基于UG的齒輪虛擬加工及蝸輪蝸桿的造型研究.doc

目錄1緒論.12齒輪虛擬加工.12.1漸開線齒廓成形原理.12.2漸開線齒廓的構建.22.3直齒圓柱齒輪實體模型建立.52.4圓柱直齒齒輪的外輪廓線切割.62.4.1圓柱直齒齒輪的加工方案.72.4.2創(chuàng)建外輪廓線切割操作的節(jié)點.82.4.3外輪廓線切割操作的參數(shù)設置.102.4.4圓柱直齒齒輪線切割程序的生成.113蝸桿三維造型設計.123.1蝸桿參數(shù).123.2繪制兩條空間螺旋線.133.3繪制蝸桿基本曲線和齒廓截面.163.4單頭圓柱蝸桿的三維造型.164蝸輪三維造型設計.185結束語.23參考文獻.2511緒論在機械傳動的各種類型中，齒輪傳動是應用最多的一種傳動機構，它廣泛地應用在各種機器的傳動裝置中，并且也是齒輪傳動機構的核心零件，因此齒輪在機械傳動中的作用十分重要。近年來隨著運用計算機進行機械運動仿真和對齒輪機構進行準確有效分析的需要,齒輪的精確建模也顯得極其重要。由于齒輪輪廓不是標準曲線,工程設計人員在齒輪的精確建模和設計制造中會涉及到曲線公式坐標旋轉等較為復雜的問題,而且在工程設計中經(jīng)常需要對齒輪進行造型，大多數(shù)三維建模系統(tǒng)都不能直接、快速、高效、精確的生成齒輪的三維模型，因此齒輪的三維建模過程比較困難，所以齒輪的參數(shù)化設計顯得非常重要。本文是基于UG下對齒輪進行參數(shù)化設計，是用表達式生成方法即用尺寸來驅動圖形，UG的表達式是算術或條件語句，它可以用來控制同一零件上的不同特征間的關系。利用UG表達式并利用漸開線方程和與齒輪幾何尺寸相關的計算公式，建立表達式生成漸開線曲線及其它相關聯(lián)的曲線，并通過特征操作實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設計。作為通用CAD/CAE/CAM軟件，對常用齒輪刀具進行參數(shù)設計計算并虛擬加工齒輪，對形成齒廓的過程進行動態(tài)仿真，幫助刀具設計者驗證刀具的齒形參數(shù)是否合理，減少甚至避免試切，直接降低齒輪的試切、調(diào)試費用，縮短試切周期。為避免對每把刀具都要進行試切和檢驗所造成的材料浪費，多以迫切需要采用計算機虛擬加工等技術來改變傳統(tǒng)的設計方法，以提高設計效率，減輕勞動強度，所以對本課題的研究是具有非常深遠的現(xiàn)實意義。2齒輪虛擬加工2.1漸開線齒廓成形原理根據(jù)機械原理中的知識，我們可以得出（1）漸開線的極坐標參數(shù)方程式:/coskbkrrtankkk（1）其中，kr漸開線上任意點的向徑；br基圓半徑；k壓力角；k漸開線AK段的展角(如圖1所示)圖1漸開線形成原理在UG中，我們要使用直角坐標函數(shù)，所以必須要將漸開線的極坐標參數(shù)方2程轉化成直角坐標方程，其方程式為（2）:sincosbbxrvrvvcossinbbyrvrvv（2）其中，v漸開線在K點的滾動角；kkv此方程式表示的漸開線的開始點A在X軸上。為了表示位置的任意性，現(xiàn)假設A點不在X軸上，設AOX=0v，經(jīng)過整理可得漸開線方程的直角坐標系形式為:0cos()kkxrv0sin()kkyrv（3）由于UG自身的一些約束,如UG的三角函數(shù)中采用的是角度而不是弧度,直接變量只能在01之間變化。因此為了便于在UG中輸入表達式,可在UG中定義一個變量t,它是從0到1的變量,并建立關系式,使它的變化控制著變量a的變化,從而使a的值可以從0變化到180,這樣就為繪制一條0180的漸開線做了公式準備。2.2漸開線齒廓的構建新建一個名字為gear_curve的文件，單位為mm。依次單擊“起始”“建?！被蛘摺癱trl+m”進入實體建模模塊。在主菜單下依次單擊“格式”“圖層的設置”命令，設置圖層10為工作層。依次單擊“工具”“表達式”命令或者“ctrl+e”命令進入表達式對話框，在“名稱”欄中輸入?yún)?shù)符號，在“公式”欄里輸入?yún)?shù)的初值，單擊“”接受編輯。（如圖2所示）圖2表達式窗口3在“表達式”窗口中添加下面表達式。50z/齒數(shù)4m/模數(shù)dmz/分度圓直徑2damz/齒頂圓直徑cosbkdd/基圓直徑2.5dfmz/齒根圓直徑單擊“插入/草圖”進入草圖繪制模式，在XC-YC基準面上繪制4個圓，約束其中一個圓的圓心分別與“XC”、“YC”坐標軸重合，再約束4個圓同心，單擊工具欄上“自動判斷的尺寸”，使4個圓的直徑分別為：df、d、db、da。如圖3所示圖3齒輪基本曲線草圖單擊“完成草圖”或者“ctrl+q”推出草圖，回到實體建模環(huán)境。再次打開“表達式”對話框，在“表達式”對話框中依次輸入以下表達式：0a/漸開線的起始角180b/漸開線的終止角1t/UG的系統(tǒng)參數(shù)(1)*statb/漸開線參數(shù)方程的自變量（角度值）4/2bbrd/基圓半徑cossintbbxrsrradss/漸開線在x方向的參數(shù)方程sincostbbyrsrradss/漸開線在y方向的參數(shù)方程0tz/漸開線在Z方向的參數(shù)方程選擇工具“規(guī)律曲線”菜單，出現(xiàn)“規(guī)律曲線”對話框如圖4所示，選擇其中“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，生成的漸開線如圖5所示圖4規(guī)律曲線函數(shù)圖5漸開線利用漸開線繪制齒輪形狀,一般都需要“鏡像”功能以保證輪齒的對稱性。在UG中采用y軸作為對稱中心,這就需要對圖5中的坐標軸沿順時針方向旋轉一定的角度。旋轉角度的確定需要研究齒廓曲線的形成及其方程式。圖6為漸開線的鏡像中心,圖中y軸與齒輪漸開線的鏡像中心夾角為,=,i,為齒厚夾角的1/2,即90/Hz,(z為齒數(shù))。根據(jù)漸開線形成原理,標準齒輪的分度圓上的展角為:tan3.14/180oiaa，根據(jù)上述公式,建立以下參數(shù)約束如下:(tan()3.14/180)180/3.14sitaiafaafa90/sitazisitasitasita將上述約束參數(shù)輸入表達式窗口，進行了坐標旋轉以后,再以y軸作為鏡像中心進行鏡像,這樣漸開線齒輪的輪廓就畫好了。如圖7所示5圖6鏡像中心圖7旋轉鏡像后漸開線利用曲線修剪命令在漸開線與齒頂圓和齒根圓的相交處修剪漸開線，裁剪出一條齒廓線。在利用曲線修剪命令對齒頂圓及齒根圓修剪，最終得到齒輪輪廓線如圖8所示。圖8齒廓平面圖2.3直齒圓柱齒輪實體模型建立構建齒輪實體模型操作主要分為二個步驟，一是生成圓柱齒坯（齒根）；二是用拉伸齒廓截面生成三維實體，再和齒坯布爾相加。6（1）創(chuàng)建齒輪體1）單擊工具欄中的“抽取幾何體”按鈕，彈出“抽取”對話框，默認其中的“曲線”類型，在視圖窗口中選取上述繪制的齒根圓，單擊“確定”按鈕，顯然，該抽取幾何體和齒根圓是關聯(lián)的。2）單擊工具欄的“拉伸”按鈕。彈出“拉伸”對話框，選中上述的齒根圓抽取曲線，拉伸起始值為“0”，終止值為“10”，確認后即可創(chuàng)建了齒坯。（2）生成單個齒廓實體單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，彈出“拉伸”對話框，選中上述創(chuàng)建的齒廓截面，創(chuàng)建類似設置為和齒坯進行“布爾相加”，即可生成單個齒廓實體，如圖9所示。圖9生成單個齒廓圖10創(chuàng)建整個齒輪（3）創(chuàng)建整個齒輪1）單擊工具欄中的“實例特征”按鈕，彈出“實例”對話框，單擊其中的“環(huán)形陣列”按鈕，以上述創(chuàng)建的單個齒廓實體作為“引用特征”，確認后彈出“圓周陣列”參數(shù)設置對話框，在數(shù)字文本框內(nèi)輸入“50”，在“角度”文本框內(nèi)輸入“360/50”，確認后即可得到了整個齒輪如圖10所示。2）依次單擊主菜單中的“文件”“另存為”，打開“部件另存為”對話框，在文件名內(nèi)輸入“gear-straight”，單擊“O