1、基于 ProE5.0 渐开线变位圆柱直齿轮的参数化设计引言参数化设计方法相对传统的方法最大的优点在于存储了设计的整个过程，能设计出一系列复杂多变的产品模型，比如齿轮、蜗轮蜗、丝杠、珠承等。参数化设计最大的好处就是使工程人员通过改变几个参数就能生成一个系列中多种零件来，对设计人员来说减少了设计过程中不必要的重复劳动，提高了工作效率。关于齿轮参数化设计的资料也不少，但大部分都是标准齿轮的设计，很少有渐开线变位齿轮的设计资料，本设计与以往不同的是：增加了齿轮变位系数参数，增加了齿顶圆、齿根圆与变位系数的关系式，从新调整参数方程，最终形成具有变位功能的齿轮实体模型。本设计主要在三维工程软件 pro/E
2、NGINEER Wildfire5.0 版本下进行，因为很少有以pro/ENGINEER Wildfire5.0 版本为平台来介绍渐开线变位圆柱直齿轮的参数化设计的资料，随着新版本新技术的不断更新，越来越多的年轻技术人员更容易接受新版本，而在新版本中更容易接受新的知识，所以本设计选择了较高的设计版本，也是本设计追求原创的一个重要理由。此设计也是本人在设计工作中的一部分浅薄的工作经验，拿出来和大家交流分享，希望大家给与批判指正。直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸关系齿数 Z 一个齿轮的轮齿总数。模数 M 以 z 表示齿轮的齿数，那么齿轮的分度圆周长 =d = z p。因此分度圆直径为：d=(p/)z,
3、式中：p/称为齿轮的模数，用 m 表示，即要使两个齿轮能啮合，它们的齿距必须相等。因此互相啮合的两齿轮的模数 m 必须相等。从 d = mz 中可见，模数 m 越大，轮齿就越大；模数 m 越小，轮齿就越小。模数 m 是设计、制造齿轮时的重要参数。不同模数的齿轮，要用不同模数的刀具来加工制造。为了便于设计和减少加工齿轮的刀具数量，GBI357一78对齿轮的模数 m 已系列化，如下表所示。在选用模数时，应优先采用第一系列的模数，其次是第二系列，括号内的尽可能不用。(啮合角、齿形角） 在节点 P 处，两齿廓曲线的公法线与两节圆的公切线所夹的锐角称啮合角，也称压力角。我国采用的压力角 a 一般为20，
4、加工齿轮的原始基本齿条的法向压力角称齿形角。因此，压力角 a=啮合角= 齿形角。当标准直齿圆柱齿轮的模数 m 确定后，按照与 m 的比例关系可算出轮齿的各基本尺寸。渐开线变位圆柱直齿轮的参数化设计过程第一步：设置参数1、 启动软件新建文件给文件起名取消窗体下方的“使用缺省模板”前的“” “确定”选择“mmns-par-solid ”(公制) “确定” 。2、 “工具” “参数” “参数” “添加参数”并一次添加入图 1 的参数“确定” 。图 1参数字母含义如下:m-模数 z-齿数 ang-压力角 b- 齿轮厚度 da-齿顶圆直径 df-齿根圆直径 hax-定义齿高系数 cx-定义齿顶系数 x-
5、变位系数第二步：设置圆柱齿轮的基本尺寸关系1、 “工具” “关系”在“关系”编辑窗口键入HA=(HAX+X)*MHF=(HAX+CX-X)*M（ 这就是变位系数与齿顶圆、齿根圆的关系式 ）如图 2 “确定” 。图 22、以 FRONT 面为草绘平面进行“草绘”绘制四个圆，直径分别为100、120、140、160， 如下图 3绘制完按“”确定。图 33、 “工具” “关系”在“关系”编辑窗口键入D=M*ZDA=D+2*HADB=D*COS(ang)DF=D-2*HFd2=Dd1=DBd0=DFd3=DA（ 这一部分程序就是本设计的一大特点 ）如图 4 “确定”按“再生”按钮（如图 5） 。图 4
6、图 5参数公式含义如下:定义分度圆直径 d=m*z； 定义齿顶圆直径 da=(z+2*ha)*m ； 定义齿根圆直径 df=(z-2*(ha+c)*m；定义基圆直径 db=m*z*cos(ang)第三步：绘制渐开线齿轮轮廓曲线1、点击“曲线”选择“从方程” （如图 6）在绘图区域点选中心坐标选择“笛卡儿” 坐标进入程序编辑器。2、在程序编辑器输入如下方程：如图 7r=DB/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0（ 此方程是渐开线的坐标参数方程 ）
7、 图 63、编写完成后保存并推出 “确定” ，这样就会在绘图窗口产生一条曲线。4、以 RIGHT 面和 TOP 面为参考创建中心轴A-1以分度圆和曲线为参照绘制如图 8的参考点 PNT0以点 PNT0 和中心轴 A-1为基准创建平面 DTM1DTM1 平面为基准以中心坐标为轴旋转创建齿廓中心面 DTM2，如图 8 所示。这些基准点、基准轴、基准面的创建具体操作可参考 pro/ENGINEER Wildfire5.0 的有关学习教程，由于篇数有限这里不作详细说明。 图 7 5、打开如图 4 的“关系”窗口 在 d3=D 下面输入：d6=360/(4*Z) “确定”按“再生”按钮（如图 5） 。说
8、明，其实这个角度应该用 变位后的角度来画因为 s 变了所以 d6=（pi+4*pi*tan(ang)）/(pi*z)*906、将渐开线以 DTM2 为中心平面创建“镜像”特征，生成对称的渐开线，创建齿廓。图 8第四步：绘制渐开线齿轮单齿实体1、拉伸实体在实体放置选择以FRONT 面为草绘平面进行“草绘”使用如图 9 的“使用”工具在使用边上点选“环”在绘图区域选择最里面的圆（齿根圆直径）完成草图拉伸长度初始设为 15。2、打开如图 4 的“关系”窗口在d6=360/(4*Z) 下面输入：d7=B “确定”按“再生”按钮（如图 5） ，这样就生成圆柱齿轮的齿根圆实体。 图 93、拉伸实体在实体放
9、置选择以FRONT 面为草绘平面进行“草绘”点选标题栏上面的“草绘”点选“草绘”里面的“参考”在绘图区域同时选择最里面的圆（齿根圆直径） 、最外面的圆（齿顶圆直径） 、两条曲线（齿廓） 、DTM2 平面（齿廓中心面 ）为参考使用如图 9 的“使用”工具在绘图区域选择最里面的圆（齿根圆直径） 、最外面的圆（齿顶圆直径） 、两条曲线（齿廓）在两条曲线附近绘制与齿根圆相切的两个小圆，连个小圆同时与两条曲线（齿廓）的 图 10延长线相切，如图 10 所示采用“修剪”工具修剪多余的线段，只留下齿轮的齿廓形状，如图 11绘制完按“”确定拉伸长度初始设为 15。4、打开如图 4 的“关系”窗口 在 d7=B
10、 下面输入：d8=BIF HAX=1D9=0.38*MENDIF （ 这是一个条件语句，描绘的是齿根过渡倒圆的大 图 11小，仔细体会这些程序 ）如图 12 所示 “确定”按“再生”按钮，生成的实体图形如图 13 所示。 图 12图 13第五步：创建渐开线变位圆柱齿轮实体模型 图 141、选择“拉伸 2”如图 14 所示点选主菜单“编辑”菜单点选“复制”再点选“编辑”菜单点选“选择性粘贴” ，自动打开了“选择性粘贴”的对话框如图 15 所示选择“仅尺寸和注释元素细节”选择“对副本应用移动/旋转变换” “确定”进入选择粘贴的窗口如图 16 所示选择轴“A-1”作为旋转轴，并在 “变换”菜单下的“
11、设置”下选择“旋转”初始旋转角为“30” ，如图 15 所示点击右上角“”表示完成。图 15 图 162、打开如图 4 的“关系”窗口 在 ENDIF 下方输入：d60=360/Z “确定”按“再生”按钮，生成的实体如图 17。图 173、 点选“以移动副本 1”以中心轴“A-1”为中心进行 “矩阵” ，其余皆为默认值打开如图 4 的“关系”窗口在 d60=360/Z 下方输入：d65=360/ZP68=Z-1 “确定”按“再生”按钮，生成的最终实体实体如图 18。图 18 图 19第六步：输入新的参数观察渐开线变位圆柱齿轮实体模型变化1、 “工具” “参数” ，输入如图 19 的新参数：模数“M”实数值由原来的“1.5”改为“2” 齿数“Z”实数值由原来的“17”改为“20”变为系数“X”实数值由原来的 “0”改为“0.2”确定按“再生”按钮，生成的最终实体实体如图 20。2、根据这种参数的变化仔细观测实体模型的变化。结论本文重点阐述了应用 pro/ENGINEER Wildfire5.0 建立渐开线圆柱变为直齿轮的参数化建模的整个过程，描述了参数化设计的方法。给我们的工程技术人员提供了建立参数化模型库的第一手资料，通过输入不同的参数自动生成不同的建立渐开线圆柱变为直齿轮模型，给以后的工作带来较大方便。
