基于ProE渐开线齿轮的造型和传动仿真.docx
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基于ProE渐开线齿轮的造型和传动仿真
目录
第一章引言1
1.1目的和现实意义1
1.2国内外研究现状1
1.3研究方法1
第二章齿轮传动概述2
第三章直齿圆柱齿轮建模2
3.1直齿圆柱齿轮主要参数2
3.2直齿圆柱齿轮建模3
3.2.1直齿轮的建模分析：
3
3.2.2直齿轮的建模过程3
第四章斜齿圆柱齿轮建模11
4.1斜齿圆柱齿轮主要参数11
4.2斜齿圆柱齿轮建模11
第五章圆锥齿轮建模15
5.1圆锥齿轮主要参数15
5.2圆锥齿轮建模15
5.2.1锥齿轮建模分析15
5.2.2圆锥齿轮建模过程15
第六章齿轮传动仿真与分析23
6.1装配23
6.1.1新建FZ.ASM23
6.1.2装配齿轮23
6.2仿真24
6.2.1进入机构模块24
6.2.2添加“伺服电动机”24
6.2.3定义初始条件25
6.2.4定义分析25
第七章小结....................................................28
第八章致谢29
附录一参考文献
附录二英文文献翻译
附录三英文文献原件
基于Pro/E渐开线齿轮的建模和传动仿真
摘 要：
通过渐开线直齿、斜齿和锥齿圆柱齿轮的参数化建模设计，介绍在Pro/E中进行参数化设计的基本方法与设计步骤，利用Pro/E软件进行齿轮的传动仿真。
关键字：
Pro/E；齿轮；建模；仿真
ModelingandSimulationofInvoluteGearBasedonPro/E
Abstract:
Throughtheinvolutespurgear,helicalcylindricalbevelwheelandconeofparameterizedmodelingdesigninPro/E,introductionofparametricdesignofthebasicmethodsandsteps,usingPro/Eofgearassemblyandsoftwaresimulation.
Keywords:
Pro/E;gear;sculpt;Simulation
第一章引言
1.1目的和现实意义
Pro/Engineer是美国PTC公司开发的优秀的三维设计软件，它采用基于特征的参数化技术，具有产品的三维设计、分析、仿真、加工和二次开发等功能，该软件已广泛应用于机械、电子、家电、模具等行业，是目前国内使用最广泛的三维设计软件之一。
装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。
通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。
仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。
仿真软件的种类很多，在工程领域，用于系统性能评估，如机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统。
1.2国内外研究现状
1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。
1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。
经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。
Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。
基于特征的参数化造型：
Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。
这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。
数据管理：
加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。
1.3研究方法
Pro/Engineer功能如下：
（1）特征驱动（例如：
凸台、槽、倒角、腔、壳等）。
（2）参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等），Pro/E为一参数化系统，即特征之间存在相互关系，使得某一特征的修改会同时牵动其他特征的变更，以满足设计者的要求。
如果某一特征参考到其他特征时，特征之间即产生父/子关系。
（3）通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。
（4）支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro／PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）。
（5）贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。
其它辅助模块将进一步提高扩展Pro／ENGINEER的基本功能。
（6）全相关性：
Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。
这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。
全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。
普通的渐开线齿轮的设计参数有：
模数m、齿数z、压力角alpha、齿顶高系数ha、顶隙系数c、齿宽b等。
这些参数决定了齿轮的齿廓形状和几何尺寸大小。
改变设计参数，可以改变齿轮的形状和尺寸，实现齿轮的参数化设计。
因此在齿轮建模过程中，将齿轮的几何参数和设计参数加以关联，每个特征的尺寸都由关系式约束，完成齿轮的参数化建模。
模型完成后，通过输入不同的模数、齿数、压力角等参数可得到相应的齿轮模型，实现齿轮的参数化设计。
第二章齿轮传动概述
齿轮传动是机械传动中最主要的一类，型式很多，应用广泛，齿轮设计在机械设计中占据着相当重要的地位，但它的设计步骤多、涉及参数多，需查询的图表总数有二十多个，给设计工作者带来很多的不便，降低了设计效率。
随着计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的发展，在产品开发的过程中，有限元分析、装配设计、运动仿真、数控加工等都必须以三维模型为基础。
在进行齿轮机构设计时，经常需要利用CAD技术设计并建立齿轮的三维实体模型，从而利用CAD/CAM软件进行装配、检测和分析。
第三章直齿圆柱齿轮
3.1直齿圆柱齿轮主要参数
模数m
齿数z
压力角alpha
齿顶高系数ha*
顶隙系数c*
齿宽b
分度圆直径d
基圆直径db
齿顶圆直径da
齿根圆直径df
3.2直齿圆柱齿轮造型
参数化创建齿轮的过程相对复杂，其中要用到许多与齿轮有关的参数以及关系式。
3.2.1直齿轮的建模分析：
（1）创建和更改基准平面、基准轴、基准坐标。
（2）创建齿轮的基本圆。
这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。
并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。
（3）创建渐开线
用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线，本章的第一小节分析了渐开线方程的相关知识。
（4）镜像渐开线
首先创建一个用于镜像的平面，然后通过该平面，镜像第2步创建的渐开线，并且用关系式来控制镜像平面的角度。
（5）拉伸形成实体
拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。
这一步是创建齿轮的关键步骤。
（6）阵列轮齿
将上一步创建的轮齿进行阵列，完成齿轮的基本外形。
这一步同样需要加入关系式来控制齿轮的生成。
（7）创建其它特征
创建齿轮的中间孔、键槽、小孔等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸。
3.2.2直齿轮的建模过程
（1）创建和更改基准平面、基准轴、基准坐标，祥见模型prtzhichilun1
（2）创建齿轮的基本圆
这一步用草绘曲线的方法，以DTM3为基准，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆，大小随意。
完成草绘后，双击曲线，更改4个圆的尺寸属性分别为：
d、db、da、df。
如图3-1所示
图3-1尺寸属性
（3）输入基本参数和关系式
单击
，在新建对话框中输“zhichilun1”,然后单击
；在主菜单上单击“工具”→“参数”，系统弹出“参数”对话框，如图3-2所示：
图3-2“参数”对话框
（4）在“参数”对话框依次输入新参数的名称、值等。
需要输入的参数如表3-1所示：
表3-1创建齿轮参数
名称
值
说明
名称
值
说明
M
1.5
模数
B
10
齿轮宽度
Z
17
齿数
HF
___
齿根高
ALPHA
20
压力角
HA
___
齿顶高
HAX
1
齿顶高系数
B
10
齿轮宽度
CX
0．25
顶系系数
X
0
变位系数
完成后的参数对话框如图3-3所示：
图3-3填充后的参数对话框
（5）在主菜单上依次单击“工具”→“关系”，键入如下公式，如图3-4所示
HA=（HAX+X）*M
HF=（HAX+CX-X）*M
D=M*Z
DA=D+2*HA
DB=D*COS（ALPHA）
DF=D-2*HF
D6=360/（4*Z）
图3-4参数关系图
（6）创建渐开线
①依次在主菜单上单击“插入”→“模型基准”→“曲线”，或者在工具栏上单击按钮，系统弹出“曲线选项”菜单管理器，在“曲线选项”菜单管理器上依次单击“从方程”→“完成”，弹出“得到坐标系”菜单管理器，在“设置坐标类型”菜单管理器中单击“笛卡尔”，系统弹出一个记事本窗口；
②在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：
r=DB/2
theta=t*45
x=r*cos（theta）+r*sin（theta）*theta*pi/180
y=r*sin（theta）-r*cos（theta）*theta*pi/180
z=0
③保存数据，退出记事本，单击“曲线：
从方程”对话框中的【确定】
（7）镜像渐开线
①单击分度圆曲线和渐开线作为参照，在“基准点”对话框内单击【确定】，完成基准点“PNT0”的创建；
②创建平面DTM4在工具栏内单击
按钮，或者依次在主菜单上单击“插入”→“模型基准”→“平面”，系统弹出“基准平面”对话框；在绘图区单击选取“GEAR_AXIS”轴作为参照，按住Ctrl键，继续单击基准点“PNT0”作为参照，如图3-5所示；
图3-5创建平面DTM4
继续在工具栏内单击
按钮，或者依次在主菜单上单击“插入”→“模型基准”→“平面”，在绘图区单击选取刚刚创建的“DTM1”面作为参考平面，按住Ctrl键选取“A_1”轴作为参考。
在偏距文本框内输入旋转角度为“360/（4*z）”，系统提示是否要添加特征关系，单击“是”；
③在“基准平面”对话框内单击【确定】，完成基准平面的创建；将关系式添加到“关系”对话框。
在绘图区右键单击刚刚创建的基准平面“HF_DTM”，在弹出的快捷菜单上单击“编辑”。
④在主菜单上单击“工具”→“关系”，系统弹出“关系”对话框。
此时系统显示“DTM4”面和“HF_DTM”面间的夹角尺寸代号。
单击该尺寸代号，尺寸代号将自动显示在“关系”对话框中，输入的关系式为：
D6=360/（4*Z）
在“关系”对话框内单击【确定】完成添加关系式；
⑤在绘图区单击渐开线特征，然后在工具栏内单击
按钮，或者依次在主菜单上单击“编辑”→“镜像”。
系统弹出“镜像”特征定义操控面板，在绘图区单击选取刚刚创建的“HF_DTM”平面作为镜像平面，在“镜像”特征定义操控面板内单击
按钮，完成渐开线的镜像。
完成后的曲线如图3-6所示:
图3-6渐开线镜像
（8）拉伸形成实体
沿df圆曲线，拉伸实体，深度为D9，沿两渐开线拉伸一个形齿，如图3-7所示
图3-7形齿拉伸
（9）阵列轮齿
①首先单击选取已经创建好的轮齿，然后在主菜单上依次单击“编辑”→“复制”，然后再次依次单击“编辑”→“选择性粘贴”，系统弹出“选择性粘贴”复选框，系统弹出“选择性粘贴”定义操控面板；在“选择性粘贴”定义面板内选取
按钮，在文本框输入旋转角度为“360/z”，系统提示是否添加关系，单击“是”；旋转角为d15,关系中有添加。
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