基于proe的齿轮参数化设计系统开发_毕业论文(编辑修改稿)

基于proe的齿轮参数化设计系统开发_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

对于 PRO/E 自动标注的尺寸名字可在标注时修改 ， 以便在编辑修改时很好的识别。 2． 1 关于齿轮的参数化分析 根据齿轮设计原理。 齿轮结构及其参数是根据实际应用中的传动形式所划分的，现将齿轮做如下分类： 齿轮机构 非圆齿轮机构 圆形齿轮机构 平面齿轮机构 空间齿轮机构 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿轮传动 外 啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮与齿条传动 外啮合齿轮传动 内啮合齿轮传动 齿轮与齿条传动 整体式 拼合式 锥齿轮传动 直齿锥齿轮 斜齿锥齿轮 曲线齿锥齿轮 交错轴斜齿轮传动 蜗杆传动 图 1 齿轮机构分类图 第 8 页 共 31 页 由于时间关系，本论文主要讨论圆柱齿轮及锥齿轮的一部分参数化建模内容。 而锥齿轮的完全参数化驱动，由于时间关系没有完成，所以设计系统只开放了标准渐开线圆柱齿轮的参数化设计系统。 其它部分内容还有待进一步的研究与探索。 下面我们 通过对机械设计资料的查阅和研究， 对 标准渐开线 圆柱齿轮和 渐开线 直齿锥齿轮的各主要参数进行 一次系统的 分析 ： 外啮合标准圆柱齿轮传动几何尺寸计算式 《中国机械设计大典》第四卷（江西科学技术出版社 20xx） 参数名称 代号 直齿轮 斜齿轮 齿形角 α 20176。 齿顶高系数 ha* 1 顶隙系数 c* 当 m≥1时， c*=；当 m＜ 1 时， c*= 模数 m 按 GB135787 取标准值 法向模数 mn同直齿轮 m 端面模数 mt=mn/cosβ 齿数 z 设计时选定 z 分度圆压力角 α 20176。 20n  c ostanarc tan n 分度圆柱螺旋角 β 0176。 按有利条件确定 基圆柱螺旋角 βb 0176。 tnb / c o sc o s dc o sc o s   分度圆直径 d d=zm d=zmt 基圆直径 db db=dcosα db=dcosαt 齿距 p p=πm pn=πmn ， pt=πmt 基圆齿距 pb pb=pcosα pbt=ptcosαt 齿顶高 ha ha= ha*m ha= han*mn 齿根高 hf hf=( ha*+ c*)m hf=( han*+ *)mn 齿高 h h=ha+hf 齿顶圆直径 da da=d+2ha 齿根圆直径 df df=d2hf 齿顶圆压力角 αa aba ddarccos abat ddarccos 中心距 a  21 dd21a  由此我们确定本次设计涉及的齿形角，齿顶高系数及顶隙系数的具体数值如下表： 齿形角 齿顶高系数 顶隙系数 20 度 1 0． 25 由于设计初期 对问题 考虑不周全，所以没有涉及当 模数 m＜ 1 时，顶系系数 c*等于 的情况。 然而实际上，无论顶系系数 c*等于 或是 ，其建模和参数化驱动原理及方法 以及程序的开发设计 都完全相同。 第 9 页 共 31 页 直齿锥齿轮主要参数及几何计算式 《中国机 械设计大典》第四卷（江西科学技术出版社 20xx） 序号 名称 代号 计算公式与说明 (公式见附录 ) 算例 小 大 1 齿数 z 设计时选定 z 19 59 2 大端模数 m GB1236890 3 3 齿宽 b b=φRR 但不得大于１０ m 28 4 齿顶高系数 ha* GB/T123691990 1 5 顶隙系数 C* 同圆柱齿轮 6 压力角 α 同圆柱齿轮 20176。 7 轴交角 Σ 90176。 8 高变位系数 X X1=[1cosδ2/ucosδ1]。 x2=x1 9 切向变位系数 Xt Xt1 见图 ； xt2=xt1 10 大端分度圆直径 d d=mz 57 177 11 分度锥角 δ tanδ=z1/z2=1/u （ δ2=90度 δ1） 12 大端锥距 Ｒ R=13 大端齿距（周节） p P=πm 14 大端齿顶高 ha ha=(ha*+x)m 15 大端齿根高 hf hf=(hha) 16 大端全齿高 h h=(2ha*+c*)m 17 齿根角 θf tanθf=hf/R 18 无根切许用最大 齿跟角 θfmax 180[ （ 1+4tanδsinαcosα ） 1]/（ 2πtanδcosα） 19 齿顶角 θa θa=θf 20 顶锥角 δa δa=δ+θa 21 根锥角 δf δf= δθf 22 大端齿顶圆直径 da da=d+2hacosδ 23 冠顶距 Ak Ak=d/2ha1sinδ 24 大端分度圆弧齿 厚 Si Si=m（ π/2+2x1tanα+xt1） 25 大端分度圆弦齿 厚 Si Si=SiSi2/6di2 26 大端分度圆弦齿 高 ha Ha= ha+ Si2cosδ/4d 27 刨齿机的齿角 λi    R/t a nh2/s180 fiii   齿轮轮体结构可分为锻造结构、铸造结构、焊接结构、过盈压配、螺栓联接等形式。 其中锻造结构形式又分为圆盘式结构、普通结构、轻型结构、模锻或自由锻结构。 铸造结构形式又分为单辐板结构，双辐板结构等。 由于本人水平有限，时间紧张，本论文主要讨论目前应用最为广泛的锻造圆盘式（腹板式）轮体结构。 2． 2 齿轮三维参数化实体建模技术研究 2. 2. 1 基本参数的设定 在三维实体建模方面， PRO/E 有其独特的优点和特点，参数化驱动就是其最突出的表第 10 页 共 31 页 现，基于本次的对齿轮的三维建模的研究，我们可以将创建齿轮过程中所需要的 基本参数预先设定参数符号并输入原始数值，这首先需要分析清楚建模过程中所需要的各参数，参数分析过多或过少都会给建模过程带来困难，所以这是很重要的一个环节。 当参数确定并实现参数化驱动以后，就可以很方便的更改参数的原始数值，实现同一模板下不同模型的建立。 首先我们来设定渐开线圆柱齿轮的基本参数，根据齿轮特征并结合设计人员的知识经验、建模技巧提取基本参数如下表所示： 参数名称 z m angle angle1 ha c d db da df b ds n bh t1 参数类型 整数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 实数 参数含义 齿数 模数 压力角 螺旋角 齿顶高系数 顶系系数 分度圆直径 基圆直径 齿顶圆直径 齿根原直径 尺宽 轴径 孔数 键宽 键高 参数初值 60 3 20 0 1 0 0 0 0 20 20 4 6 图 2 PRO/E 参数显示界面 第 11 页 共 31 页 2． 2． 2 渐开线及齿廓的绘制 要研究渐开线方程，首先要了解齿廓曲线。 一对齿轮传动是依靠主动轮轮齿的齿廓，推动从动轮轮齿的齿廓来实现的。 如果两轮的传动能实现预定的传动比（ i12=w1/w 2） 规律，则两轮相互接触传动的一对齿廓称为共轭齿廓。 互相啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线 O1O2 被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。 要使两齿轮作定传动比传动，则其齿廓必须满足的条件是：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点。 下面我们来对渐开线进行研究，如图所示，当一直线 BK 沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点 K的轨迹 AK，就是该圆的渐开线。 这个圆称为渐开线的基圆。 在实际工作中，为了研究渐开线齿轮传动、描绘渐开线齿廓曲线和计算渐开线 齿轮轮齿的厚度等几何尺寸，常常需要用到渐开线方程。 渐开线极坐标参数方程： KKKKKbK tginv c os/rr    渐开线直角坐标方程： us inurc os ury uc o s urs inurx bb bb   方程中 rb代表齿轮基圆半径， u 代表渐开线在 K点的滚动角。 现在我们来进行端面渐开线齿廓的绘制，其基本思路为：将渐开线转换为 Pro/E 中相应的表达式，应用 Insert a datum curve（插入基准曲线）菜单中的 From Equation（从方程）命令绘制出渐开线。 再根据齿轮的齿顶圆、齿根圆及齿数等齿轮参数，进行 Trim（剪切）、Mirror（镜像）等操作生成渐开线齿廓。 渐开线齿廓的具体绘制步骤如下： （ 1） Pro/E 环境下渐开线方程的转换 渐开线直角坐标方程： us inurc os ury uc o s urs inurx bb bb   在 Pro/E 环境下转换为： rb=r*cos(a) theta=90*t^2 图 3 渐开线原理 第 12 页 共 31 页 x=rb*cos(theta)+rb*theta*()*sin(theta) y=rb*sin(theta)rb*theta*()*cos(theta) 方程中 rb代表齿轮基圆半径； r 代表分度圆 半径； a 代表压力角； theta 是 Pro/E 系统用来表示极坐标极角的变量； t 是从 01 的 Pro/E 系统变量。 （ 2） 输入方程绘制渐开线 首先选择插入基准曲线（ Insert a datum curve）命令，从其弹出的 CRVOPTIONS 下拉菜单中选择 From Equation、 Done命令，然后点选 Pro/E 的三维绘图坐标，弹出的菜单提供了三种坐标系可供选择： Cartesian（卡笛尔坐标）、Cylindrical（圆柱坐标）、 Spherical（球坐标）。 选择其中的一种，然后输入相应的方程，完成渐开线的绘制。 以下列出 Pro/E中各坐标表示的方程式： 卡迪尔坐标系下的渐开线参数方程为（设压力角为 60 度）： a=60*t x=rb*cos(a)+pi*rb*a/180*sin(a) y=rb*sin(a)pi*rb*a/180*cos(a) z=0 方程中 a 表示压力角从 0 变到 60 度，其余参数同上。 圆柱坐标系下的渐开线参数方程为： x=t*sqrt((da/db)^21) y=180/pi r=*db*sqrt(1+x^2) theta=x*yatan(x) z=0 方程中 da表示齿顶圆直径，db 表示基圆直径，其余参数同上。 球坐标系下的渐开线参数方程为（压力角为 60 度）： a=60*t r=(rb^2+(pi*rb*a/180)^2)^0.5 theta=aatan((pi*rb*a/180)/10) z=0 完成的渐开线如图所示。 （ 3） 剪切齿廓 图 4 渐开线的绘制 图 5 齿廓的切除 第 13 页 共 31 页 齿轮的齿廓形状应分齿数大于 41 和齿数小于等于 41 两种情况。 当齿数大于 41 时，基圆小于齿根圆，此时渐开线即为齿廓线；当齿数小于等于 41 时，基圆大于齿根圆，由于齿根圆内无渐开线，此时就需要作近似曲线来代替渐开线。 然而，这样是无法进行参数化尺寸驱动的。 当齿数在两种情况间变化时，由不同的曲线组成的齿廓会造成生成实体失败报错。 经过研究，我在剪切齿廓时采用了链类型的曲线。 使其具有自动延伸功能，可以在齿数小于等于 41 时自动延伸曲线以保证封闭。 从而成功 的解决了这一问题。 是两种情况合而为一，避免了重复建模。 （如图） 如此，分别做出齿轮的齿顶圆、齿根圆和工作节圆。 然后连接坐标原点和工作节圆与渐开线的交点，将此直线以坐标原点为中心旋转 360/4/z；旋转后的直线将作为镜像线将渐开线作 Mirror（镜像）操作，即可得到另一条渐开线。 用 Trim（剪切）命令保留齿顶圆、齿 根圆在渐开线之间的部分，就完成了整个齿廓曲线的绘制。 最后根据齿廓曲线对生成的轮体进行剪切。 其中，在 Pro/E 环境下齿轮分度圆、基圆、齿顶圆及齿根圆的直径参数关系式为： d=m*z db=m*z*cos(angle) da=m*(z+2*ha) df=m*z2*m*(ha+c) 2． 2． 3 螺旋角与阵列 对于圆柱直齿轮，其齿面互相平行并且都平行于轴线，故可直接沿圆柱基体将渐开线齿廓拉伸形成单个轮齿，。