ProE5.0的直齒圓柱齒輪的三維參數化設計

王舒菲 董秀萍

（北京工商大學材料與機械工程學院，北京 100048）

ProE5.0的直齒圓柱齒輪的三維參數化設計

王舒菲 董秀萍

（北京工商大學材料與機械工程學院，北京 100048）

運用三維ProE5.0軟件，提供一種漸開線直齒圓柱齒輪的參數化設計方法進行快速簡單建模，充分利用軟件參數化建模獨特的特點，并通過其自身再生功能創建新的齒輪模型，縮短了齒輪傳動零件研發設計時間，同時也降低了設計成本。

ProE5.0；直齒圓柱齒輪；參數化設計

齒輪，作為一種傳動機構零部件，在建模上不僅要保證其精確度，而且當改變其主要參數時，整個齒輪又需重新建模，因而建模過程很繁瑣。利用ProE5.0三維制圖軟件能夠簡化這一問題，不僅能保證齒輪的精確度，還能實現其參數化造型，進而實現齒輪的一系列造型設計，為模型設計者減少了大量繁重的工作，減少設計時間及成本，也減少了電腦信息的儲存量。運用Pro E5.0進行齒輪的建模，為齒輪在設計、制造加工及CAE提供一個便利的平臺，體現了CAD/CAM/CAE一體化的發展趨勢。現以漸開線直齒圓柱齒輪為例介紹直齒輪的一種參數化造型方法。

1 ProE5.0簡介

Pro/ENGINEER，簡稱Pro/E，由美國PTC公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數化軟件系統，其內容涵蓋了產品從概念設計、三維模型設計，到結構分析計算、動態模擬與仿真、工程圖輸出，再到生產加工成產品的整個過程，其中還包括了大量的電纜及管道布線、模具設計與分析等實用模塊。在機械設計自動化（Mechanical Design Automation，MDA）方面，Pro/E通過參數化及面向零件的3D實體模型設計制作技術，徹底改變傳統的設計理念，為航空航天、汽車、機械、數控（Numerical Control，NC）加工和電子等諸多工程設計領域提供一條革命性的途徑［1］。

2 基于Pro/E的直齒輪參數化的基本原理

直齒圓柱齒輪，由一圓柱體上通過漸開線形成的若干漸開線輪齒組成。其中，直齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成包括：①法面齒廓曲線，齒輪輪廓法面齒廓由2條漸開線曲線齒廓，即齒頂圓圓弧和齒根圓圓弧組成；②齒廓曲面，可視為法面齒廓垂直軸線，沿平行圓中心軸線的方向掃描形成。一個直齒圓柱齒輪可看成在基圓柱體上的Z個齒廓曲面圓周陣列而成，轉角為360°/Z。

3 參數化直齒輪的建模過程

3.1 直齒圓柱齒輪的基本參數

直齒圓柱齒輪各部分名稱及尺寸代號及計算公式見表1。

3.2 漸開線直齒圓柱齒輪參數化設計過程

以某齒輪參數為例，模數m=2.5，齒數z=125，壓力角α=20°，齒寬width=80mm。

①打開Pro E5.0軟件，點擊“文件”菜單中的“新建”命令，選擇“零件”“實體”選項，輸入名稱“gear”，可使用缺省模板，也可根據自己的需要選擇相應的單位，點擊“確定”進入繪圖界面。

表1 直齒圓柱齒輪各部分名稱及尺寸代號及計算公式

②點擊“工具”菜單中的“參數”命令進入關系對話框，新建如下局部參數：m——法面模數；z——齒數；α——壓力角；width——齒寬；da——齒頂圓直徑；d——分度圓直徑；db——基圓直徑；df——齒根圓直徑；h——齒高；ha——齒頂高；hf——齒根高；p——齒距；s——齒厚；e——齒槽寬。部分主要參數初始化如下：m=2.5，z=125，α=20°，width=90mm。其余各參數選擇默認值。

③繪制齒輪坯。點擊“旋轉”，草繪如圖1所示的輪廓，點擊“工具”菜單中的“關系”進入對話框，如圖1所示，在對話框中輸入以下關系式：sd6=width，sd10= 0.25*width，sd9=m*(z+2.5)，得到齒輪坯。

圖1 繪制齒輪坯

④繪制鍵槽及減重圓孔，點擊“拉伸”，以標準輪廓拉伸實體切除得到齒輪毛坯實體。

⑤繪制直齒輪的4個尺寸基準圓，點擊“草繪”命令，以默認坐標系中心為圓心按從大到小繪制4個同心圓，點擊“工具”菜單中的“關系”進入關系對話框，輸入以下關系表達式：

⑥繪制基圓漸開線。點擊“曲線”，選擇坐標系，坐標系類型選擇笛卡爾坐標系，在方程定義對話框中輸入以下表達式：

⑦繪制齒輪齒槽斷面。點擊“草繪”，建立鏡像平面，利用“鏡像”命令繪制另一條漸開線，并完成齒槽斷面的繪制，如圖2所示。

圖2 齒槽斷面繪制

⑧繪制齒槽。點擊“拉伸”，利用上述的齒槽截面拉伸切除齒輪坯，得到齒槽。

⑨陣列齒槽。選中⑧所繪制的齒槽，點擊“陣列”，在“陣列”命令對話框中選擇“軸”陣列，陣列參數：成員數為125，角度為360°/z，點擊“工具”菜單中“關系”進入對話框，輸入關系表達式：p40=z。

3.3 直齒輪建模的參數化運行

完成上述參數化建模的程序編輯后，對程序進行保存。重新將模型打開，用戶根據需要，在“工具”菜單下“參數”命令對話框中輸入新的模數、齒數、壓力角及齒寬等參數，然后在執行“再生”命令，ProE5.0系統會自動執行該程序，從而形成新的直齒圓柱齒輪，實現了直齒輪的參數化設計過程。

4 結語

以上就是直齒輪三維造型的一種方法，該方法不僅能適用于直齒輪，而且適用于所有類型的齒輪。這種參數化設計方法不但能保證齒輪三維模型的精確性，而且只要改變其中重要參數，就能通過程序再生出新的符合要求的齒輪，為設計者減少了重復勞動量，提高了產品的設計質量。在實際應用中，設計者通過該方法得到了精確的三維模型，也可借助此方法建立各零部件的模型庫，為后期各種傳動仿真分析及數控加工奠定了堅實的基礎。

［1］詹友剛.Pro/ENGINEER中文野火版5.0工程圖教程（修訂版）［M］.北京：機械工業出版社，2013.

The Three-dimensional Parametric Design of Spur Gear Based on ProE5.0

Wang ShufeiDong Xiuping
（School of Materials Science and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048）

Using three-dimensional ProE5.0 software,a parametric design method of involute spur gear was provided for quick and easy modeling,by making full use of the unique characteristics of the software parametric modeling, and creating a new gear model through its own regeneration function,the time of research and design of gear transmission parts was shortened,the design cost was also reduced.

Pro E5.0；spur gears；parametric design

TH13

A

1003-5168（2016）11-0039-02

2016-10-11

王舒菲（1993-），男，碩士，研究方向：機械設計。