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题目：弧齿螺旋锥齿轮副的设计及三维建模
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弧齿螺旋锥齿轮是一般工业用齿轮副中同样模数能承受较大载荷，噪音较低，允许线速度较快，传动比变化可选择性较大，设计较为简单的一种齿轮副。它广泛地运用于工业生产的各个领域。与直齿圆锥齿轮相比，它有许多优点，所以在直齿圆锥齿轮不能承担传递动力的地方，优先考虑的都是由直齿形改为圆弧齿形，成为弧齿螺旋锥齿轮副。5 ^) S- a4 M4 d+ M; c/ z
作者曾在直齿圆锥齿轮的三维建模上作过一定的研讨，近期，由于工作的需要又对弧齿螺旋锥齿轮的设计进行了编程工作，同时可由编程的文件直接输出这种齿轮的齿形曲线，从而为方便快捷地进行设计计算及三维作图找出了一条路。
4 I u. W6 r; ~( y8 U& X6 ?编好的程序仍以数据文件输入的形式进行操作，在一个只含有文件“N.DAT”和“螺旋伞计算.EXE”的文件夹中，用记事本打开文件“N.DAT”，见“N文件”图片：
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0 j& L0 K9 }5 u/ y6 _按顺序把齿轮副的模数、公称压力角、齿中点螺旋角（输入的小齿轮如果是左旋输入负值）、小齿轮齿数、大齿轮齿数、齿宽、径向变位系数、切向变位系数及选用刀盘号数共9个参数依次写在第一行，存盘后关闭文件，点击计算文件后，自动输出各种文件。这一过程详见录像1。& M3 d6 E U! ^& K& B
输出的“A.DOC”为WORD格式文件，记录了齿轮副的所有作图需要的输入数据及计算结果，为作二维图提供了所有需要的参数，“B.DOC”文件是记录整个程序运算过程的所有参数的，在整个计算过程中除了计算大端面、齿宽中部外还对小端面进行了计算。并计算了这对齿轮的冠轮的相应参数及相应三个截面的齿形曲线。“CAXA-1.DAT”是用于CAXA软件，展示大、小轮各三个锥截面的平面展开齿形，可以作为平面分析用。“PROE-H.IBL”是用于PRO/E软件的大、小轮及冠轮的各三个截面的三维齿形曲线座标文件（共计18根样条曲线），可以直接用该软件在文件输入样条线下打开生成。（PROE软件输入样条线的能力明显比ug软件强哦）。在UG上输出以上18根曲线的文件用其余的18个文件分别输出，其中“UG-1*.DAT”类为小齿轮的6条曲线，“UG-2*.DAT”为大轮的6条曲线，“UG1.DAT”-“UG6.DAT”是该对齿轮副的冠轮的6条曲线。根据输入的小轮的螺旋角，已把左旋或右旋齿放在了相应的位置上。这些文件用记事本打开都可以看到完全是由点座标组成。如果使用的是SOLIDWORKS软件，可以分别把UG使用的18个文件改变扩展名，把“.DAT”改为“.TXT”或“”，就可以在该软件中输入齿轮及冠轮的样条线了。
, U7 {7 E3 z, X+ L; }+ j2 E* V笔者用大端模数为4.3，公称压力角（法向压力角）为20度，齿中部螺旋角为35度，小轮为左旋输入负35度，小轮齿数为17，大轮齿数为26，齿宽为29mm，径向变位系数为0.23，切向变位系数为0.01，选用刀盘号为7号刀盘为例，（并把所有输出数据放在附件1中），对这对齿轮的建模作一说明。
( r1 s9 `& Y/ U2 w. c$ o! n" z2 W在打开的UG软件上新建相应齿轮打开建模键，作出三条基准轴线，根据计算文件“A.DOC”文件，作出单个齿轮的截面图。三维建模需要的是以齿根锥为包络的半边截面就足够了。作完这半边截面图后输入相应的六条样条曲线，并对样条线进行相连的操作，用这六条线作出完整的一个齿。见图1。1 I8 D$ w* [; h) v! s& I
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这是用小齿轮的一个齿的六条经处理的齿的框架，作出的齿及齿轮的基体见图2。! ]( g+ V1 A! e6 ^8 Z
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0 k/ [, K5 u' ^0 Q! o$ `' b; T8 f# L% Y然后把这个齿“栽”在齿轮的根锥面上，对大端、小端及根锥面上进行面代换后可以很顺利地对齿轮基体及齿进行“求和”处理，进行齿根倒圆角及齿顶倒角后进行旋转复制，作出其余的齿。图3是小轮的齿形及小轮基体的半个截面在一个平面上的图。
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图4是大轮旋转复制后的图形。( P! T; \( d" y6 A7 @$ M
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. f) m, h3 e, q图5是栽好的一个齿的放大图。
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图6是大轮的作好的一个齿及半边截面图。3 r- n' m+ {, @' V
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+ m7 H: F6 z5 T7 `大轮的作法与小轮完全一样，做完大轮后可以发现要根据这对齿轮副的齿数旋转大轮或小轮，一般如果小轮是奇数齿则旋转小轮到Y轴上，如果都是偶数齿那再看除以2 后的结果，是奇数齿的旋转到Z轴上，用这种方法都能使这对齿轮顺利啮合的。本例中由于小轮为奇数齿，旋转到Y轴后就可以与大轮正常啮合了。图7是小轮经旋转后处于Y轴位置与大轮的正常啮合图。7 A* B5 |; k3 u) n. i" v) W ^* s
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冠轮一般是一个非整数齿的假想平面齿轮，参与这对齿轮的全部共轭啮合。非整数齿的操作与整数齿是一样的，只是最后的一个齿槽要宽点而已。这个冠轮是可以与这大、小轮同时啮合的，只不过不能用那个齿槽宽点的部份参与啮合。冠轮的分度圆为一个平面的类似刀具的齿轮，它的凹、凸齿槽分别与小轮和大轮啮合。计算中发现许多计算参数都是在冠轮上进行的，如各截面的螺旋角及偏转角。作好三个齿轮的三维图后只要使啮合的大、小轮整体旋转一个分度圆锥角就可以使三个齿轮处于共轭的位置了。见图8。$ E; d. a# t( B \; t" C- X0 ^3 l
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为了清楚地看到这三个齿轮的啮合情况，稍转动后见图9。+ v) L+ l) O" N5 ^7 a$ b" F5 G$ q% k
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根据啮合的运动关系，可以对这三个齿轮进行运动仿真，分析干涉区域。这一文件见录像2。放大的啮合见录像3。
' x1 G w; H6 }( ^- f以上是弧齿锥齿轮副的设计及三维建模的操作。有关程序中计算齿形的设计原理，笔者将在弧齿锥齿轮副的设计与三维建模的下部份叙述，并愿与熟悉者进行深入探讨。
5 ]# o) j' a# {6 M. j( M“三轮啮合”的录像，是二个齿轮与冠轮相啮合的运动仿真。0 a0 I7 K3 b Y, N9 @
“17-26.prt”文件是这组数据作成的三维图，是用“UG-4”做的。解压后应该可以顺利打开的。
- Z8 u- R" Z, J) y附件2是本程序的可执行文件“螺旋伞计算.EXE”及用于输入数据的“N.DAT”文件。用记事本打开后输入各项数据就可以自动计算各需要文件。当然可以计算轴交角是90度的其他螺旋伞齿轮副的计算及三维建模。供有兴趣的同行试验。可执行文件可使用到今年七月底。
( s V- {5 y' L3 P; y其余文件的上传要一定的时间，笔者将一步一步上传。
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狗仔卡
发表于 2009-6-27 22:18
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