基于Solidworks的齿轮三维造型

荣瑞芳赵先仲

(华北航天工业学院,河北廊坊065000)

摘要:结合计算机辅助工业设计/制造(CAID/CAIM)的需要,介绍了在Solidw orks中实现参数化齿轮三维造型的技巧和方法。应用此方法可以在Solidw orks环境下完成齿轮的参数化三维造型设计。

关键词:齿轮渐开线参数化Solidw orks工业设计三维造型

3-D Molding De sign of Gear Based on Solidworks

RON G Ruifang,ZHAO Xianzhong

(North China Institute of Astronautic Engineering,Langfang065000,CHN)

Abstract:Based on the need of computer aided design and manufacturing,the method and technique of the parametriza2 tion order for drawing the plane profile of straight tooth column gear was developed with visual C in S olid2 works.Parametrization3-D molding design of gear was completed using this method.

K eyw ords:G ear;Involute;Parametrization;Solidworks;Industrial Design;3-D Molding

Solidworks具有丰富的零件实体建模功能。它能进行变量化的草图轮廓绘制,并能自动进行动态约束检查。通过拉伸、旋转、薄壁特征、抽壳、特征阵列以及打孔等操作,更简便地实现产品的设计。通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控的相关操作能生成形状复杂的构造曲面,可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作。所有特征都可以用拖动手柄改变尺寸,并有动态的形状变化预览。可实现变半径倒圆、指定区域倒圆和圆角过渡。在屏幕左侧显示的特征树,可直观有效地管理整个设计过程,随意地改变零件的形状和设计意图;可以进行特征的拖动、剪贴和换序;可以把一个窗口零件上的某些特征剪切、复制到另一窗口的零件上。当设计完成的零件被其他设计人员调用时,能够很快地通过特征树了解此设计意图和设计过程,并可以按自己的设计思想进行修改。与功能强大的Solidworks设计功能相比,其标准件图库Toolbox中仅有轴承、螺钉、凸轮等系列零件可供调用,缺少齿轮类系列零件等,成为此软件的一大缺憾,而其绘图模块中没有绘制各种齿轮的功能。本文以圆柱直齿轮为例说明渐开线齿轮的生成方法。

1齿轮三维造型设计原理

齿轮三维造型的关键是生成符合要求的渐开线和轮齿。由于Solidworks没有直接用于绘制渐开线的命令,所以必须借助于相应的程序,生成用于参数化设计的渐开线齿廓。

渐开线的直角坐标参数方程为

X=R b(cosφ+φ・sinφ)

Y=R b(sinφ-φ・cosφ)

(1)式中:X、Y———表示渐开线上任一点的直角坐标值R b———渐开线基圆半径

φ———渐开线发生线在基圆上的滚动角度,

其最大值为

φ

max

=R2a-R2b/R b(2) R a———渐开线齿顶点向径

齿轮段渐开线参数方程中的滚动角的取值范围为0≤φ≤φmax。根据渐开线参数方程,经过计算求得渐开线上一系列点的坐标值,然后运用画直线命令,连接所有坐标点,得到了近似渐开线曲线。当所求渐开线上的点足够多时,就会绘制出精确的渐开线齿廓曲线。然后,可在基圆上镜像出轮齿另一侧的齿廓曲线,再根据齿数z圆周阵列绘出全部齿廓曲线。

由渐开线生成轮齿,要镜像生成对称的另一侧齿廓曲线,必须确定镜像轴线O P的位置。设O P与X 轴的夹角为λ,A C点的弧长为齿轮基圆的齿厚S b,则基圆的齿厚的计算公式为

S b=

π

z

・R b+2R b・invαλ=

S b

2R b=

π

2z+

tanα-α

式中z———齿数

α———压力角

2曲线生成程序

本文用C语言编制一个生成渐开线曲线的程序,将其保存为扩展名为.txt的数据文件。

#include

#include

#include

#include

main()

{FIL E3fp;

char name[20],buff[20];

int gd=DETECT,gm,i,zn;

float mn,rb;

float r,x,y,rk,thk,alphk;

printf(”Input File name:”);/3提示输入生成的数据文件名3/ scanf(”%12s”,name);/3等待输入文件名3/

printf(”nInput Mn:”);/3提示输入齿轮模数,例如33/ scanf(”%12s”,buff);mn=atof(buff);/3等待输入齿轮模数3/ printf(”nInput Zn:”);/3提示输入齿轮齿数3/

scanf(”%12s”,buff);zn=atoi(buff);/3等待输入齿轮齿数3/

rb=mn3zn3cos(203M-PI/180)/2;/3计算渐开线基圆3/ initgraph(&gd,&gm,””);

fp=fopen(name,”w”);

setcolor(15);

circle(320,240,(int)(rb32+0.5));/3画出基圆3/

for(alphk=0,i=0;alphk{thk=tan(alphk)-alphk;

rk=rb/cos(alphk);

x=rk3cos(thk);y=rk3sin(thk);/3计算X坐标和Y坐标3/ r=sqrt(x3x+y3y);

putpixel(320+x32+0.5,240-y32-0.5,15);

fprintf(fp,”%ft%ft%dn”,x,y,0);

if(r>(zn+2)3mn/2)break;

}

fclose(fp);

getch();

restorecrtmode();

}

3设计实例

这里以模数为3、齿数为50为例说明设计过程。

3.1生成渐开线数据文件

运行如上所述程序,输入文件名Z-3-50.txt、模数3、齿数50,生成数据文件Z-3-50.txt。参见图1

。

3.2绘制齿轮

3.2.1生成基体

(1)在Solidworks的“前视基准面”上以坐标原点为中心画一个圆草图,该圆直径为齿根圆直径。其值为142.5。

(2)用拉伸凸台/基体功能生成一个圆柱体,这里圆柱高度为20。

3.2.2生成轮齿

(1)插入渐开线曲线。单击“插入”下拉菜单中的“曲线”级联菜单中的“通过xyz点的曲线”选项,弹出图1对话框。单击“浏览”按钮,打开渐开线文件,单击对话框中的“确定”按钮,渐开线出现在屏幕上。

(2)绘制轮齿曲线。在前视基准面上绘制草图,用转换实体功能将渐开线转换成草图曲线,画2条通过中心的中心射线,画一个分度圆中心线,画一个点与分度圆和渐开线草图重合,标注2条中心射线的角度为1.8°。将该曲线与中心线对称,画一个直径为156的齿顶圆。用转换实体功能将圆柱面(齿根圆)转换成草图曲线。用裁剪功能裁掉无用的线,形成轮齿轮廓线,如图2所示

。

(3)生成单个轮齿。用“拉伸凸台/基体功能拉伸成轮齿,在终止条件框中选择成型到下一面。形成的轮齿如图3所示。

(4)生成全部轮齿。用圆周阵列法生成全部轮齿,生成的齿轮如图4所示。再经过孔和键槽的实体切除就形成了完整的齿轮。

并联机床加工精度保障

刘文涛①孟庆鑫①王知行②

(①哈尔滨工程大学,②哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:文章对并联机床加工精度的保障系统进行了介绍,该系统涉及分辨率分析、复位位置保证、结构参数标定、工件坐标系建立、刀具长度检测、非线性误差控制、加工零件表面测量以及加工数据基准修正等多个环节,贯穿于机床的设计、制造、控制及加工产品检验等整个过程中。

关键词:并联机床数控系统精度误差

Machining Precision Ensurance System of Parallel Machine Tool

L IU Wentao①,M EN G Qingxin①,WAN G Zhixing②

(①Harbin Engineering University;②Harbin Institute of Technology,Harbin150001,CHN)

Abstract:The machining precision ensurance system of Parallel Machine Tool(PM T)is introduced in this pa2 per.This system consists of resolution analysis,homing position ensurance,machine structure cali2 bration,workpiece coordinate establishment,tool length measurement,nonlinear error control, workpiece surface testing and machining data modification,etc.,whick involves in the whole process including design,manufacturing,control and machining workpiece examination of PM T.

K eyw ords:Parallel Machine Tool;Numerical Control System;Precision;Error

哈尔滨工业大学与哈尔滨量具刃具厂合作,为哈尔滨汽轮机厂开发了一台BXK4027型7轴联动并联机床(图1)。其结构如图2所示,6个轴构成了典型的Stewart平台机构,带动主轴运动;另1个轴为卧式布置的回转轴,用于实现叶片的回转运动。该机床自2003年6月起在哈尔滨汽轮机厂正式投入使用,采用三班制24h连续加工,经常一个多月不停机、不断电工作,至今机床各部分运行稳定良好。其单件加工时间、加工精度以及加工的表面质量均与瑞士的Starrag 机床相当,而机床的价格以及运行的维护费用却很低。这台机床的成功应用标志着我国并联机床在产业化方面有了重大的突破。本文将对该机床的加工精度保障进行简要介绍

。

4结语

本文以圆柱齿轮为例介绍了齿轮的绘制过程,对

于其它复杂的齿轮轮齿只是曲线的形状不同,其原理

基本相同。对于螺旋齿轮,再生成一条螺旋线,用扫描

法可以生成符合要求的齿轮。

参考文献

1郑一平,倪兆荣,金波等.基于AutoCAD的直齿圆柱齿轮的三维造

型设计.机床与液压,2004(5)

2徐灏.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1991.

第一作者:荣瑞芳,男,42岁,北京科技大学博士

研究生,华北航天工业学院副教授。主要研究方向:机

械制造、数控技术应用。获省部级奖三项,发表论文十

余篇。

(编辑徐洁兰)　(收稿日期:2004-07-30)　　

文章编号:41016

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