基于特征的齿轮三维参数化建模

2013-05-22 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

袁卫华
关键字:齿轮参数驱动建模 CAD
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本文针对现有齿轮设计手段的不足,讲CAD/CAE技术引入齿轮设计开发领域。本文运用proe软件建立了一个三维参数驱动圆柱齿轮模型,此模型既保证了齿廓的渐开线形状,有使其能够根据输入的一些关键参数而改变尺寸和形状。本文提出的基于参数驱动思想的设计方便是我们的设计工作实现智能化,快速化,对于提高设计质量,缩短设计周期,降低产品成本,快速满足市场需求具有重要的意义

    现代产品的设计开发要能迅速地适应市场变化。传统齿轮设计方法设计效率低,参数修改不能自动反应到产品的图样中。

    本文努力寻求-种能支持产品设计自动化的现代设计方法,借助计算机及相应软件迅速、高效、准确地进行参数驱动设计分析,改变传统齿轮建模方法效率低、易出错的局面,提高产品设计效率、阵低产品成本、缩短设计周期、快速满足市场需求。在传统的齿轮图样绘制过程中,齿廓的渐开线形状往往用圆弧或样条曲线近似代替,这种设计图纸不能直接用于数控编程与数控加工,而且当齿轮的某一参数发生变化时就需要绘制图纸,这给设计带来很大的不方便,效率较低。本文考虑借助proe强大的三维造型功能、易于实现齿轮参数驱动、可自动生成加工程序等优点,用渐开线方程来控制齿轮齿廓的渐开线形状以及对齿轮实现整体尺寸驱动,实现三维参数驱动建模。

    proe是被广泛使用的CAD优秀软件,作为新一代的产品造型系统,proe它有强大的三维建模功能和二次开发工具。其设计思想先进。 proe提出的单-数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念,这种全新的概念已成为当今世界机械领域的新标准。

    1 设计思路

    为了实现只须输入一些关键参数〈如模数、齿数、压力角、螺旋角、变位系数等齿轮基本参数和输孔半径、辐板厚度、轮缘厚度等结构特征参数) 。系统就能够自动生成齿轮模型,在构造齿轮造型前,要把这些关键参数设置为可以输入的参数,井设置数学关系式计算出其它相关数据〈如分度圆半径、齿轮圆半径等) 。

    建立参数驱动齿轮模型的步骤为;置可输入参数→添加基本圆的数学关系式→生成渐开线齿廓曲线→生成一个轮齿→复制生成第二个轮齿→阵列生成其它轮齿→建立齿轮的结构特征。

    2 设置可输入参数

    首先在proe中建立一个新文件。单击"文件|新建|零件,输入零件名称gear,不勾选"使用缺省模板,单击"确定"按钮,在弹出的选项菜单中,选择公制单位"mms_part_solid",单击"确定按钮。这时基准坐标系PRT_CSYS_DEF及基准面RIGHT、TOP、FRONT显示在界面上。

    然后用"工具|参数"命令定义齿轮的六个基本参数〈模数M、齿数Z、压力角PRSANGLE、齿顶高系数HA、齿隙系数C、齿宽WIDTH)并赋给一定的初始值;定义齿轮的4个基本圆参数〈分度圆D、基圆DB、齿顶圆OA、齿根圆DF),不用赋初始值,因为这4个参数应由关系式控制。

    3 添加基本圆的数学关系式

    用绘制任意尺寸的4个基本圆曲线,用"工具|关系命令,在弹出的窗口中添加齿轮各几何尺寸的关系表达式,为以后的齿轮造型提供参数化控制,关系式如下:
    d=m.z

    db=d.(cos(prsangle))

    da=d+2.m.he

    df=d-2.(ha+c).m

    width=faib.d

    DO=d

    Ol=db

    02=da

    D3=df

    注意:后4个关系式等号左侧是通过(从屏幕中插入尺寸符号)在屏幕上分别拾取4条曲线获取的,而不是直接输入的

    4 生成渐开线齿廓曲线

    用创建基准曲线,将出现一个曲线选项菜单,选择“从方程”选项,打击“完成”按钮,这时会提示选择坐标系,选择零件的默认坐标系.接着选择Cartesian坐标,系统将弹出一个记事本文件rel.ptd。把渐开线方程输入到此文件中后,就能生成渐开线形状的曲线.渐开线方程如下:

    x=t.sqrt((da/db)2- 1)

    y=180/pi

    r=O.5.db.SQrt(l+x2)

    theta=x . y-atan(x)

    z=o

    生成的渐开线轮廓如图1所示.

基于特征的齿轮三维参数化建模autocad应用技术图片图片3

图1 生成单侧渐开线齿廓

接着把这条单侧齿廓线镜像复制,并倒出齿根圆角,加上齿顶圆、齿根圆部分就生成了一个完整的轮齿轮廓曲线,如图2所示.

基于特征的齿轮三维参数化建模autocad technology图片4
图2 生成完整的轮齿齿廓

    5 生成一个轮齿

    用"拉伸命令建立一圆柱齿轮毛拯,通过“ ”命令使毛坯的直径与齿顶圆重合,拉伸宽度用参数width控制.结果如图3所示.

基于特征的齿轮三维参数化建模autocad technology图片6
图3 拉伸创建的第1个齿轮特征

    6 复制生成第二个轮齿

    在阵列出其它轮齿前,首先必须用复制命令复制出第二个轮齿.单击“复制”图标.任意输入两个齿间的角度,最后通过“关系”窗口将此参数改为"360/z" (其中z为定义的齿数多数) .

    7 阵列生成其它轮齿

    选取上面复制出的第二个轮齿特征.单击"阵列"图标,用鼠标选取两齿间的角度作为第1方向上的阵列驱动尺寸,为并用关系式控制驱动尺寸为"360/z",阵列特征数目为"z-I",就生成了所有的轮齿.这时齿轮的基本模型造型就完成了.

    8 建立齿轮的结构特征

    利用proe软件建立齿轮结构特征是比较容易的.挖出轴孔及键槽,添加相关参数控制,以使用户能修改轴孔及键槽的尺寸.最终生成的齿轮如图4所示.

基于特征的齿轮三维参数化建模autocad technology图片7

图4 建立齿轮的结构特征

    9 小结

    通过这种方法建立的齿轮模型,既保证了渐开线齿廊的正确形状,又使齿轮的尺寸可以根据参数的输入或改变而改变.当需要重新定义齿轮参数时.只需调用"工具|参数"和"工具|关系"命令就可修改,然后用"重生成"命令便改变参数后的齿轮重新显示在屏幕上.

    本文针对齿轮这类复杂零件要实现三维参数驱动建模,选择了proe软件,它造型功能强大,可通过方程式控制齿廓的开线形状,通过参数设置来实现参数驱动建模,模型能用于生成数控加工程序,而且单一数据库使用户傲的每一处修改都会自动反应到全部相关位置.齿轮建模首先通过设置多数和输入方程式控制齿廓的精确形状.接着拉伸出一个轮齿,然后利用复制和阵列命令生成;it余轮齿,是后构造出齿轮的轴孔、键槽等结构特征.一个完整的参数化齿轮模型就建立完毕.以后用户只需修改参数即可重新生成新的齿轮.

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