基于ProE渐开线齿轮的造型和传动仿真.docx

1、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

2、23 6.1.1新建FZ.ASM 23 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Modeling and Simulation of Involute Ge

3、ar Based on Pro/E Abstract: Through the involute spur gear, helical cylindrical bevel wheel and cone of parameterized modeling design in Pro/E, introduction of parametric design of the basic methods and steps, using Pro/E of gear assembly and software simulation.Keywords: Pro/E ; gear; sculpt; Simul

4、ation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

5、、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

6、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，ProPROGRAM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 P

7、roENGINEER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

8、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

9、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df3.2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

10、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DT

11、M3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M1.5模数B10齿轮宽度Z17齿数HF_齿根高ALPHA20压力角HA_齿顶高HAX1齿顶高系数B10齿轮宽

12、度CX025顶系系数X0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)*MHF=(HAX+CX-X)*MD=M*ZDA=D+2*HADB=D*COS(ALPHA)DF=D-2*HFD6=360/(4*Z)图3-4 参数关系图(6)创建渐开线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”

13、，系统弹出一个记事本窗口；在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：r=DB/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0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；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”

14、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”；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”。在主菜单上单击 “工具” “关系”，系统弹出“关

15、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；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 此处省略NNNNNNNNNNNNNN字，由于图纸不能上传，如需全套设计和图纸资料请联系扣扣

16、九七一九二零八零零！(11)程序设计，在程设计中键入M NUMBER 请输入齿轮的模数 = Z NUMBER 请输入齿轮的齿数 = ALPHA NUMBER 请输入齿轮的压力角度 = B NUMBER 请输入齿轮的宽度 = HAX NUMBER 请输入齿轮的齿顶高系数 = CX NUMBER 请输入齿轮的齿底隙系数 = X NUMBER 请输入齿轮的变位系数 =(12)隐藏曲线、基准、基准点，着色等，最后如图3-9所示图3-9 直齿圆柱齿轮第四章 斜齿圆柱齿轮4.1斜齿圆柱齿轮主要参数螺旋角法面模数mn齿数z齿宽b法面压力角an法面齿顶高系数han法面顶隙系数ca分度圆直径d基圆直径db齿顶圆

17、直径da齿根圆直径df4.2斜齿圆柱齿轮造型斜齿轮的创建方法跟直齿轮的方法差不多，只是多几步螺旋角的步骤：(1)曲线的创建在“特征”菜单管理器上依次单击 “复制” “完成”，系统弹出“复制特征”菜单管理器。在“复制特征菜单管理器”上依次单击 “移动” “完成”，系统弹出“选取特征”菜单管理器，在绘图区单击选取上一步创建的截面特征，在“选取特征”菜单管理器上单击 “完成”，系统弹出“移动特征”菜单管理器。菜单管理器。系统提示输入偏移距离，输入偏移距离为b,系统提示是否添加关系式，单击 “是”，在“移动特征”菜单管理器中单击 “完成移动”，在“组可变尺寸”菜单管理器中单击 “完成”，在随后弹出的“

18、组元素”对话框中单击【确定】，在“特征”菜单管理器中单击“确定”，完成特征的复制。将关系式添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击刚刚的复制特征，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑”；在主菜单上单击 “工具” “关系”，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示两个截面的尺寸代号。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：D8=b。旋转复制上一步复制的截面，在主菜单上依次单击 “编辑” “特征操作”，系统弹出“特征”菜单管理器。在“特征”菜单管理器上依次单击 “复制” “完成”，系统弹出“复制特征”菜单管理器。在“复制特征菜单管理器”上依次单击 “移动” “完成”，系统弹出“

19、选取特征”菜单管理器，在绘图区单击选取上一步创建的复制截面特征，在“选取特征”菜单管理器上单击 “完成”，系统弹出“移动特征”菜单管理器。在“移动特征”菜单管理器上单击 “旋转”，系统弹出“选取方向”菜单管理器。在“选取方向”菜单管理器中单击选取 “曲线/边/轴”，然后在绘图区单击选取齿根圆的中心轴作为参照，如图所示。系统弹出“方向”菜单管理器，单击 “反向” “正向”；系统提示输入旋转角度，输入旋转角度为“D7=ASIN(2*B*TAN(BETA)/D)”,系统提示是否添加关系式，单击 “是”，在“移动特征”菜单管理器中单击 “完成移动”，在“组可变尺寸”菜单管理器中单击 “完成”，在随后弹

20、出的“组元素”对话框中单击【确定】，在“特征”菜单管理器中单击“确定”，完成特征的复制。旋转角度尺寸添加到“关系”对话框，在模型树中右键单击刚刚旋转复制的截面，在弹出的快捷菜单中单击 “编辑”。在主菜单上单击 “工具” “关系”，系统弹出“关系”对话框。此时系统显示旋转角度的尺寸代号。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：D11=ASIN(2*B*TAN(BETA)/D)。(2)创建第一个轮齿特征在主菜单上依次单击 “插入” “扫描混合”，系统弹出“扫描混合”特征定义操控面板。在“扫描混合”特征定义操控面板内单击 “参照”菜单，系统弹出“参照”对话框，如图4-1

21、所示：图4-1 “参照”对话框在“参照”对话框的“剖面控制”文本框内单击选取“垂直于轨迹”，在“水平/垂直控制”文本框内输入“垂直于曲面”。在绘图区单击选取分度圆上的投影曲线作为扫描混合的扫引线，两齿廓曲线为参照曲线，得一个齿如图图4-2所示：图4-2 形齿拉伸(3)其余的步骤就跟直齿的一样的，省略不述。(4)其程序设计代码如下所示：MN NUMBER 请输入齿轮的法向模数 = Z NUMBER 请输入齿轮的齿数 = ALPHA NUMBER 请输入齿轮的压力角度 = BETA NUMBER请输入齿轮的螺旋角 = B NUMBER 请输入齿轮的宽度 = HAX NUMBER 请输入齿轮的齿顶高

22、系数 = CX NUMBER 请输入齿轮的齿底隙系数 = X NUMBER 请输入齿轮的变位系数 =（5）隐藏曲线、基准、基准点，着色等，最后如图4-3所示：图4-3 斜齿圆柱齿轮第五章 圆锥齿轮5.1圆锥齿轮主要参数模数m齿数z压力角alpha分锥角分度圆直径d基圆直径db齿顶圆直径da齿根圆直径df顶隙c齿宽b5.2圆锥齿轮造型参数化设计锥齿轮的过程中应用了大量的参数与关系式。5.2.1锥齿轮建模分析(1)输入关系式、绘制创建锥齿轮所需的基本曲线(2)创建渐开线(3)创建齿根圆锥(4)创建第一个轮齿(5)阵列轮齿5.2.2圆锥齿轮建模过程前面的基准等步骤工作就不累述了。(1)输入基本参数和

23、关系式 在“参数”对话框内单击按钮，可以看到“参数”对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值、和说明等。需要输入的参数如表5-1所示：表5-1 创建齿轮参数名称值说明名称值说明M3模数DELTA_分锥角Z25齿数DELTA_A_顶锥角Z_ASM45大齿轮齿数DELTA_B_基锥角ALPHA20压力角DELTA_F_根锥角B20齿宽HB_齿基高HAX1齿顶高系数RX_锥距CX0.25顶隙系数THETA_A_齿顶角HA_齿顶高THETA_B_齿基角HF_齿根高THETA_F_齿根角H_全齿高BA_齿顶宽D_分度圆直径BB_齿基宽DB_基圆直径BF_齿根宽DA_齿顶圆直径X0变位系数DF_齿根圆直

24、径在主菜单上依次单击 “工具” “关系”，系统弹出“关系”对话框；在“关系”对话框内输入齿轮的基本关系式。由这些关系式，系统便会自动生成。(2)创建基本曲线创建基准平面。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，创建基准平面“DTM4”；在“基准平面”对话框的偏移项内输入偏移距离为“d/(2*tan(delta)”，单击【确定】完成。将偏移距离添加到“关系”对话框，在主菜单上依次单击 “工具” “关系”，在弹出的“关系”对话框内添加关系式，如图5-1所示；图5-1 参数关系图基准步骤省略，祥见模型。 (3)草绘截面如图5-2: 图

25、5-2 草绘截图(4)将尺寸代号添加到“关系”对话框中，在主菜单上依次单击 “工具” “关系”，系统弹出“关系”对话框，添加如图5-3所示的关系式；图5-3 尺寸关系(5)草绘曲线大端基本圆并添加关系式。将大端齿轮基本圆的关系式添加到“关系”对话框中，在主菜单上依次单击 “工具” “关系”，在弹出的“关系”对话框内添加关系式，如图5-4所示； 图5-4 大端齿轮基本圆的关系(6)创建小端齿轮基本圆，草绘曲线并添加关系式。将小端齿轮基本圆的关系式添加到“关系”对话框中，在主菜单上依次单击 “工具” “关系”，在弹出的“关系”对话框内添加关系式，如图5-5所示；图5-5 小端齿轮基本圆的关系(7)

26、创建渐开线 创建渐开线。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；(8)在“曲线选项”菜单管理器上依次单击 “从方程” “完成”，在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：r=D11/2theta=t*60x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0(9)保存数据，退出记事本，单击如图所示“曲线：从方程”对话框中的【确定】，完成后的曲线如图5-6所示；图5-6 齿轮大端上渐开线(10)创建齿轮小端上的渐开线

27、。方法同大端，详见模型。图5-7 齿轮小端上渐开线 (11)镜像渐开线，创建第一个轮齿，阵列轮齿都跟直齿、斜齿一样， 完成后的齿轮如图5-8所示。图5-8 圆锥齿轮(12)其主要参数代码如下：HA=(HAX+X)*MHF=(HAX+CX-X)*MH=(2*HAX+CX)*MDELTA=ATAN(Z/Z_ASM)D=M*ZDB=D*COS(ALPHA)DA=D+2*HA*COS(DELTA)DF=D-2*HF*COS(DELTA)HB=(D-DB)/(2*COS(DELTA)RX=D/(2*SIN(DELTA)THETA_A=ATAN(HA/RX)THETA_B=ATAN(HB/RX)THETA

28、_F=ATAN(HF/RX)DELTA_A=DELTA+THETA_ADELTA_B=DELTA-THETA_BDELTA_F=DELTA-THETA_FBA=B/COS(THETA_A)BB=B/COS(THETA_B)BF=B/COS(THETA_F)D0=D/(2*TAN(DELTA)D1=D/2D2=DA/2D3=DB/2D4=DF/2D5=BD6=90D9=D/COS(DELTA)D10=DA/COS(DELTA)D11=DB/COS(DELTA)D12=DF/COS(DELTA)D14=(D-2*B*SIN(DELTA)/COS(DELTA)D15=(DA-2*BA*SIN(DELTA_A)/COS(DELTA)D16=(DB-2*BB*SIN(DELTA_B)/COS(DELTA)D17=(DF-2*BF*SIN(DELTA_F)/COS(DELTA)D19=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHAD20=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHAD21=360*COS(DELTA)/(4*Z)D25=0.8*HD26=HIF HAX=1D37=0.2*MD49=0.2*MENDIFD51=360/ZD75=360/ZP76=Z-1