1、CREO2.0 参数化设计齿轮零件齿轮传动是最重要的机械传动之一。齿轮零件具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等优点。因而齿轮零件应用广泛，同时齿轮零件的结构形式也多种多样。根据齿廓的发生线不同，齿轮可以分为渐开线齿轮和圆弧齿轮。根据齿轮的结构形式的不同，齿轮又可以分为直齿轮、斜齿轮和锥齿轮等。本章将详细介绍用 Pro/E 创建标准直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、圆弧齿轮以及蜗轮蜗杆的设计过程。3.1 直齿轮的创建3.1.1 渐开线的几何分析图 3-1 渐开线的几何分析渐开线是由一条线段绕齿轮基圆旋转形成的曲线。渐开线的几何分析如图 3-1 所示。线段 s 绕圆弧旋转，其一端点 A 划过的一条轨迹即
2、为渐开线。图中点（x1,y1）的坐标为：x1=r*cos(ang),y1=r*sin(ang) 。(其中 r 为圆半径，ang 为图示角度)对于 Pro/E 关系式，系统存在一个变量 t，t 的变化范围是 01。从而可以通过（x1,y1）建立（x,y）的坐标，即为渐开线的方程。ang=t*90s=(PI*r*t)/2x1=r*cos(ang)y1=r*sin(ang)x=x1+(s*sin(ang)y=y1-(s*cos(ang)z=0以上为定义在 xy 平面上的渐开线方程，可通过修改 x，y，z 的坐标关系来定义在其它面上的方程，在此不再重复。3.1.2 直齿轮的建模分析本小节将介绍参数化创
3、建直齿圆柱齿轮的方法，参数化创建齿轮的过程相对复杂，其中要用到许多与齿轮有关的参数以及关系式。直齿轮的建模分析（如图 3-2 所示）：（1）创建齿轮的基本圆这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。（2）创建渐开线用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线，本章的第一小节分析了渐开线方程的相关知识。（3）镜像渐开线首先创建一个用于镜像的平面，然后通过该平面，镜像第 2 步创建的渐开线，并且用关系式来控制镜像平面的角度。（4）拉伸形成实体拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。这一步是创建齿轮的关键步骤。（5）阵
4、列轮齿将上一步创建的轮齿进行阵列，完成齿轮的基本外形。这一步同样需要加入关系式来控制齿轮的生成。（6）创建其它特征创建齿轮的中间孔、键槽、小孔等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸。图 3-2 齿轮的建模分析3.1.3 直齿轮的建模过程1输入基本参数和关系式（1）单击 ，在新建对话框中输入文件名“gear”,然后单击 ；（2)在主菜单上单击 “工具” “参数” ，系统弹出“参数”对话框，如图 3-3 所示；图 3-3 “参数”对话框（3）在“参数”对话框内单击 按钮，可以看到“参数”对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值、和说明等。需要输入的参数如表 3-1 所示；名称 值 说明 名称
5、 值 说明M 3 模数 DB _ 基圆直径Z 25 齿数 DF _ 齿根圆直径ALPHA 20 压力角 D _ 分度圆直径HAX 1 齿顶高系数 DD0 _ 凹槽直径CX 025 顶系系数 BB0 _ 凹槽深度B 10 齿轮宽度 DD1 15 轴孔直径HA _ 齿顶高 LL1 _ 键槽高HF _ 齿根高 LL2 _ 键槽宽X 0 变位系数 LL3 _ 小孔到原点DA _ 齿顶圆直径 DD2 _ 小孔直径表 3-1 创建齿轮参数注意：表 3-1 中未填的参数值，表示是由系统通过关系式将自动生成的尺寸，用户无需指定。完成后的参数对话框如图 3-4 所示：图 3-4 “参数”对话框（4）在主菜单上依
6、次单击“工具”“关系” ，系统弹出“关系”对话框，如图 3-5所示；（5）在“关系”对话框内输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系。由这些关系式，系统便会自动生成表 3-1 所示的未指定参数的值。输入的关系式如下：ha=(hax+x)*mhf=(hax+cx-x)*md=m*zda=d+2*hadb=d*cos(alpha)df=d-2*hf完成后的“关系”对话框如图 3-5 所示；图 3-5 “关系”对话框2创建齿轮基本圆（1）在工具栏内单击 按钮，系统弹出“草绘”对话框；（2）选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“
7、左” ，如图 3-6 所示。单击【草绘】进入草绘环境；图 3-6 “草绘”对话框（3）在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制一个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸。在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；（4）在模型中右键单击刚刚创建的草图，在弹出的快捷菜单中单击选取 “编辑” ；（5）在主菜单上依次单击 “工具” “关系” ，系统弹出关系对话框，如图 3-7 所示；（6）在“关系”对话框中输入尺寸关系如下：D11=d其中 D11 为圆的直径尺寸代号，注意尺寸代号视具体情况会有所有同。d 为用户自定义的参数，即为分度圆直径。通过该关系式创建的圆即为分度圆；图 3-7 “关系”对话框（7）继续在工具
8、栏内单击 按钮，系统弹出“草绘”对话框；（8）在“草绘”对话框内单击 按钮，进入草绘环境；（9）在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制一个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸。在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；（10）在模型中右键单击刚刚创建的草图，在弹出的快捷菜单中单击选取 “编辑” ；（11）在主菜单上依次单击 “工具” “关系” ，系统弹出关系对话框；（12）在“关系”对话框中输入尺寸关系如下：D12=da其中 D12 为圆的直径尺寸代号，da 为用户自定义的参数，即为齿顶圆直径。通过该关系式创建的圆即为齿顶圆；（13）重复 712 步骤，创建另外两个齿轮的基本圆，分别为齿根圆和基圆，基
9、中齿根圆的尺寸关系式为：D13=df基圆的尺寸代号为：D14=db完成后的基本圆曲线如图 3-8 所示，完成后的“关系”对话框如图 3-9 所示。图 3-8 完成后的基本圆曲线图 3-9 完成后的关系式3创建渐开线（1）依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “曲线” ，或者在工具栏上单击 按钮，系统弹出“曲线选项”菜单管理器，如图 3-10 所示；图 3-10 “曲线选项”菜单管理器（2）在“曲线选项”菜单管理器上依次单击 “从方程” “完成” ，弹出“得到坐标系”菜单管理器，如图 3-11 所示；图 3-11“得到坐标系”菜单管理器（3）在绘图区单击选取系统坐标系为曲线的坐标系，弹出“
10、设置坐标类型”菜单管理器，如图 3-12 所示；图 3-12 “设置坐标系类型”菜单管理器（4）在“设置坐标类型”菜单管理器中单击 “笛卡尔” ，系统弹出一个记事本窗口；（5）在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：ang=90*tr=db/2s=PI*r*t/2xc=r*cos(ang)yc=r*sin(ang)x=xc+s*sin(ang)y=yc-s*cos(ang)z=0渐开线的创建是齿轮创建过程中的一个难点，渐开线方程的推导已经在本章第一节中做了详细的介绍；（6）保存数据，退出记事本，单击“曲线：从方程”对话框中的【确定】 ，如图 3-13所示；图 3-13“曲线：从方程”对话框（
11、7）完成后的曲线如图 3-14 所示；图 3-14 完成后的渐开线4镜像渐开线（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “点” “点” ，系统弹出“基准点”对话框，如图 3-15 所示；图 3-15“基准点”对话框（2）单击分度圆曲线作为参照，按住 Ctrl 键，单击渐开线作为参照，如图 3-16 所示。在“基准点”对话框内单击 【确定】 ，完成基准点“PNT0”的创建；图 3-16 选取参照曲线（3）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “轴” ，系统弹出“基准轴”对话框，如图 3-17 所示；（4）在绘图区单击选取“TOP”
12、面作为参考平面，按住 Ctrl 键，单击选取“RIGHT”面作为参考，在“基准轴”对话框内单击【确定】 ，完成轴“A_1”的创建；（5）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “平面” ，系统弹出“基准平面”对话框；（6）在绘图区单击选取“A_1”轴作为参照，按住 Ctrl 键，继续单击基准点“PNT0”作为参照，如图 3-17 所示；图 3-17“基准平面”对话框（7）继续在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “平面” ，系统弹出“基准平面”对话框，如图 3-18 所示；图 3-18“基准平面”对话框（8）在绘图区单击选取刚刚创建
13、的“DTM1”面作为参考平面，按住 Ctrl 键选取“A_1”轴作为参考。在偏距文本框内输入旋转角度为 “360/（4*z） ”，系统提示是否要添加特征关系，单击 “是” ； （9）在“基准平面”对话框内单击【确定】 ，完成基准平面的创建；（10）将关系式添加到“关系”对话框。在绘图区右键单击刚刚创建的基准平面“DTM2”，在弹出的快捷菜单上单击 “编辑” 。（11）在主菜单上单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示“DTM1”面和“DTM2”面间的夹角尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：d202=360/(4*z)在“关系”
14、对话框内单击【确定】完成添加关系式；（12）在绘图区单击渐开线特征，然后在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “编辑” “镜像” 。系统弹出“镜像”特征定义操控面板，如图 3-19 所示；图 3-19“镜像”特征定义面板（13）在绘图区单击选取刚刚创建的“DTM2”平面作为镜像平面，在“镜像”特征定义操控面板内单击 按钮，完成渐开线的镜像。完成后的曲线如图 3-20 所示。图 3-20 完成后的镜像渐开线5创建齿根圆（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（2）选择“
15、FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“左” ，如图 3-21 所示。单击【草绘】进入草绘环境；图 3-21“草绘”对话框（3）在工具栏内单击 按钮，在绘图区单击选取齿根圆曲线，如图 3-22 所示。在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；图 3-22 完成齿根圆曲线（4）在“拉伸”特征定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为 B,如图 3-23 所示。回车后系统提示是否添加特征关系，单击 “是” ；图 3-23“拉伸”定义面板（5）拉伸深度自动调整到用户设置的参数 B 的值，在 “拉伸”特征定义操控面板内单
16、击 按钮，完成齿根圆的创建，完成后的齿根圆如图 3-24 所示。图 3-24 完成后的齿根圆（6）将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击齿根圆特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑” ；（7）在主菜单上单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示齿根圆厚度尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：D20=b完成后的“关系”对话框如图 3-25 所示，在“关系”对话框内单击【确定】完成添加关系式；图 3-25“关系”对话框6创建齿形（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，
17、在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（2）选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参考平面，参考方向为向“右” ，如图 3-26 所示。单击【草绘】进入草绘环境；图 3-26“草绘”对话框（3）绘制如图 3-27 所示的二维草图，在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；图 3-27 绘制二维草图（4）在“拉伸”特征定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入深度值为 B, 如图 3-28 所示。回车后系统提示是否添加特征关系，单击 “是” ；图 3-28“拉伸”定义面板（5）拉伸深度自动调整到用户设置的参数 B 的值，
18、在 “拉伸”特征定义操控面板内单击 按钮，完成轮齿的创建，完成后的轮齿如图 3-29 所示。图 3-29 完成后的轮齿（6）将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击轮齿特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑” ；（7）在主菜单上单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框。此时系统显齿顶圆基圆齿根圆分度圆两条渐开线示轮齿厚度尺寸代号和齿根圆角尺寸代号。单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：if hax=1D37=0.38*mendifif hax=1 时，D37=0.38*m，如果 hax1 时，D37=0.46*m。完成后的“关系”对话框如图 3-
19、30 所示，在“关系”对话框内单击【确定】完成添加关系式；图 3-30“关系”对话框7阵列轮齿（1）首先使用阵列命令，阵列先前创建的齿数为 2，添加特征关系到角度要求栏，如下图所示：（2）编辑上一步创建的齿，打开工具-参数，修改阵列个数：（3）点击确定，然后在工具栏上单击重生按钮 ，或者依次在主菜单上单击 “编辑” “再生” ，完成所有轮齿的创建，完成后的齿轮如图 3-37 所示。单击选取旋转轴图 3-37 完成后的轮齿8创建凹槽特征（1）首先加入关系式，在主菜单上依次单击“工具”“关系” ，系统弹出“关系”对话框，输入关系式如下：dd0=0.85*dfbb0=0.1*bll2=dd1/2ll
20、1=ll2/2ll3=(dd0-dd1)/4+dd1/2dd2=(dd0-dd1)/5（2）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（3）选择齿轮一端面作为草绘平面，如图 3-38 所示。选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“顶” ，如图 3-39 所示。单击【草绘】进入草绘环境；单击选取草绘平面图 3-38 选取草绘平面图 3-39“草绘”对话框（4）绘制如图 3-40 所示的二维草图，草图为一个直径任意的圆。在工具栏内单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框
21、，将圆直径的尺寸代号添加到关系式，关系式如下：sd0=dd0图 3-40 绘制二维草图（5）在“关系”对话框内单击【确定】 ，完成对圆直径的参数化驱动。在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；（6）在“拉伸”定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “拉伸到指定深度”按钮，在拉伸深度文本框内输入拉伸深度值为 bb0，如图 3-41 所示。回车后系统提示是否添加关系式，单击 “是” 。单击 按钮完成凹槽特征的创建；图 3-41“拉伸”定义面板（7）镜像凹槽特征。在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜上单击 “插入” “模型基准” “平面” ，系统弹出“基准平面”对话框；（8）在绘图区单击选取“FRONT
22、”面作为参考平面，在偏移距离文本框内输入偏距为b/2,回车后系统提示是否添加关系式，单击 “是” 。单击【确定】 ，完成基准平面“DTM2”的创建；图 3-42“基准平面”对话框（9）单击选取刚刚创建的凹槽特征，在在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “编辑” “镜像” ，系统弹出“镜像”特征定义操控面板，如图 3-43 所示；图 3-43“镜像”特征定义面板（10）单击选取齿轮的中间面“DTM2”面作为镜像平面，在“镜像”特征定义操控面板内单击 按钮，完成镜像特征的创建。9创建轴孔特征（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，
23、在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（2）在“草绘”对话框内单击 按钮，进入草绘环境；（3）绘制如图 3-44 所示的二维草图，在主菜单上依次单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框，输入圆的尺寸代号的关系式：sd0=dd1在“关系”对话框内单击【确定】 ，在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；图 3-44 绘制二维草图（4）在“拉伸”定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “通孔”按钮以及“去除材料”按钮，如图 3-45 所示。单击 按钮，完成轴孔的创建；图 3-45“拉伸”定义面板（5）创建键槽，继续在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “
24、拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（6）在“草绘”对话框内单击 按钮，进入草绘环境；（7）绘制如图 3-46 所示的二维草图，在主菜单上依次单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框，输入圆的尺寸代号的关系式：sd0=ll1sd2=ll2sd0 为键槽高的尺寸代号，sd2 为键槽宽的尺寸代号。在“关系”对话框内单击【确定】，在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；图 3-46 绘制二维草图（8）在“拉伸”定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “通孔”按钮以及“去除材料”按钮，如图 3-45 所示。单击 按钮，完成键槽的创建。1
25、0创建小孔（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单内单击 “插入” “拉伸” ，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框；（2）在“草绘”对话框内单击 按钮，进入草绘环境；（3）绘制如图 3-47 所示的二维草图，在主菜单上依次单击 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框，输入圆的尺寸代号的关系式：sd0=dd2sd1=ll3在“关系”对话框内单击【确定】 ，在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；图 3-47 绘制二维草图（4）在“拉伸”定义操控面板内单击选取“实体”按钮、 “通孔”按钮以及“去除材料”按钮，如图 3-45 所示。单击 按钮
26、，完成小孔的创建；（5）阵列小孔，单击选取刚刚创建的小孔特征。在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “编辑” “阵列” ，系统弹出“阵列”定义操控面板，如图 3-48 所示；图 3-48“阵列”定义面板（6）在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为阵列的参照，在“阵列”定义操控面板内输入阵列个数为“4”个，偏移角度为“90”度。单击 按钮完成小孔的阵列，完成后的特征如图 3-49 所示。图 3-49 完成后的阵列特征11创建倒角特征（1）在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “倒角” “边倒角” ，系统弹出“边倒角”特征定义操控面板，如图 3-50 所示；图 3-50“边倒
27、角”定义面板（2）在“边倒角”特征定义操控面板内输入倒角值为“1” ，单击选取如图 3-51 所示的两个边线作为倒角边，单击 按钮，完成倒角特征的创建；图 3-51 选取倒角边（3）用相同的方法，为所有圆孔创建倒角值为 0.5 的边倒角特征。至此，已经完成了用参数化方法来设计直齿圆柱齿轮。在主菜单上单击 “工具” “参数” ，系统弹出“参数”对话框，修改其中的参数值，然后在主菜单上依次单击 “编辑” “再生” ，或者在工具栏内单击 按钮，即可获得其它参数的齿轮。3.2 斜齿轮的创建本节将介绍渐开线斜齿圆柱齿轮的创建，渐开线斜齿圆柱齿轮的创建方法与渐开线直齿圆柱齿轮的创建方法相似。本节同样使用参
28、数化的设计方法，创建渐开线斜齿圆柱齿轮。3.2.1 斜齿轮的建模分析建模分析（如图 3-52 所示）：（1）输入参数、关系式，创建齿轮基本圆（2）创建渐开线（3）创建扫引轨迹（4）创建扫描混合截面（5）创建第一个轮齿（6）阵列轮齿选取两倒角边，另一条边在另一侧图 3-52 渐开线斜齿圆柱齿轮建模分析3.2.2 斜齿轮的建模过程1输入基本参数和关系式（1）单击 ，在新建对话框中输入文件名“hecial_gear”,然后单击 ；（2)在主菜单上单击 “工具” “参数” ，系统弹出“参数”对话框，如图 3-53 所示；图 3-53 参数”对话框（3）在“参数”对话框内单击 按钮，可以看到“参数”对话
29、框增加了一行，依次输入新参数的名称、值、和说明等。需要输入的参数如表 3-2 所示；名称 值 说明 名称 值 说明Mn 5 法面模数 HA _ 齿顶高Z 25 齿数 HF _ 齿根高ALPHA 20 压力角 X 0 变位系数BETA 16 螺旋角 D _ 分度圆直径B 50 齿轮宽度 DB _ 基圆直径HAX 1.0 齿顶高系数 DA _ 齿顶圆直径CX 0.25 顶系系数 DF _ 齿根圆直径表 3-2 创建齿轮参数注意：表 3-2 中未填的参数值，表示是由系统通过关系式将自动生成的尺寸，用户无需指定。完成后的参数对话框如图 3-54 所示：图 3-54“参数”对话框（4）在主菜单上依次单击
30、 “工具” “关系” ，系统弹出“关系”对话框，如图 3-55 所示；（5）在“关系”对话框内输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系。由这些关系式，系统便会自动生成表 3-2 所示的未指定参数的值。输入的关系式如下：/*齿轮基本关系式ha=(hax+x)*mnhf=(hax+cx-x)*mnd=mn*z/cos(beta)da=d+2*hadb=d*cos(alpha)df=d-2*hf完成后的“关系”对话框如图 3-55 所示；图 3-55 “关系”对话框2创建齿轮基本圆（1）在工具栏内单击 按钮，系统弹出“草绘”对话框；（2）选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“右” ，如图 3-56 所示。单击【草绘】进入草绘环境；图 3-56 “草绘”对话框（3）在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制四个任意大小的圆，并且标注圆的直径尺寸，如图 3-57 所示。在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制；
