1、280【内容】本章将介绍在 CATIA V5R12 中进行空间曲面类零件建模的方法，主要练习复杂图形的草图绘制方法及拉伸成形、拉伸切割等特征造型工具的使用方法。【实例】实例 1：创建空间曲面类零件蜗杆。实例 2：创建空间曲面类零件链轮。实例 3：创建空间曲面类零件齿轮。【目的】通过本章的学习，使用户了解在 CATIA V5R12 中进行简单的空间曲面类零件建模的方法，掌握空间曲面类零件建模的一般规律。8.3 渐开线圆柱齿轮渐开线圆柱齿轮是最常用的传动件。渐开线圆柱齿轮轮齿的齿廓曲线为渐开线。渐开线的方程式可用直角坐标方程式和极坐标方程式表示，在这里应用于齿轮实体建模的过程中，使用极坐标方程式表
2、示比较方便。渐开线的极坐标方程式为 kkbkinvrtacos根据此方程式便可以进行渐开线齿廓曲线草图的绘制及渐开线圆柱齿轮造型设计（具体计算可查阅机械设计手册渐开线函数表） 。在这里介绍模数为 5mm、齿数为 19 的齿轮轴及相同模数、齿数为 51 的直齿圆柱齿轮的实体造型方法。8.3.2 大齿轮成形的齿轮如图 8.163 所示。其建模操作步骤如下：1拉伸成形齿轮本体（1）单击如图 8.164 所示的“File（文件） ”下拉菜单，选择 “New（新建） ”命令，在如图 8.165 所示的对话框中选择“Part（零件） ”选项，进入零件设计模块。281图 8.163 齿轮实体造型 图 8.1
3、64 “文件”下拉菜单 图 8.165 选择“零件”选项（2）选择 yz 平面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画齿根圆。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图 8.166 所示。（3）草图绘制完成后，单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸成形）工具，系统显示预览画面，并在窗口中显示如图 8.167 所示的对话框。在“Type（类型） ”选项框中选择 “Dimension（特定距离） ”，在“Length（长度） ”文本框中输入 65mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“ O
4、K（确定） ”按钮，拉伸成形结果如图 8.168 所示。图 8.166 画齿根圆并标注 图 8.167 “拉伸成形”对话框 图 8.168 拉伸成形结果2渐开线齿形草图绘制（1）选择如图 8.169 所示的端面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （中心线）工具，画水平、垂直中心线。单击草图绘制工具栏中的 （几何模式）工具，启用几何模式。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画基圆、分度圆。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图 8.170 所示。282（2）单击草图绘制工具栏中的 （几何模式）工具，关闭几何模式。单击轮廓工具栏
5、中的 （圆）工具画齿根圆、齿顶圆。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，结果如图 8.171 所示。图 8.169 选择绘图平面 图 8.170 画基圆、分度圆 图 8.171 画齿根圆、齿顶圆（3）单击轮廓工具栏中的 （样条曲线）工具，用描点法绘制如图 8.172 所示的曲线，描点法选点的多少将影响渐开线的准确程度，选择的点数可随意确定。（4）使用机械设计手册中的渐开线函数表查阅并计算各点的极坐标值，如表 8.1所示。双击如图 8.173 所示曲线上的点，在如图 8.174 所示的对话框的极坐标文本框内输入新值，直接改动点的位置即可。用描点法画出的渐开线如图 8.175 所示。图 8.
6、172 用描点法绘制曲线 图 8.173 双击曲线上的点 图 8.174 输入点的极坐标值表 8.1 各点的极坐标值取点 极径 rb /mm 极角 /P1 119.81 90P2 121.65 90.103P3 124.04 90.35P4 127.5 90.854P5 129.22 91.15P6 132.2 91.72P7 135.69 92.465（5）单击轮廓工具栏中的 （中心线）工具，将坐标原点与渐开线在分度圆上的点连283线，并过坐标原点画一条中心线作为渐开线齿廓的对称中心线，如图 8.176 所示。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注两中心线间的夹角，再修改尺寸，确定渐开线齿廓
7、的对称中心线位置，结果如图 8.177 所示。图 8.175 用描点法画曲线 图 8.176 画中心线 图 8.177 标注两中心线间的夹角（6）单击操作工具栏中的 （镜像）工具，单击用描点法绘制的渐开线曲线，并选择对称中心线，形成如图 8.178 所示的渐开线齿廓形状。（7）单击操作工具栏中的 （剪切）工具，单击如图 8.179 所示的渐开线上欲保留部分 1 处及齿根圆上欲保留部分 2 处，选定的边线以高反差的颜色显示，并自动删除多余部分。单击如图 8.180 所示的圆弧上部欲保留部分 3 处及渐开线上欲保留部分 1 处，多余部分线条被自动删除。用同样的方法完成其它位置草图的修剪，结果如图
8、8.181 所示。图 8.178 形成渐开线齿廓 图 8.179 选择 1、2 处边线 图 8.180 选择 1、3 处边线3齿轮轮齿成形（1）草图绘制完成后，单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸成形）工具，系统显示如图 8.182 所示的预览画面，并在窗口中显示如图 8.183所示的对话框。在“Type（类型） ”选项框中选择“Dimension（特定距离） ”，在“Length（长度） ”文本框中输入 65mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“OK（确定） ”按钮，完成拉伸成形操作。284图 8.181 草图修剪结果 图 8.182 拉伸成形预览画面 图
9、8.183 “拉伸成形”对话框（2）在模型树上选择拉伸成形的实体，单击变换特征工具栏中的 （圆形阵列）工具，系统显示如图 8.184 所示的“设定阵列方式”对话框，在“Parameters（参数） ”选项框中选择“Instance（ s）&angular spacing（实体数与角度间隔） ”，在“Instance（s） （阵列个数） ”文本框中输入 51，在“Angular Spacing（角度间隔） ”文本框中输入 7.059，然后单击圆柱面作为参考面，此时系统将会显示阵列预览画面，如图 8.185 所示。若位置正确，单击“OK（确定） ”按钮，圆形阵列结果如图 8.186 所示。图 8.
10、184 “设定阵列方式”对话框 图 8.185 阵列预览画面 图 8.186 圆形阵列结果4凸台成形（1）选择如图 8.187 所示的端面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画圆。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图 8.188 所示。285图 8.187 选取绘图平面 图 8.188 绘制草图并标注尺寸（2）草图绘制完成后，单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸成形）工具，系统显示如图 8.189 所示的预览画面，并在窗口中显示如图 8.190所示的对话框。在“Type（类型）
11、”选项框中选择“Dimension（特定距离） ”，在“Length（长度） ”文本框中输入 15mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“OK（确定） ”按钮。拉伸成形结果如图 8.191 所示。5中心孔成形（1）选择如图 8.192 所示的端面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画圆，单击 （矩形）工具画矩形，绘制完成的草图如图 8.193 所示。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图 8.194 所示。图 8.189 拉伸成形预览画面 图 8.190 “拉伸成形”对话框 图 8.191 拉伸成形结果图
12、 8.192 选择绘图平面 图 8.193 草图绘制 图 8.194 修改尺寸286（2）单击操作工具栏中的 （剪切）工具，用鼠标选择欲保留部分，选定的边线以高反差的颜色显示，并自动删除多余部分，形成全封闭图形，结果如图 8.195 所示。（3）单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸切割）工具，系统显示如图 8.196 所示的对话框。在“Type（类型） ”选项框中选择“Up to next（成形至下一面） ”，预览画面如图 8.197 所示。若预览画面中显示的拉伸切割方向不正确，则显示如图 8.198 所示的提示框。单击对话框中的“Reverse Direction
13、（反向） ”按钮，然后单击“OK（确定） ”按钮，完成拉伸切割操作。图 8.195 形成全封闭图形 图 8.196 “拉伸切割”对话框 图 8.197 拉伸成形预览画面图 8.198 提示框6凹槽成形（1）单击如图 8.199 所示的齿轮端面作为基准面，然后单击参考元素工具栏中的（ 参考平面）工具，系统显示如图 8.200 所示的对话框，在“Offset（偏移距离） ”文本框中输入 32.5mm，如图 8.201 所示。单击“OK（确定） ”按钮，完成的基准面就是一个相对齿轮端面偏置的平面。287图 8.199 单击齿轮端面 图 8.200 “参考平面”对话框 图 8.201 平面偏置（2）选
14、择 yz 平面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画圆。单击约束工具栏中的 （约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图 8.202 所示。（3）单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸切割）工具，系统显示如图 8.203 所示的对话框。在“Type（类型） ”选项框中选择“Dimension（特定距离） ”，在 “Depth（深度） ”文本框中输入 15mm，预览画面如图 8.204所示。若拉伸切割方向正确，单击“OK（确定） ”按钮，完成拉伸切割操作，结果 如图8.205 所示。图 8.202 修改尺寸 图
15、 8.203 “拉伸切割”对话框 图 8.204 拉伸切割预览画面（4）在模型树上选择拉伸切割成形的实体，选择完成后如图 8.206 所示。单击特征工具栏中的 （镜像）工具，系统显示如图 8.207 所示的对话框，选择基准面 1 作为镜像对称面，系统显示镜像预览画面，单击“OK（确定） ”按钮完成镜像操作，结果如图 8.208 所示。图 8.205 拉伸切割结果 图 8.206 选择实体 图 8.207 “镜像”对话框288图 8.208 镜像结果（5）选择如图 8.209 所示的凹槽平面作为绘图平面，单击 （草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的 （圆）工具画圆。单击约束工具栏
16、中的 （约束）工具，标注并修改尺寸，结果如图 8.210 所示。图 8.209 选择绘图平面 图 8.210 画圆并修改尺寸（6）单击 （退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的 （拉伸切割）工具，系统显示如图 8.211 所示的对话框。在“Type（类型） ”选项框中选择“Up to next（成形至下一面） ”，预览画面如图 8.212 所示。若拉伸切割方向正确，单击“OK （确定）”按钮，完成拉伸切割操作，结果如图 8.213 所示。289图 8.211 “拉伸切割”对话框 图 8.212 拉伸切割预览画面 图 8.213 拉伸切割结果（7）在模型树上选择拉伸成形的实体，单击变换
17、特征工具栏中的 （圆形阵列）工具，系统显示如图 8.214 所示的“设定阵列方式”对话框。在“Parameters（参数） ”选项框中选择“Instance（ s）&angular spacing（实体数与角度间隔） ”，在“Instance（s） （阵列个数） ”文本框中输入 4，在“Angular Spacing（角度间隔） ”文本框中输入 90，然后单击圆柱面作为参考面，此时系统将会显示阵列预览画面，如图 8.215 所示。若位置正确，单击“OK（确定） ”按钮，圆形阵列结果如图 8.216 所示。图 8.214 “设定阵列方式”对话框 图 8.215 阵列预览画面 图 8.216 圆形
18、阵列结果7倒角特征（1）单击特征工具栏中的 （倒圆角）工具，用鼠标选择欲产生圆角处，选定的边线以红色显示，如图 8.217 所示。系统显示如图 8.218 所示的对话框，在“Radius（半径） ”文本框中输入 5mm，指定圆角半径，单击“OK（确定） ”按钮，产生圆角的大齿轮如图 8.219所示。（2）单击特征工具栏中的 （倒角）工具，系统显示如图 8.220 所示的对话框。在“Mode（模式） ”选项框中选择 “Length1/Angle（长度/角度） ”，在“Length1（长度） ”文290本框中输入 1mm，在“Angle（角度） ”文本框中输入 45，用鼠标选择需倒角的边线，如图 8.221 所示。单击“OK（确定） ”按钮，完成倒角特征设计。（3）在“Tools（工具） ”下拉菜单中，依次单击 “Hide（隐藏） ”“All Plane（所有参考面） ”命令，隐藏基准面。最终完成的齿轮实体造型如图 8.222 所示。图 8.217 选择欲产生圆角处 图 8.218 “倒圆角”对话框 图 8.219 产生圆角的大齿轮图 8.220 “倒角”对话框 图 8.221 选择需倒角的边线 图 8.222 齿轮实体造型
