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题目:弧齿螺旋锥齿轮副的设计及三维建模1 G0 L& h/ T( [* u' D7 ?
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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。
( F' ]* L# y* M# n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。* Q- q0 p( j# a( [8 a( i# o
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:6 t q& w' J ]
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9 q7 ?% [, {: ]' V8 @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。
) X0 T& U2 C/ H! ?/ ~2 h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。
+ Y1 W5 p" h) {+ C# W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。$ Q+ i7 b1 c 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。
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7 D8 e4 h# d/ s) e6 I0 e% y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。
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/ q! A# z8 M ^% b M1 j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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4 C7 t1 f1 S9 L7 r图4是大轮旋转复制后的图形。
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1 R5 }' E' G% l8 h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。
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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。
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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。2 b1 F4 x5 G! l; o
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) T2 V+ H' ]7 u! u为了清楚地看到这三个齿轮的啮合情况,稍转动后见图9。
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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。" `8 X/ |9 ~; e* Q
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。: g+ t" Q$ b- n" u7 n3 M3 q
“三轮啮合”的录像,是二个齿轮与冠轮相啮合的运动仿真。5 y( c ~( m. x2 w: H
“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。
% M: f5 q5 S+ Y, A' t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。
- g' m9 [9 z4 a4 V# B其余文件的上传要一定的时间,笔者将一步一步上传。& a8 ^- a/ s, K+ k7 f' f; D. _& U& b2 x
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