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第3章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、圆弧齿轮以与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与关系式。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;名称值说明名称值说明M3模数DB_基圆直径Z25齿数DF_齿根圆直径ALPHA20压力角D_分度圆直径HAX1齿顶高系数DD0_凹槽直径CX025顶系系数BB0_凹槽深度B10齿轮宽度DD115轴孔直径HA_齿顶高LL1_键槽高HF_齿根高LL2_键槽宽X0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“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)继续在工具栏单击按钮,系统弹出“草绘”对话框;(8)在“草绘”对话框单击按钮,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“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(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”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”对话框单击确定,完成轴“A_1”的创建;(5)在工具栏单击按钮,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”对话框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)在工具栏单击按钮,或者依次在主菜单单击 “插入”“拉伸”,弹出“拉伸”定义操控面板,在面板单击 “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“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”特征定义操控面板单击按钮,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
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