王舒菲 董秀萍

（北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京 100048）

ProE5.0的直齒圓柱齒輪的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)

王舒菲 董秀萍

（北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京 100048）

運(yùn)用三維ProE5.0軟件，提供一種漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行快速簡(jiǎn)單建模，充分利用軟件參數(shù)化建模獨(dú)特的特點(diǎn)，并通過(guò)其自身再生功能創(chuàng)建新的齒輪模型，縮短了齒輪傳動(dòng)零件研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)成本。

ProE5.0；直齒圓柱齒輪；參數(shù)化設(shè)計(jì)

齒輪，作為一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件，在建模上不僅要保證其精確度，而且當(dāng)改變其主要參數(shù)時(shí)，整個(gè)齒輪又需重新建模，因而建模過(guò)程很繁瑣。利用ProE5.0三維制圖軟件能夠簡(jiǎn)化這一問(wèn)題，不僅能保證齒輪的精確度，還能實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化造型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)齒輪的一系列造型設(shè)計(jì)，為模型設(shè)計(jì)者減少了大量繁重的工作，減少設(shè)計(jì)時(shí)間及成本，也減少了電腦信息的儲(chǔ)存量。運(yùn)用Pro E5.0進(jìn)行齒輪的建模，為齒輪在設(shè)計(jì)、制造加工及CAE提供一個(gè)便利的平臺(tái)，體現(xiàn)了CAD/CAM/CAE一體化的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)以漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪為例介紹直齒輪的一種參數(shù)化造型方法。

1 ProE5.0簡(jiǎn)介

Pro/ENGINEER，簡(jiǎn)稱Pro/E，由美國(guó)PTC公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)，到結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，再到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程，其中還包括了大量的電纜及管道布線、模具設(shè)計(jì)與分析等實(shí)用模塊。在機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Mechanical Design Automation，MDA）方面，Pro/E通過(guò)參數(shù)化及面向零件的3D實(shí)體模型設(shè)計(jì)制作技術(shù)，徹底改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，為航空航天、汽車(chē)、機(jī)械、數(shù)控（Numerical Control，NC）加工和電子等諸多工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供一條革命性的途徑［1］。

2 基于Pro/E的直齒輪參數(shù)化的基本原理

直齒圓柱齒輪，由一圓柱體上通過(guò)漸開(kāi)線形成的若干漸開(kāi)線輪齒組成。其中，直齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成包括：①法面齒廓曲線，齒輪輪廓法面齒廓由2條漸開(kāi)線曲線齒廓，即齒頂圓圓弧和齒根圓圓弧組成；②齒廓曲面，可視為法面齒廓垂直軸線，沿平行圓中心軸線的方向掃描形成。一個(gè)直齒圓柱齒輪可看成在基圓柱體上的Z個(gè)齒廓曲面圓周陣列而成，轉(zhuǎn)角為360°/Z。

3 參數(shù)化直齒輪的建模過(guò)程

3.1 直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)

直齒圓柱齒輪各部分名稱及尺寸代號(hào)及計(jì)算公式見(jiàn)表1。

3.2 漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程

以某齒輪參數(shù)為例，模數(shù)m=2.5，齒數(shù)z=125，壓力角α=20°，齒寬width=80mm。

①打開(kāi)Pro E5.0軟件，點(diǎn)擊“文件”菜單中的“新建”命令，選擇“零件”“實(shí)體”選項(xiàng)，輸入名稱“gear”，可使用缺省模板，也可根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的單位，點(diǎn)擊“確定”進(jìn)入繪圖界面。

表1 直齒圓柱齒輪各部分名稱及尺寸代號(hào)及計(jì)算公式

②點(diǎn)擊“工具”菜單中的“參數(shù)”命令進(jìn)入關(guān)系對(duì)話框，新建如下局部參數(shù)：m——法面模數(shù)；z——齒數(shù)；α——壓力角；width——齒寬；da——齒頂圓直徑；d——分度圓直徑；db——基圓直徑；df——齒根圓直徑；h——齒高；ha——齒頂高；hf——齒根高；p——齒距；s——齒厚；e——齒槽寬。部分主要參數(shù)初始化如下：m=2.5，z=125，α=20°，width=90mm。其余各參數(shù)選擇默認(rèn)值。

③繪制齒輪坯。點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)”，草繪如圖1所示的輪廓，點(diǎn)擊“工具”菜單中的“關(guān)系”進(jìn)入對(duì)話框，如圖1所示，在對(duì)話框中輸入以下關(guān)系式：sd6=width，sd10= 0.25*width，sd9=m*(z+2.5)，得到齒輪坯。

圖1 繪制齒輪坯

④繪制鍵槽及減重圓孔，點(diǎn)擊“拉伸”，以標(biāo)準(zhǔn)輪廓拉伸實(shí)體切除得到齒輪毛坯實(shí)體。

⑤繪制直齒輪的4個(gè)尺寸基準(zhǔn)圓，點(diǎn)擊“草繪”命令，以默認(rèn)坐標(biāo)系中心為圓心按從大到小繪制4個(gè)同心圓，點(diǎn)擊“工具”菜單中的“關(guān)系”進(jìn)入關(guān)系對(duì)話框，輸入以下關(guān)系表達(dá)式：

⑥繪制基圓漸開(kāi)線。點(diǎn)擊“曲線”，選擇坐標(biāo)系，坐標(biāo)系類型選擇笛卡爾坐標(biāo)系，在方程定義對(duì)話框中輸入以下表達(dá)式：

⑦繪制齒輪齒槽斷面。點(diǎn)擊“草繪”，建立鏡像平面，利用“鏡像”命令繪制另一條漸開(kāi)線，并完成齒槽斷面的繪制，如圖2所示。

圖2 齒槽斷面繪制

⑧繪制齒槽。點(diǎn)擊“拉伸”，利用上述的齒槽截面拉伸切除齒輪坯，得到齒槽。

⑨陣列齒槽。選中⑧所繪制的齒槽，點(diǎn)擊“陣列”，在“陣列”命令對(duì)話框中選擇“軸”陣列，陣列參數(shù)：成員數(shù)為125，角度為360°/z，點(diǎn)擊“工具”菜單中“關(guān)系”進(jìn)入對(duì)話框，輸入關(guān)系表達(dá)式：p40=z。

3.3 直齒輪建模的參數(shù)化運(yùn)行

完成上述參數(shù)化建模的程序編輯后，對(duì)程序進(jìn)行保存。重新將模型打開(kāi)，用戶根據(jù)需要，在“工具”菜單下“參數(shù)”命令對(duì)話框中輸入新的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角及齒寬等參數(shù)，然后在執(zhí)行“再生”命令，ProE5.0系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行該程序，從而形成新的直齒圓柱齒輪，實(shí)現(xiàn)了直齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

以上就是直齒輪三維造型的一種方法，該方法不僅能適用于直齒輪，而且適用于所有類型的齒輪。這種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法不但能保證齒輪三維模型的精確性，而且只要改變其中重要參數(shù)，就能通過(guò)程序再生出新的符合要求的齒輪，為設(shè)計(jì)者減少了重復(fù)勞動(dòng)量，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者通過(guò)該方法得到了精確的三維模型，也可借助此方法建立各零部件的模型庫(kù)，為后期各種傳動(dòng)仿真分析及數(shù)控加工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版5.0工程圖教程（修訂版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

The Three-dimensional Parametric Design of Spur Gear Based on ProE5.0

Wang ShufeiDong Xiuping
（School of Materials Science and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048）

Using three-dimensional ProE5.0 software,a parametric design method of involute spur gear was provided for quick and easy modeling,by making full use of the unique characteristics of the software parametric modeling, and creating a new gear model through its own regeneration function,the time of research and design of gear transmission parts was shortened,the design cost was also reduced.

Pro E5.0；spur gears；parametric design

TH13

A

1003-5168（2016）11-0039-02

2016-10-11

王舒菲（1993-），男，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。