ANSYS Workbench机械工程应用精华30例 第4例.docx

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ANSYSWorkbench机械工程应用精华30例第4例

第4例参数化建模实例—斜齿圆柱齿轮的创建

[本例提示]通过斜齿圆柱齿轮的创建，介绍了ANSYSWorkbench进行参数化建模的方法、步骤和过程。

4.1参数化建模基础

参数化建模是用参数驱动模型，可以通过变更参数来修改模型和设计意图，同时又是优化设计的关键步骤。

4.1.1尺寸引用和提升参数

创建草图和特征时，它们的特征由尺寸引用控制，如图4-1所示的圆的直径D1、拉伸距离FD1，修改这些尺寸即可修改几何体模型。

a）草图的细节窗口b）拉伸特征的细节窗口

图4-1尺寸引用

可将尺寸引用提升为设计参数（DesignParameter），以进行参数化数据交换。

如图4-2所示，在细节窗口尺寸引用前的方框中拾取，出现“D”后即将该尺寸提升为设计参数。

设计参数可以使用默认的名称，也可以重定义一个有意义的名称，例如Cylinder_D，后续操作将用该名称引用此设计参数。

图4-2提升尺寸引用为设计参数

尺寸引用包括草图尺寸和特征尺寸两类。

草图尺寸提升为设计参数时的默认名称为“参考平面.尺寸类型和顺序号”，例如XYPlane.D1；特征尺寸的默认名称为“特征类型及顺序号.尺寸顺序号”，例如Extrude1.FD1表示特征Extrude1的拉伸距离Depth（图4-1b），FD为FeatureDimension的缩写。

4.1.2参数管理器

DM用参数管理器对参数进行管理。

如图4-3所示，可用3D几何体建模工具条上的

按钮切换参数管理器窗口的开关。

图4-3参数管理器

参数管理器窗口有三个标签用于参数管理。

如图4-4a所示，DesignParameters标签用于设计参数的浏览和赋值，#符号用于注释。

如图4-4b所示，Parameter/DimensionAssignments标签用于定义赋值表达式，以实现用设计参数驱动几何体模型尺寸。

赋值表达式具有“参数=表达式”的形式，等式左边的参数可以是草图尺寸、特征尺寸或辅助变量，右边表达式是由+、-、*、/、（）、数值常量、草图尺寸、特征尺寸或辅助变量等构成的数学运算表达式，引用设计参数时需用前缀@。

如图4-4c所示，Check标签用于计算和检查参数及表达式的值。

图4-4参数管理器标签

辅助变量指的是不直接定义草图或特征尺寸的参数，主要用于系数或常量，如图4-4所示的Width，辅助变量也可以作为设计参数使用（见实例）。

数学表达式用符号^表示指数运算、用符号%表示求模（a/b的余数）。

数学表达式可以使用的数学函数有：

绝对值函数ABS（x）、指数函数（即ex）EXP（x）、对数函数（即logex）LN（x）、开平方函数SQRT（X）、正弦函数SIN（x）（x用角度）、余弦函数COS（x）、正切函数TAN（x）、反正弦函数ASIN（x）、反正切函数ATAN（x）、反余弦函数ACOS（x）等，数学函数更具体的使用方法请查看ANSYSWorkbenchHelp。

4.2问题描述

图4-5为一实心式标准渐开线斜齿圆柱齿轮。

已知：

齿轮的模数mn=2mm，齿数z=24，螺旋角 =10°，其他尺寸如图所示，建立其参数化几何模型。

图4-5斜齿圆柱齿轮

4.3创建步骤

1.在WINDOWS“开始”菜单执行ANSYS13.0→Workbench。

2.创建项目A，并启动DesignModeler创建几何实体，如图4-6所示。

3.选择在DesignModeler中创建几何体的长度单位为mm，如图4-7所示。

图4-6创建项目并启动DM图4-7选择长度单位

4.在XYPlane上创建草图Sketch1，画多段线近似渐开线齿廓并标注尺寸，如图4-8所示。

图4-8画多段线和标注尺寸

5.镜像直线，如图4-9所示。

图4-9镜像直线

6.对直线进行对称约束，保证参数化模型的齿槽两齿廓始终对称，如图4-10所示。

7.绘制齿顶圆弧和齿根圆弧，如图4-11所示。

图4-10对称约束图4-11绘制圆弧

8.在XYPlane上创建新草图Sketch2，绘制圆和矩形，如图4-12所示。

基于Sketch1和Sketch2将进行不同的拉伸特征，前者扩展类型为AddMaterial，后者扩展类型为CutMaterial。

图4-12绘制圆和矩形

9.对直线进行对称约束，使键槽左右对称于平面y轴，如图4-13所示。

10.修剪掉图形中多余部分，形成内孔和键槽形状，如图4-14所示。

图4-13对称约束图4-14修剪

11.标注尺寸，如图4-15所示。

为保证参数化建模时正确引用尺寸，应按图示顺序标注。

图4-15标注尺寸

12.在ZXPlane上创建新草图Sketch3，画直线作为扫略路径并标注尺寸，如图4-16所示。

图4-16画直线并标注尺寸

13.拉伸草图Sketch2成柱体，如图4-17所示。

图4-17拉伸

14.扫略草图Sketch1成齿槽，如图4-18所示。

图4-18扫略

15.阵列齿槽成齿轮，如图4-19所示。

图4-19阵列

16.提取孔的直径作为设计参数，如图4-20所示。

图4-20提取参数

17.指定设计参数并赋初值，如图4-21所示。

设计参数包括提取的草图尺寸d_hole和其它的四个辅助变量。

图4-21指定设计参数

18.指定其他参数/尺寸值，如图4-22所示。

如果读者实际操作的参数/尺寸名称与图4-22不符，应按实际操作对Parameter/DimensionAssignments标签中的参数/尺寸名称情况修改。

19.检查参数/尺寸值，如图4-23所示。

如果没有提示存在问题，进入下一步。

否则需要查找原因，进行修改。

20.生成模型，如图4-24所示。

21.改变设计参数值，生成并查看几何体模型。

图4-22指定其他参数/尺寸值

图4-23检查参数/尺寸值

图4-24生成模型

22.退出DesignModeler。

23.在ANSYSWorkbench界面保存项目。

[本例小结]首先简单介绍了ANSYSWorkbench进行参数化建模的方法、步骤和过程，然后通过斜齿圆柱齿轮的创建，介绍了参数化建模的具体应用。