齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

黃河科技學(xué)院 鄭 帥

平煤集團(tuán) 開封東大化工 楊 冰

齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

黃河科技學(xué)院 鄭 帥

平煤集團(tuán) 開封東大化工 楊 冰

科技的快速發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)的迅速發(fā)展，作為工業(yè)革命的產(chǎn)物，齒輪的使用也越來越廣泛，齒輪的性能與生產(chǎn)效率受齒輪設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率的影響，因此，對齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)十分重要。

一、齒輪設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)處理

1.函數(shù)型數(shù)表。很多數(shù)表中涉及的數(shù)據(jù)都有經(jīng)驗(yàn)公式或者理論公式，以及經(jīng)過某一些數(shù)學(xué)方法得出的近似函數(shù)關(guān)系描述數(shù)表，這種數(shù)表就被稱為函數(shù)型數(shù)表。函數(shù)型數(shù)表能夠直接使用原有公式或者推導(dǎo)公式進(jìn)行相應(yīng)編程，并且采用相應(yīng)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

2.非函數(shù)型數(shù)表。這種數(shù)表是對于沒有原始理論公式或很難采用數(shù)學(xué)方法將近似公式推導(dǎo)出來的數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)了這樣數(shù)表，最好是采用數(shù)組形式將數(shù)據(jù)直接寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫，以保存在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)需要檢索之時(shí)，就用相應(yīng)程序?qū)?shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出來。如，齒輪的傳動(dòng)工況系數(shù)用Ki表示，工作原動(dòng)機(jī)荷載與機(jī)載荷特性采用2個(gè)非數(shù)值變量，用變量i＝（0 ～ 2）與j＝（0 ～ 2）表示出不同工況，之后使用二維空間建立數(shù)組Ki（3，3）用來存儲表里的系數(shù)值。在這種情況下，只需要輸入表示工況中的變量i，j值，就能夠查出相對應(yīng)系數(shù)的Ki值。對于比較復(fù)雜的數(shù)表，當(dāng)不便于采用數(shù)組處理時(shí)，最好使用數(shù)據(jù)庫存儲相關(guān)數(shù)表。事實(shí)上齒輪材料的特性表大都能夠通過數(shù)據(jù)庫查詢出來，但是在一些非函數(shù)型的數(shù)表之中，某些數(shù)表僅僅提供有限節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果這些節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)沒有在列表中，而是處于節(jié)點(diǎn)之間位置上，要使用插值法來計(jì)算出最終函數(shù)值。

二、齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

打開Pro/E軟件，在零件模式中采用交互方式創(chuàng)建出圓柱斜齒輪、圓柱直齒輪以及圓錐齒輪涉及的參數(shù)化模型。本文，筆者以圓柱斜齒輪為例，創(chuàng)建該齒輪的參數(shù)化基準(zhǔn)模型。

1.設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)。圓柱斜齒輪參數(shù)涉及內(nèi)容較多，主要涉及到的參數(shù)有齒數(shù)、法向模數(shù)、螺旋角、壓力角、齒高系數(shù)、變位系數(shù)、頂隙系數(shù)，以及幾何參數(shù)才能確定下來的分度圓直徑（D、齒根圓直徑、齒頂圓直徑、基圓直徑、齒根高、齒頂高等尺寸參數(shù)。利用Pro/E窗口中的“參數(shù)設(shè)置”菜單設(shè)置齒輪參數(shù)，并且通過該欄目賦予相應(yīng)初始值。一旦確定好了基本的幾何參數(shù)，在確定其他的幾何尺寸時(shí)就要使用Pro/E中對應(yīng)的“添加關(guān)系式（Relations）”命令，輸入關(guān)系式子，實(shí)現(xiàn)齒輪尺寸的參數(shù)化。

2.對齒廓漸開線的參數(shù)化。先使用Pro/E功能欄中的“基準(zhǔn)曲線”與“從方程”2個(gè)命令，之后在出現(xiàn)顯示器上的記事本中輸入相應(yīng)參數(shù)化直角坐標(biāo)系下齒廓的漸開線方程。最后，使用Pro/E功能欄目的“零件模塊”中的各種特征輸出創(chuàng)建命令，即可創(chuàng)建出斜齒輪的參數(shù)化三維模型。

3.設(shè)計(jì)系統(tǒng)菜單。在這項(xiàng)設(shè)計(jì)中，為了便于用戶使用齒輪模型，方便用戶修改參數(shù)并增強(qiáng)使用效率，一定要在Pro/E的NGINEER菜單欄中增添自定義菜單，之后再將各種功能激活。在Pro/Toolkit中有許多操作函數(shù)，能夠創(chuàng)建應(yīng)用程序與管理菜單。之后，在該系統(tǒng)調(diào)用ProMneubarmenuPushbuttonAdd（）以及Pro M enue bar Menu Add（），還可以給Pro/E加入設(shè)計(jì)中使用到的菜單和按鈕，再使用函數(shù)ProCmdActionAdd（）把動(dòng)作函數(shù)與菜單函數(shù)有機(jī)聯(lián)系起來。設(shè)計(jì)中使用到的菜單欄、下級菜單和創(chuàng)建函數(shù)語句實(shí)例如下：

Status＝ ProMenubarMenuAdd（“User Menu”，“USER–User Menu”，“Utilities ”，PRO_ B_ TRUE，User Msg）；//這個(gè)地方要添加進(jìn)“齒輪設(shè)計(jì)”。

Status＝ProMenubarmenu Menu Add（“UserMenu”，“Sub”，“USER–Sub”，“Button2”，PRO_B_TRUE，UserM sg）；//這個(gè)地方要添加進(jìn)“斜齒圓柱齒輪”。

status＝ ProMenubarmenuPushbutton Add（“Sub”，“Sub-Button1”，“USER–SubButton1”，“Add new buttons”，NULL，PRO_B_TRUE，cmd_id，UserMsg）；//這個(gè)地方要添加進(jìn)“左旋”。

status＝ProMenubarmenuPushbuttonAdd（“Sub”，“SubButton2”，“USER–SubButton2”，“Add new buttons”，NULL，PRO_B_ TRUE，cmd_id，UserMsg）；// 這個(gè)地方要添加進(jìn)“右旋”。

4.設(shè)計(jì)的演示實(shí)例。本文，筆者以左旋斜齒的設(shè)計(jì)圓柱齒輪為例，展示該齒輪參數(shù)化系統(tǒng)效果，進(jìn)而驗(yàn)證其穩(wěn)定性及正確性。打開了Pro/E軟件之后，經(jīng)過加載成功，就會(huì)顯示系統(tǒng)的輸入對話框，如圖1所示。

點(diǎn)擊菜單上的“齒輪設(shè)計(jì)”、“斜齒圓柱齒輪”、“左旋”命令，就會(huì)自動(dòng)彈出“左旋斜齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)”對話框；將參數(shù)正確輸入之后，單擊“確定”，Pro/E界面就能夠自動(dòng)生成左旋斜齒輪的三維模型。