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PROE齿轮画法大全---直齿轮


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, 的变化范围是 0~1。 t 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*90 s=(PI*r*t)/2 x1=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 M Z ALPHA HAX CX B HA HF X DA 值 3 25 20 1 0.25 10 ___ ___ 0 ___ 说明 模数 齿数 压力角 齿顶高系数 顶系系数 齿轮宽度 齿顶高 齿根高 变位系数 齿顶圆直径 名称 DB DF D DD0 BB0 DD1 LL1 LL2 LL3 DD2 值 ___ ___ ___ ___ ___ 15 ___ ___ ___ ___ 说明 基圆直径 齿根圆直径 分度圆直径 凹槽直径 凹槽深度 轴孔直径 键槽高 键槽宽 小孔到原点 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)*m hf=(hax+cx-x)*m d=m*z da=d+2*ha

db=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 “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)继续在工具栏内单击 按钮,系统弹出“草绘”对话框; 按钮,进入草绘环境;

(8)在“草绘”对话框内单击

(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 7—12 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*t r=db/2 s=PI*r*t/2 xc=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”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”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“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 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

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 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,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;

齿根圆

分度圆

基圆

两条渐 开线

齿顶圆 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,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>=1 D37=0.38*m endif if hax<1 D37=0.46*m endif D38=b if……endif 为 Pro/Engineer Wildfire 3.0 提供的条件关系式语句,上述关系式的意 义为如果齿顶高系数 hax>=1 时,D37=0.38*m,如果 hax<1 时,D37=0.46*m。 完成后的“关系”对话框如图 3-30 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 为阵列轮齿,首先要创建一个轮齿。 (1)首先单击选取已经创建好的轮齿,然后在主菜单上依次单击 “编辑” “复制” → , 然后再次依次单击 “编辑”→ “选择性粘贴” ,系统弹出“选择性粘贴”复选框,如图 3-31 所示;

图 3-31“选择性粘贴”复选框 (2)勾选复选框的前两项,如图 3-31 所示,单击【确定】 ,系统弹出“选择性粘贴” 定义操控面板; (3)在“选择性粘贴”定义面板内选取 按钮,在文本框输入旋转角度为“360/z” ,

如图 3-32 所示。系统提示是否添加关系,单击 “是” ;

图 3-32“选择性粘贴”定义面板 (4) 在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为旋转轴, 如图 3-33 所示。 “选择性粘贴” 在 定义操控面板内单击 按钮,完成轮齿的创建;

单击选取 旋转轴

图 3-33 选取旋转轴 (5)将旋转角度关系式添加到“关系”对话框。在模型树中右键单击第二个轮齿特征,

在弹出的快捷菜单中单击 “编辑” ; (6)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 两个轮齿夹角的尺寸代号。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: d124=360/z 完成后的“关系”对话框如图 3-34 所示,在“关系”对话框内单击【确定】完成添加 关系式;

图 3-34“关系”对话框 (7)在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征,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 3-35 所示;

图 3-35“阵列”特征定义面板 (8)在绘图区单击选取两个轮齿间的夹角尺寸“14.4”度作为阵列参照,在“阵列” 定义操控面板单击 按钮,完成阵列特征的创建;

(9)在绘图区可以看到,阵列操作只创建了个轮齿,下面通过添加关系式来创建其它 轮齿。在模型树中右键单击选取刚刚创建的阵列特征,在弹出的快捷菜单中单击 “编辑” ; (10)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 示两个轮齿夹角的尺寸代号。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: d141=360/z p142=z-1 d141 为两个轮齿间的夹角,p142 为阵列的个数。完成后的“关系”对话框如图 3-36 所示,在“关系”对话框内单击【确定】完成添加关系式;

图 3-36“关系”对话框 (11)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。

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*df bb0=0.1*b ll2=dd1/2 ll1=ll2/2 ll3=(dd0-dd1)/4+dd1/2 dd2=(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,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”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,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” “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=ll1 sd2=ll2 sd0 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 10.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 按钮,完成键槽的创建。

“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=dd2 sd1=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,完成小孔的创建; 按钮,或者依次

(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

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 特征如图 3-49 所示。 按钮完成小孔的阵列,完成后的

图 3-49 完成后的阵列特征 11. 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;

选取两倒角 边,另一条边 在另一侧

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。


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