基于PRO/E的渐开线圆柱齿轮的参数化设计

杨光，熊涛，李科研

（上海索达传动机械有限公司，上海 201612）

基于PRO/E的渐开线圆柱齿轮的参数化设计

杨光，熊涛，李科研

（上海索达传动机械有限公司，上海 201612）

介绍了应用 PRO/E 软件建立渐开线圆柱直齿轮和斜齿轮三维参数化模型的基本方法，在同一三维模型中通过 Pro/program 命令完成直齿轮与斜齿轮的切换，并通过参数、关系、布局等工具的运用，自动生成相应参数渐开线圆柱齿轮，提高渐开线圆柱齿轮产品设计效率。

PRO/E；渐开线；直齿轮；斜齿轮；参数化

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-68-03

引言

齿轮传动作为机械传动重要组成部分之一，它具有传动平稳、冲击载荷小、结构紧凑、传动效率高、寿命长等特点。由于齿轮轮廓复杂，故齿轮的设计需要进行大量分析、计算和绘图工作。如何快速、准确的绘制出齿轮的三维模型，为进一步实现齿轮的传动及受力分析奠定了基础。

PRO/E 软件强大的参数化功能，使得齿轮设计参数化、系列化设计成为可能。本文基于 PRO/E 软件，由同一模型通过参数、关系、布局、Pro/program 等工具的运用，快速的设计出符合设计者要求的渐开线圆柱直齿轮和斜齿轮新模型。

1、基于PRO/E渐开线圆柱齿轮的设计思想

图1 齿轮参数化设计流程图

本文主要针对渐开线圆柱齿轮进行参数化造型，渐开线圆柱齿轮分为直齿轮和斜齿轮两种，通过参数、关系、布局、Pro/program 等工具的运用，将设计意图融入到三维模型里。使用 PRO/E 软件建立齿轮模型前，首先需要确定齿轮的基本参数，如：模数(M)、齿数(Z)、压力角(ALPHA)、螺旋角(BETA)、齿顶高系数(HAX)、顶隙系数(CX)、变位系数(X)、齿宽(B)等8个基本参数。这些参数组合成各种方程式，影响着齿轮的尺寸、形状、位置。将这些参数写入 PRO/E 软件，作为输入可变量；根据来自方程的曲线，生成渐开线；在利用扫描混合切割或拉伸切割生成一个齿；最后用轴阵列的方式生成其他齿。整个设计思路如图所示。

2、基于 PRO/E 渐开线圆柱齿轮三维参数化模型的建立

2.1 齿轮基本参数写入

首先需将齿轮的基本参数写入 PRO/E 软件，否则软件无法识别。点击“工具”菜单，选择“参数”选项，进行参数设置。如图 2 所示。

图2 齿轮的基本参数

2.2 通过关系式确定齿轮基本尺寸

点击“工具”菜单，选择“关系”选项，添加关系式，确定齿轮基本参数。

齿顶高 HA=(HAX+X)*M

齿根高 HF=(HAX+CX-X)*M

分度圆直径 D=M*Z

齿顶圆直径 DA=D+2*HA

基圆直径 DB=D*cos(ALPHA)

齿根圆直径 DF=D-2*HF

2.3 齿轮轮廓渐开线的创建

点击“曲线”命令来自方程的曲线，选择笛卡尔坐标系，在定义方程对话框中输入渐开线方程表达式：

图3

通过镜像命令，得到另一条渐开线，并草绘齿槽截面如图3所示，本文采取切除方法绘制轮齿。

2.4 绘制渐开线圆柱直齿轮齿槽

首先用“拉伸”命令画出齿轮毛坯，以齿顶圆DA为直径绘制一圆柱，圆柱高度为齿厚 B。然后再用“拉伸”切除材料命令，在草绘面内复制齿槽截面，这样就切除渐开线圆柱直齿轮齿槽，如图 4 所示。

2.5 绘制渐开线圆柱斜齿齿轮齿槽

将直齿齿槽拉伸命令隐含。用“复制”命令复制图 3 齿槽截面；用“选择性粘贴”命令，移动 1 值为齿厚 B，移动 2 值为螺旋角 BETA，如图 5 所示；

创建扫引轨迹，用“扫描混合”命令，绘制出渐开线圆柱斜齿齿轮齿槽，如图6所示。

图4

图5

图6

2.6 阵列齿槽，生成渐开线圆柱齿轮

用阵列命令，分别阵列出渐开线圆柱直齿轮齿槽和渐开线圆柱斜齿齿轮，如图7所示，此模型为直齿与斜齿共存模型，需做进一步处理。

图7

3、渐开线圆柱齿轮参数化驱动自动生成

（1）添加齿轮类型参数“gear”，点击“工具”程序（program）命令，在执行直齿的程序前增加“if gear=1”，尾部增加“endif”；在执行斜齿的程序前增加“if gear=2”，尾部增加“endif”；

图8

（2）新建“布局”文件建立渐开线圆柱齿轮参数表，如图8，“声明”布局，使之与模型关联；

（3）建立快捷键，完成直齿和斜齿的切换，“工具” -“映射键”-“新建”-“录制”，录制的过程就是给参数“gear”赋值“1”或“2”，建好后输入“1”刷新模型为直齿轮，输入“2”为斜齿轮，这个过程也可以通过更改布局参数表内“gear”值实现；

图9

（4）通过以上的设置，使用者可以通过修改布局参数表内相应的齿数、模数、压力角、变位系数、齿厚等参数，就可以自动生成所需要的直齿轮或斜齿轮，当然，斜齿轮还需提供螺旋角参数，如图 9 所示，很容易通过参数修改实现他们之间的互相转换。

4、添加其他特征

根据实际设计需求，对已生成圆柱齿轮添加诸如中心孔、键槽、倒角、油孔等其他特征，并通过布局表格参数修改齿轮模型。

[1] 王彦军,杨霞霞.基于 Pro/E4.0 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计［J］.机械研究与应用.2012 年第 6 期:158-160.

[2] 郑雄飞.基于 Pro/E Wildfire 的渐开线斜齿简要画法［J］.机械管理开发,2015 年第7期:24-26.

Based on PRO/E parameterized design of involute cylindrical gear

Yang Guang, Xiong Tao, Li Keyan
( Shanghai sauder transmission machinery co., LTD., Shanghai 201612 )

the paper introduces the application of PRO/E software to establish involute cylindrical spur gear and helical gear and the basic methods of 3 d parametric model, in the same 3 d model by PRO/program command complete straight gear and skew gear switch, and through the parameters, the relations, the use of tools such as layout, automatically generate the corresponding parameters of involute cylindrical gears, improve design efficiency of involute cylindrical gear products.

PRO/E; Involute; Spur gear; Helical gear; A parameterized

U462.1

A

1671-7988 (2017)08-68-03

杨光，就职于上海索达传动机械有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.023