基于Pro/E的齒輪三維建模設計方法研究

陳曉明，周江東

（江蘇海事職業技術學院，江蘇 南京 211100）

0 引言

齒輪傳動普遍的應用于機械零件傳動中，傳遞動力，在機械產品中，齒輪的質量優劣直接關系到整個機器的效率，并且決定機械產品的質量和機能。高效率的傳動、精確的傳動比、可靠的工作狀態以及高壽命等，這些優點都使齒輪備受推廣。而且齒輪傳動適用的機械領域非常的廣泛，幾乎每個地方都可以用得到。當然，齒輪傳動的缺點也是顯然易見的，齒輪制造的精度要求高、容易磨損、噪音大、成本高等。所以，對齒輪的合理設計便顯得非常重要。

1 齒輪建模方法

要確保齒輪在傳動中的精確性和高效率，那么，齒輪的建模方法的選擇便是格外重要的。齒輪建模的方法有很多，比如描點法、利用插件法、參數法等。而在其中應用最為廣泛的為參數化設計。

1.1 描點法

描點法是齒輪建模常用的一種方法，描點法創建的過程可歸納為：（1）寫出齒輪齒廓數學模型，求出曲線上點坐標。（2）根據所求出的坐標值繪出齒輪齒廓曲線圖形。（3）利用三維軟件的建模功能創建三維模型。這種描點法建模雖然步驟繁瑣，但是只要創建出準確的數學模型，在曲線上多取點，以來提高其精度，然后使用計算功能求出相應的坐標值，再在三維軟件中使用描點法畫出草圖，再進行其它功能命令，就可以創建出不同的齒廓曲線齒輪模型。

1.2 利用插件法

利用插件法是一簡單的齒輪建模方法。之所以方便，就是因為齒輪在建模的過程中使用了插件?，F在的許多三維建模軟件提供了數據接口，建模人員可以使用第三方插件連接到建模軟件中，比如：GearTrax。選擇相應的參數后設定，就可以完成齒廓曲線，接下來使用其它的功能命令，就可以得到相應的齒輪三維模型。

1.3 參數法

參數法是建立在描點法基礎之上，通過創建相應的齒輪齒廓算法程序，然后在系統中就生成了一個模板。在齒輪建模的時候只需要調用模板文件，根據設計要求填寫相關參數，用戶就可以得到需要的齒輪模型了。參數法建模過程也很簡單，對于機械產品中的絕大多數齒輪都可以采用該方法。

2 Pro/E 對齒輪的參數化建模設計

在Pro/E 中齒輪的設計參數可以人為的輸入并且可以改動，這一部分包括2 方面數據輸入以及輸入數據的合理性（如數據值的限制是否合理、數據間的相互約束是否滿足）等。在系統菜單參數的選項中只需替換對應的參數數據，就可以完成另一個齒輪的自動創建。在齒輪設計計算中用到的其他相關參數和公式可以從機械參考手冊中查閱并通過產品的數據管理模塊進行管理。

同時，在生成齒輪之后，需要對齒輪進行裝配進行模擬運動分析的話，也可以在Pro/E 系統中進行創建。在模擬分析結果以后，可以根據自身的設計需要，對齒輪進行有效合理改進，從而達到一個優化的效果。

（1）參數法建模過程。第一步：首先在Pro/E 窗口界面中創建一個以.PRT 后綴的文件，然后進行創建工作。文件命名為zhichilun.prt。第二步：在工具菜單選項中選擇參數，把齒輪的各個參數都輸入在表格中，如圖1 所示。第三步：完成了參數的設置后，再進行關系式的輸入。第四步：進入草繪模式，選取好參照面，畫出4 個同心圓，大小不限。完成后退出草繪模式，把得到的4 個圓編輯命名da、db、d、df。第五步：接下來就是創建齒輪的漸開線，在進入創建漸開線模式下，選取坐標系后輸入相關參數。第六步：完成輸入后，漸開線就會出現在繪圖區。然后建立基準點PNT0、基準軸A_1、基準面DTM1 和DTM2；并鏡像漸開線，如圖2 所示。第七步：拉伸齒根圓，設置拉伸寬度為b；創建第一個齒輪廓以及陣列齒，并進行倒角和軸孔的創建。如3 圖示。以上就是第一個齒輪的建模過程，然后進行第二個齒輪的創建，第二個只需要在參數選項中把齒數、齒寬等數值修改成所需要的數值即可完成創建。

圖1 齒輪參數設置

圖2 鏡像漸開線

圖3 齒輪模型

圖2 齒輪運動時截圖

（2）Pro/E 對齒輪的裝配和運動校核。在齒輪創建完成后，可以對兩個齒輪進行裝配，同時使用齒輪副功能對其進行仿真運動，從而分析其參數設計的合理性。

在齒輪裝配以及仿真運動的過程中，在界面中可以知道所設計的齒輪是否正常運轉。同時，對齒輪裝配的間隙進行檢測。在Pro/E 中，自帶公差配合自動分析選項，選取齒輪嚙合處作為研究對象，然后點擊分析計算按鈕，在系統中自動輸出分析結果，如圖4 所示。

［1］陳鵬，龍時丹，朱潤華，等.Pro/ENGINEER 快速入門與零件設計教程［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［2］馬鳴，李光瑾.柴油機齒輪失效分析［J］.柴油機設計與制造，2007（6）.

［3］張沛欣.Pro/Engineer 高級攻略［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［4］劉鵬飛.漸開線斜齒圓柱齒輪的有限元建模及分析［J］.裝備制造技術，2006（5）.