基于特征的齒輪三維參數(shù)化建模

2013-05-22 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

袁衛(wèi)華
關鍵字:齒輪參數(shù)驅動建模 CAD
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本文針對現(xiàn)有齒輪設計手段的不足,講CAD/CAE技術引入齒輪設計開發(fā)領域。本文運用proe軟件建立了一個三維參數(shù)驅動圓柱齒輪模型,此模型既保證了齒廓的漸開線形狀,有使其能夠根據(jù)輸入的一些關鍵參數(shù)而改變尺寸和形狀。本文提出的基于參數(shù)驅動思想的設計方便是我們的設計工作實現(xiàn)智能化,快速化,對于提高設計質量,縮短設計周期,降低產(chǎn)品成本,快速滿足市場需求具有重要的意義

    現(xiàn)代產(chǎn)品的設計開發(fā)要能迅速地適應市場變化。傳統(tǒng)齒輪設計方法設計效率低,參數(shù)修改不能自動反應到產(chǎn)品的圖樣中。

    本文努力尋求-種能支持產(chǎn)品設計自動化的現(xiàn)代設計方法,借助計算機及相應軟件迅速、高效、準確地進行參數(shù)驅動設計分析,改變傳統(tǒng)齒輪建模方法效率低、易出錯的局面,提高產(chǎn)品設計效率、陣低產(chǎn)品成本、縮短設計周期、快速滿足市場需求。在傳統(tǒng)的齒輪圖樣繪制過程中,齒廓的漸開線形狀往往用圓弧或樣條曲線近似代替,這種設計圖紙不能直接用于數(shù)控編程與數(shù)控加工,而且當齒輪的某一參數(shù)發(fā)生變化時就需要繪制圖紙,這給設計帶來很大的不方便,效率較低。本文考慮借助proe強大的三維造型功能、易于實現(xiàn)齒輪參數(shù)驅動、可自動生成加工程序等優(yōu)點,用漸開線方程來控制齒輪齒廓的漸開線形狀以及對齒輪實現(xiàn)整體尺寸驅動,實現(xiàn)三維參數(shù)驅動建模。

    proe是被廣泛使用的CAD優(yōu)秀軟件,作為新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng),proe它有強大的三維建模功能和二次開發(fā)工具。其設計思想先進。 proe提出的單-數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念,這種全新的概念已成為當今世界機械領域的新標準。

    1 設計思路

    為了實現(xiàn)只須輸入一些關鍵參數(shù)〈如模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角、變位系數(shù)等齒輪基本參數(shù)和輸孔半徑、輻板厚度、輪緣厚度等結構特征參數(shù)) 。系統(tǒng)就能夠自動生成齒輪模型,在構造齒輪造型前,要把這些關鍵參數(shù)設置為可以輸入的參數(shù),井設置數(shù)學關系式計算出其它相關數(shù)據(jù)〈如分度圓半徑、齒輪圓半徑等) 。

    建立參數(shù)驅動齒輪模型的步驟為;置可輸入?yún)?shù)→添加基本圓的數(shù)學關系式→生成漸開線齒廓曲線→生成一個輪齒→復制生成第二個輪齒→陣列生成其它輪齒→建立齒輪的結構特征。

    2 設置可輸入?yún)?shù)

    首先在proe中建立一個新文件。單擊"文件|新建|零件,輸入零件名稱gear,不勾選"使用缺省模板,單擊"確定"按鈕,在彈出的選項菜單中,選擇公制單位"mms_part_solid",單擊"確定按鈕。這時基準坐標系PRT_CSYS_DEF及基準面RIGHT、TOP、FRONT顯示在界面上。

    然后用"工具|參數(shù)"命令定義齒輪的六個基本參數(shù)〈模數(shù)M、齒數(shù)Z、壓力角PRSANGLE、齒頂高系數(shù)HA、齒隙系數(shù)C、齒寬WIDTH)并賦給一定的初始值;定義齒輪的4個基本圓參數(shù)〈分度圓D、基圓DB、齒頂圓OA、齒根圓DF),不用賦初始值,因為這4個參數(shù)應由關系式控制。

    3 添加基本圓的數(shù)學關系式

    用繪制任意尺寸的4個基本圓曲線,用"工具|關系命令,在彈出的窗口中添加齒輪各幾何尺寸的關系表達式,為以后的齒輪造型提供參數(shù)化控制,關系式如下:
    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個關系式等號左側是通過(從屏幕中插入尺寸符號)在屏幕上分別拾取4條曲線獲取的,而不是直接輸入的

    4 生成漸開線齒廓曲線

    用創(chuàng)建基準曲線,將出現(xiàn)一個曲線選項菜單,選擇“從方程”選項,打擊“完成”按鈕,這時會提示選擇坐標系,選擇零件的默認坐標系.接著選擇Cartesian坐標,系統(tǒng)將彈出一個記事本文件rel.ptd。把漸開線方程輸入到此文件中后,就能生成漸開線形狀的曲線.漸開線方程如下:

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

    y=180/pi

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

    theta=x . y-atan(x)

    z=o

    生成的漸開線輪廓如圖1所示.

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圖1 生成單側漸開線齒廓

接著把這條單側齒廓線鏡像復制,并倒出齒根圓角,加上齒頂圓、齒根圓部分就生成了一個完整的輪齒輪廓曲線,如圖2所示.

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圖2 生成完整的輪齒齒廓

    5 生成一個輪齒

    用"拉伸命令建立一圓柱齒輪毛拯,通過“ ”命令使毛坯的直徑與齒頂圓重合,拉伸寬度用參數(shù)width控制.結果如圖3所示.

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圖3 拉伸創(chuàng)建的第1個齒輪特征

    6 復制生成第二個輪齒

    在陣列出其它輪齒前,首先必須用復制命令復制出第二個輪齒.單擊“復制”圖標.任意輸入兩個齒間的角度,最后通過“關系”窗口將此參數(shù)改為"360/z" (其中z為定義的齒數(shù)多數(shù)) .

    7 陣列生成其它輪齒

    選取上面復制出的第二個輪齒特征.單擊"陣列"圖標,用鼠標選取兩齒間的角度作為第1方向上的陣列驅動尺寸,為并用關系式控制驅動尺寸為"360/z",陣列特征數(shù)目為"z-I",就生成了所有的輪齒.這時齒輪的基本模型造型就完成了.

    8 建立齒輪的結構特征

    利用proe軟件建立齒輪結構特征是比較容易的.挖出軸孔及鍵槽,添加相關參數(shù)控制,以使用戶能修改軸孔及鍵槽的尺寸.最終生成的齒輪如圖4所示.

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圖4 建立齒輪的結構特征

    9 小結

    通過這種方法建立的齒輪模型,既保證了漸開線齒廊的正確形狀,又使齒輪的尺寸可以根據(jù)參數(shù)的輸入或改變而改變.當需要重新定義齒輪參數(shù)時.只需調(diào)用"工具|參數(shù)"和"工具|關系"命令就可修改,然后用"重生成"命令便改變參數(shù)后的齒輪重新顯示在屏幕上.

    本文針對齒輪這類復雜零件要實現(xiàn)三維參數(shù)驅動建模,選擇了proe軟件,它造型功能強大,可通過方程式控制齒廓的開線形狀,通過參數(shù)設置來實現(xiàn)參數(shù)驅動建模,模型能用于生成數(shù)控加工程序,而且單一數(shù)據(jù)庫使用戶傲的每一處修改都會自動反應到全部相關位置.齒輪建模首先通過設置多數(shù)和輸入方程式控制齒廓的精確形狀.接著拉伸出一個輪齒,然后利用復制和陣列命令生成;it余輪齒,是后構造出齒輪的軸孔、鍵槽等結構特征.一個完整的參數(shù)化齒輪模型就建立完畢.以后用戶只需修改參數(shù)即可重新生成新的齒輪.

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