ProE5.0的直齿圆柱齿轮的三维参数化设计

王舒菲 董秀萍

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

ProE5.0的直齿圆柱齿轮的三维参数化设计

王舒菲 董秀萍

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

运用三维ProE5.0软件，提供一种渐开线直齿圆柱齿轮的参数化设计方法进行快速简单建模，充分利用软件参数化建模独特的特点，并通过其自身再生功能创建新的齿轮模型，缩短了齿轮传动零件研发设计时间，同时也降低了设计成本。

ProE5.0；直齿圆柱齿轮；参数化设计

齿轮，作为一种传动机构零部件，在建模上不仅要保证其精确度，而且当改变其主要参数时，整个齿轮又需重新建模，因而建模过程很繁琐。利用ProE5.0三维制图软件能够简化这一问题，不仅能保证齿轮的精确度，还能实现其参数化造型，进而实现齿轮的一系列造型设计，为模型设计者减少了大量繁重的工作，减少设计时间及成本，也减少了电脑信息的储存量。运用Pro E5.0进行齿轮的建模，为齿轮在设计、制造加工及CAE提供一个便利的平台，体现了CAD/CAM/CAE一体化的发展趋势。现以渐开线直齿圆柱齿轮为例介绍直齿轮的一种参数化造型方法。

1 ProE5.0简介

Pro/ENGINEER，简称Pro/E，由美国PTC公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、三维模型设计，到结构分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，再到生产加工成产品的整个过程，其中还包括了大量的电缆及管道布线、模具设计与分析等实用模块。在机械设计自动化（Mechanical Design Automation，MDA）方面，Pro/E通过参数化及面向零件的3D实体模型设计制作技术，彻底改变传统的设计理念，为航空航天、汽车、机械、数控（Numerical Control，NC）加工和电子等诸多工程设计领域提供一条革命性的途径［1］。

2 基于Pro/E的直齿轮参数化的基本原理

直齿圆柱齿轮，由一圆柱体上通过渐开线形成的若干渐开线轮齿组成。其中，直齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成包括：①法面齿廓曲线，齿轮轮廓法面齿廓由2条渐开线曲线齿廓，即齿顶圆圆弧和齿根圆圆弧组成；②齿廓曲面，可视为法面齿廓垂直轴线，沿平行圆中心轴线的方向扫描形成。一个直齿圆柱齿轮可看成在基圆柱体上的Z个齿廓曲面圆周阵列而成，转角为360°/Z。

3 参数化直齿轮的建模过程

3.1 直齿圆柱齿轮的基本参数

直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸代号及计算公式见表1。

3.2 渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计过程

以某齿轮参数为例，模数m=2.5，齿数z=125，压力角α=20°，齿宽width=80mm。

①打开Pro E5.0软件，点击“文件”菜单中的“新建”命令，选择“零件”“实体”选项，输入名称“gear”，可使用缺省模板，也可根据自己的需要选择相应的单位，点击“确定”进入绘图界面。

表1 直齿圆柱齿轮各部分名称及尺寸代号及计算公式

②点击“工具”菜单中的“参数”命令进入关系对话框，新建如下局部参数：m——法面模数；z——齿数；α——压力角；width——齿宽；da——齿顶圆直径；d——分度圆直径；db——基圆直径；df——齿根圆直径；h——齿高；ha——齿顶高；hf——齿根高；p——齿距；s——齿厚；e——齿槽宽。部分主要参数初始化如下：m=2.5，z=125，α=20°，width=90mm。其余各参数选择默认值。

③绘制齿轮坯。点击“旋转”，草绘如图1所示的轮廓，点击“工具”菜单中的“关系”进入对话框，如图1所示，在对话框中输入以下关系式：sd6=width，sd10= 0.25*width，sd9=m*(z+2.5)，得到齿轮坯。

图1 绘制齿轮坯

④绘制键槽及减重圆孔，点击“拉伸”，以标准轮廓拉伸实体切除得到齿轮毛坯实体。

⑤绘制直齿轮的4个尺寸基准圆，点击“草绘”命令，以默认坐标系中心为圆心按从大到小绘制4个同心圆，点击“工具”菜单中的“关系”进入关系对话框，输入以下关系表达式：

⑥绘制基圆渐开线。点击“曲线”，选择坐标系，坐标系类型选择笛卡尔坐标系，在方程定义对话框中输入以下表达式：

⑦绘制齿轮齿槽断面。点击“草绘”，建立镜像平面，利用“镜像”命令绘制另一条渐开线，并完成齿槽断面的绘制，如图2所示。

图2 齿槽断面绘制

⑧绘制齿槽。点击“拉伸”，利用上述的齿槽截面拉伸切除齿轮坯，得到齿槽。

⑨阵列齿槽。选中⑧所绘制的齿槽，点击“阵列”，在“阵列”命令对话框中选择“轴”阵列，阵列参数：成员数为125，角度为360°/z，点击“工具”菜单中“关系”进入对话框，输入关系表达式：p40=z。

3.3 直齿轮建模的参数化运行

完成上述参数化建模的程序编辑后，对程序进行保存。重新将模型打开，用户根据需要，在“工具”菜单下“参数”命令对话框中输入新的模数、齿数、压力角及齿宽等参数，然后在执行“再生”命令，ProE5.0系统会自动执行该程序，从而形成新的直齿圆柱齿轮，实现了直齿轮的参数化设计过程。

4 结语

以上就是直齿轮三维造型的一种方法，该方法不仅能适用于直齿轮，而且适用于所有类型的齿轮。这种参数化设计方法不但能保证齿轮三维模型的精确性，而且只要改变其中重要参数，就能通过程序再生出新的符合要求的齿轮，为设计者减少了重复劳动量，提高了产品的设计质量。在实际应用中，设计者通过该方法得到了精确的三维模型，也可借助此方法建立各零部件的模型库，为后期各种传动仿真分析及数控加工奠定了坚实的基础。

［1］詹友刚.Pro/ENGINEER中文野火版5.0工程图教程（修订版）［M］.北京：机械工业出版社，2013.

The Three-dimensional Parametric Design of Spur Gear Based on ProE5.0

Wang ShufeiDong Xiuping
（School of Materials Science and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048）

Using three-dimensional ProE5.0 software,a parametric design method of involute spur gear was provided for quick and easy modeling,by making full use of the unique characteristics of the software parametric modeling, and creating a new gear model through its own regeneration function,the time of research and design of gear transmission parts was shortened,the design cost was also reduced.

Pro E5.0；spur gears；parametric design

TH13

A

1003-5168（2016）11-0039-02

2016-10-11

王舒菲（1993-），男，硕士，研究方向：机械设计。