利用相关命令生成齿轮三维模型。②参数化设计。在Pro/ENGINEER软件中，首先创建用户参数，然后利用渐开线方程创建基准曲线，在基准曲线的基础上创建拉伸曲面，再由拉伸曲面构建齿型轮廓，最后进行阵列、实体化得到齿轮三维造型。此实例中，创建齿轮的主要参数如表所示。
1.方法一：利用CAD软件之间的数据交换方式
(1)在CAXA电子图板中绘制齿轮草图。进入CAXA电子图板，单击齿轮绘制按钮，根据表1设置齿轮参数。最终绘制的齿轮草图如图1所示，并以“*.dxf”的文件类型保存。
(2)在Pro/ENGINEER中新建一个名称为“gear”的零件，进入实体模块。
(3)导入齿轮草图。依次选择下拉菜单“插入”→“共享数据”→“自文件”，打开上面绘制的齿轮草图，在弹出的“选择实体选项和放置…”对话框中选择缺省坐标系，单击“确定”。

(4)单击“拉伸”命令，进入草绘状态，利用“通过边创建图元”命令，使用导入的齿轮草图，把草图拉伸到齿轮的厚度。
(5)阵列刚刚创建的轮齿，即可完成齿轮三维实体的创建，所得齿轮的三维模型如图2所示。

2.方法二：参数化设计
参数化建模过程如下。
(1)添加齿轮的参数及初值。在Pro/ENGINEER中新建一个名称为“gear”的零件，进入实体模块。选取下拉菜单“工具”→“参数”，在弹出的“参数”对话框中根据表1中的数值添加齿轮的参数及初值：模数M=4mm，齿数Z=20，齿厚B=20mm，压力角ANGLE=20°。
(2)绘制4个圆。单击“基准曲线”按钮，草绘任意直径的4个圆。即齿轮的齿根圆、基圆D、分度圆和齿顶圆。其中的尺寸代号()，因做图顺序的不同而不同。
(3)创建关系式。单击下拉菜单“工具”→“关系”命令，在零件模型中创建如图3所示的关系式，并校核关系式的正确性，同时输出关系并且保存。

(4)由渐开线方程创建渐开线。单击“插入基准曲线”按钮，选择“从方程”→“完成”，选择笛卡尔坐标系，输入渐开线参数方程创建基准曲线。渐开线方程如下。
r=d1/2
theta=t*90
x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*(pi/180)
y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*(pi/180)
z=0
(5)拉伸所创建的渐开线为曲面。选择“插入”→“拉伸”命令，设置草绘面为FRONT基准面，参照平面为RIGHT基准面，拉伸曲面深度为20mm()。
(6)延伸曲面。选择下拉菜单“编辑”→“延伸”命令，选择延伸方式为“切线”，延伸距离为10mm()。
(7)创建镜像曲面。选取TOP和RIGHT基准面为参照，创建基准轴A_1。选取分度圆曲线和曲面为参照，在它们交点处产生基准点PNT0。选取基准点PNT0和基准轴A_1为参照，均设置为“穿过”创建基准平面DTM1。选取基准平面DTM1为参照，设置为“偏移”，旋转角度为-10°()，设置“穿过”基准轴A_1，创建基准平面DTM2。选择“编辑”→“镜像”命令，选取基准平面DTM2为镜像平面，镜像之前所拉伸的曲面。并合并这两个曲面。
(8)创建拉伸曲面。选择“插入”→“拉伸”命令，设置草绘面为FRONT基准面，参照平面为RIGHT基准面，拉伸曲面深度为20mm()。
(9)阵列齿形曲面。阵列角度为18°。
(10)合并实体化曲面。将拉伸曲面与阵列曲面合并，得到如图4所示齿轮曲面。拉伸齿顶圆曲线至深度20mm处，再次合并齿轮曲面与齿顶圆曲面，然后进行实体化，得到齿轮模型如图5所示。利用编程的方法进行参数的输入控制，并验证程序设计效果。

(11)通过编程对参数进行输入控制。选择“工具”→“程序”命令，在弹出的“菜单管理器”中选择“编辑设计”，在弹出的“记事本”中的INPUT和ENDINPUT语句间加入如图6所示内容。