基于Creo 2.0的渐开线圆柱齿轮参数化设计研究

摘 要：利用Creo /Program的功能对渐开线圆柱齿轮进行参数化设计，提供了详细的设计过程，获得了关键参数的关系表达式。使用者只需要通过再生模型，重新设置齿轮参数，就可以获得任意尺寸的直齿轮和右旋斜齿轮，这样就可以实现渐开线圆柱齿轮的自动设计，也可以让渐开线圆柱齿轮变得弹性化和多样化。

关键词：Creo /Program；渐开线；再生模型

近年来，参数化设计广泛应用于机械、电子、航空，军工等领域，极大的提高了产品的机械设计效率、缩短了产品的设计周期，并且通过参数的微调，可以非常迅速的获得同种规格的不同尺寸的系列产品。本文利用Creo /Program功能，能实现渐开线圆柱齿轮的自动化设计，并且Creo /Program会将Model Tree中的每个特征的详细信息记录下来，使用者只需要通过指令就可以让渐开线圆柱齿轮变得弹性化和多样化。

1 Creo /Program的组成

由图1可以看出，Creo /Program由标题、建立参数、建立关系式、特征的创建过程及模型重量的计算，共五部分组成。

2 渐开线圆柱齿轮的参数化设计

渐开线圆柱齿轮的参数化设计的建模过程如图2所示。

2.1 利用Program输入参數并建立关系

根据机械零部件设计手册上齿轮机构的相关知识，在设计渐开线圆柱齿轮时，需建立如下参数，见表1。

通过Program输入参数：

INPUT

Z number

m_n number

alpha_n number

geartype number

hax number

cx number

b number

if geartype ==2

beta number

endif

END INPUT

通过Program建立关系：

RELATIONS

If geartype ==1

Beta=0

Endif

d=m_n*z/cos（beta）

alpha_t=atan（tan（alpha_n）/cos（beta））

d_b=d*cos（alpha_t）

m_t=m_n/cos（beta）

d_a=d+2*m_n*hax

d_f=d-2*m_n*（hax+cx）

p_fp=0.38*m_n

END RELATIONS

2.2 草绘四个基本圆

通过草绘工具，以基准平面FRONT为草绘平面，依次绘制四个同心圆，分别为齿顶圆、分度圆、基圆以及齿根圆，并建立如下关系：

d0=d_f

d1=d_b

d2=d

d3=d_a

2.3 创建渐开线，并镜像渐开线

通过曲线→从方程功能以笛卡尔坐标来创建齿轮渐开线。齿轮渐开线方程为：

angle=t*90

r_b=d_b/2

s=（pi*r_b*t）/2

x=r_b*cos（angle）+s*sin（angle）

y=r_b*sin（angle）-s*cos（angle）

z=0

接着以分度圆和渐开线为参照创建点1，以TOP和RIGHT创建基准轴1，以点1和基准轴1创建基准平面1，以基准轴1和基准平面1创建基准平面2，并建立如下关系：

D6=360/（4*z）

以基准平面2作为镜像平面，通过镜像功能，对渐开线进行镜像。

2.4 通过拉伸，创建齿根圆和分度圆实体

以2.1创建的齿根圆和分度圆为草绘截面依次创建齿根圆和分度圆曲面，并建立如下关系：

d7=b

d8=b

2.5 草绘齿轮一个端面的轮齿截面，并复制到另外一个端面

通过草绘工具，以基准平面FRONT为草绘平面，依次选取齿顶圆、齿根圆、两条渐开线，通过修剪，获得轮齿截面。

通过特征操作→复制→平移，对齿轮截面进行移动和旋转，并建立如下关系：

D9=b

D10=asin（2*b*tan（beta/d））

2.6 草绘直线并投影到分度圆曲面，获得螺旋线

通过草绘工具，以基准平面RIGHT为草绘平面，过坐标圆心绘制斜线，并建立如下关系：

d13=b

d14=beta

然后通过投影功能，将创建的直线投影到分度圆曲面，得到螺旋线。

2.7 通过扫描混合创建第一齿，复制第一齿，阵列

通过扫描混合，以螺旋线为扫描轨迹，创建的2个齿轮截面为扫描混合截面，创建第一齿。

通过特征操作→复制→平移，对第一齿进行旋转，创建出第二齿并建立如下关系：

D16=360/z

对第二齿进行阵列，并建立如下关系：

D19=360/z

P20=z-1

2.8 齿根圆倒圆角，并阵列

通过倒圆角，对第一齿和第二齿倒圆角，并建立如下关系：

D49=p_fp

通过参照阵列，对第二齿的倒圆角进行阵列。

3 各种齿轮的参数化实例

通过点击再生模型，可以重新设置参数，获得任意尺寸的直齿轮和右旋斜齿轮。

4 结语

以上就是用Creo /Program创建渐开线圆柱齿轮的参数化设计过程，使用者只需要通过再生模型，重新设置齿轮参数，就可以获得任意尺寸的直齿轮和右旋斜齿轮，这样就可以实现渐开线圆柱齿轮的自动设计，也可以让渐开线圆柱齿轮变得弹性化和多样化。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]詹友刚.Creo2.0机械设计教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

作者简介：田志华（1981-），男，湖北荆门人，硕士研究生，讲师，主要从事数控技术、CAD/CAM技术等研究。endprint