基于Pro/E变位行星齿轮的参数化设计

杨利红，李光照，张淳

(1.陕西工业职业技术学院，陕西 咸阳712000;2.陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021)

行星齿轮传动由于具有体积小、质量轻、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，因而越来越多地为我国机械工程技术人员重视和应用。变位齿轮传动，特别是正传动，与标准齿轮传动相比，不但可以配凑中心矩，避免根切，减少齿轮机构尺寸和质量，而且可以减少齿面磨损，提高使用寿命和增强小齿轮承载能力等，因而多为行星齿轮传动所采用。但变位齿轮传动设计计算复杂，容易出错。如果能对变位齿轮进行精确的三维参数化设计，使设计人员通过输入少许齿轮几何即可得到变位齿轮的实体造型，进行虚拟装配干涉检查，进行运动学和动力学仿真分析，就可大大提高设计的效率和正确性。

Pro/Engineer系统将三维实体模型用于机械产品的CAD/CAE/CAM过程，设计者可以直观的了解产品的结构，掌握产品的信息;所有的Pro/Engineer的功能使用单一数据库，且相互关联，产品在开发周期中任一环节的修改，系统都将自动的对整个设计工程进行修改;参数化设计是一种使用重要几何参数快速构造和修改几何模型的造型方法，采用参数化模型通过调整参数来修改和控制几何形状，从而自动实现产品的精确造型。

1 齿轮的参数化建模

本文以可控制启动行星齿轮传动减速装置中的第一级行星轮系的行星轮建模为例，如图1所示，该齿轮的基本特征参数为：齿数Z=34，模数m=2.5，变位系数x=0.877，压力角a=20°，齿顶高系数hax=1，顶隙系数cx=0.25，齿宽b=32。

1)创建齿轮的基本参数

在Pro/E的系统菜单“工具”选项中的“参数”命令来对齿轮参数进行定义。

图1 可控制启动行星齿轮减速装置传动方案简图

设置的参数如图2。

由机械原理正变位齿轮的齿顶高、齿根高、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径公式，在Pro/E的系统菜单“工具”选项“关系”命令中添加行星齿轮必要的参数关系式，输入的关系式如下：

图2 参数设置

式中：HA—齿顶高;HF—齿根高;D—分度圆直径;DA—齿顶圆直径;DF—齿根圆直径;DB—基圆直径;HAX—齿顶高系数;MN—模数;XX—变位系数;CX—顶隙系数;ALPHA—压力角;D0、D1、D2、D3分别为绘制的分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径、基圆直径，如图3所示。

图3 绘制的四个基本圆

其关系式的输入界面如图4所示：

图4 关系式

2)创建齿轮轮廓线

打开样条曲线按钮，选择从方程，在模型树中选择当前的坐标系，然后选择坐标系类型：柱坐标，在打开的记事本中输入渐开线方程。具体如图5所示。

图5 曲线方程式

完成单侧齿廓曲线的创建如图6所示。

图6 齿廊曲线的绘制

在基圆和上面创建的齿廓曲线的交点处创建基准点PNT0;以TOP和RIGHT基准平面作为参照创建基准轴A－1;以PNT0和A－1作为参照创建基准平面DTM1;以基准平面DTM1和基准轴A－1为参照创建基准平面DTM2;最后以基准平面DTM2为镜像平面镜像刚才创建的齿廓曲线;最后即可完成创建的齿廓曲线。

3)创建齿胚实体特征

点击拉伸按钮和右工具箱中的使用边按钮，选择使用边类型为“环”，然后在工作区选择齿顶圆所在的曲线，拉伸深度为齿宽b，如图7所示。

图7 单侧齿廊曲线

4)创建第一个齿槽

进入二维草绘，点击右工具箱中的“使用边”按钮，选择使用边类型为“单个”，草绘齿廓曲线如图8所示;然后点击拉伸按钮和右工具箱中的使用边按钮，选择使用边类型为“环”，然后在工作区选择齿廓曲线，拉伸深度为b如图9所示。

图8 二维齿廊曲线

图9 拉伸生成的齿槽曲面

5)创建齿轮阵列特征

在右工具箱中单击“阵列”按钮，方向参照为旋转轴A－1，在图标板上输入阵列特征总数“34”。齿槽阵列特征如图10所示。

图10 齿槽阵列

2 结语

利用Pro/E的参数化建模可以极大的缩短在机械设计中齿轮的设计时间，从而提高齿轮的设计效率。本文探讨的变位齿轮轮齿精确建模的方法，所建立的精确参数化模型，对轮齿应力与变形的分布特点和变化规律的分析、计算机仿真、数字化制造都具有重大意义。

［1］饶振刚.行星齿轮传动设计［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］孙桓，陈作模.机械原理［M］.北京：高等教育出版社，2003.6.

［3］濮良贵，纪铭刚.机械设计(第七版)［M］.北京：高等教育出版社，2004.5.

［4］张淳，王亚峰，王铖.可控制起动行星齿轮减速装置传动方案的研究［J］.机械设计，2003 ，20(3)：32～33.

［5］冯玮，华林，黄海浪.变位齿轮参数化建模技木及其机构运动仿真［J］.机械制造，2008，8：10～13.