基于UG的斜齿轮三维参数化设计方法.pdf

基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法本文格式为 WORD，能编辑和复制，感谢您的阅 读基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法提出一种斜齿轮三维参数化通用设计方法—扫描成型法该方法利 用 uc软件的相关功能，生成斜齿轮的端面和法面轮廓线，并沿螺旋线 扫描获得斜齿轮廓面；通过对造型实体进行裁剪操作生成单个轮齿， 然后通过布尔运算获得完性轮齿，最终实现对斜齿轮的计算机辅助三 维实体造型1 引言计算机辅助造型技术已在产品设计、工程分析、快速成型等技术领 域获得了广泛应用在应用CAD/CAM 技术设计、制造齿轮产品时， 齿轮的三维实体造型是一个瞬需解决的技术难题，如齿轮造型精度不 高，将直接影响有限元分析、虚拟样机设计的仿真结果，并影响到齿 轮产品的 CAM 制造精度目前，对工程中最常用的渐开线圆柱直齿轮 的三维造型理论与方法已进行了大量研究，并取得了较为成熟的研究 成果(如基于 UG 软件的 3种生成方法、基于CAXA 软件的生成方法 等)对于结构更为复杂的斜齿轮，山于其齿面为螺旋渐开线齿廓曲 面，因此三维造型难度更大，目前主要采用二次开发法和加工模拟法 来实现其造型 (如基于 AutoCAD 软件的造型方法、基于Solid Edge软件 的造型方法等 )。

其中，二次开发法对设计人员技术水平要求较高，造 型过程烦琐，适用范围也受到一定限制；加工模拟法需要模拟刀具和 轮坯两个模型的范成运动并进行全程布尔运算，生成的文件较大，设 计周期较长在采用 CAD/CAM/CAE 集成化软件 UG 进行斜齿轮设计的过程中， 我们将 UG 的三维参数化造型、表达式处理、自由曲面扫描等功能有 机结合起来，提出一种通用的斜齿轮三维设计方法—扫描成型法该 方法首先求得斜齿轮的端面轮廓线，然后通过投影关系获得其法而轮 廓线；将法面轮廓线沿螺旋线扫描获得刹一齿轮廓面，然后利用该面 对造型实体进行裁剪操作以生成单个轮齿，并通过布尔运算最终获得基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法斜齿轮的完整轮齿实际应用表明，扫描成型法的设计精度和设计效 率较高，操作简便本文介绍应用该方法进行刹齿轮设计造型的主要 步骤，包括端面轮齿轮廓线的精确绘制、端面与法面轮廓线的关系、 螺旋线的生成、单个轮齿与完整轮齿的生成等2 轮廓线与螺旋线的生成2.1 端面轮廓线的生成齿轮上的所有轮齿都具有相同的结构特征应用扫描成型法进行斜 齿轮造型设计时，首先需求取斜齿轮的端面齿形，然后据此生成法面 齿形。

以标准渐开线圆柱斜齿轮为例，由于其端面轮廓线为渐开线， 因此设计时可直接利用直齿圆柱齿轮的表达式例如，被设计斜齿轮 的齿顶圆直径 d=76.40mm，齿数 z=23，齿宽 b=22mm，法向模数 m=3mm，齿顶圆螺旋角β=12.43333°，旋转方向为左 旋设计时，选择UG 软件的表达式 (Expression)工具，输入渐开线表 达式：pi=pi() 基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法afan=20 z=23 da=76.4 mn=3 bata=12.433333 b=22 t=0 qi=(tan(afat)一 afat*c)/C q′=90/zq=q′+qi基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法s=(1一 t)*e+t*f u=s*c x=rb*sin(s)-rb*u*cos(s) y=rb*cos(s)+rb*u*sin(s) xt=x*cos(q)-y*sin(q) yt=x*sin(q)+y*cos(q) arc=b*tan(bata) a=deg(arc*2/d) x0=d/2*sin(a*t) y0=d/2 *cos(a*t) 以上表达式的后半段采用了知阵变换方式来解决渐开线轮廓对称问 题，使渐开线精度较采用手工取舍旋转角度的方法显著提高，有利于 齿轮廓线的精确绘制。

由于采用了UG 内部的表达式工具，避免了编 程处理，因此提高了设计效率选取 UG 中规则曲线 (Law Curve)的 By Equa-tiou 方式，以坐标原点 为基准点插入规则曲线，UG 将自动计算 (x0，yo)值(z 轴坐标为 O)并绘 制渐开线以 y 轴为对称中心，对渐开线进行镜象操作，可得到两条 齿侧轮廓线方程中的所有参数可随时进行修改，参数变化后生成的 曲线将相应发生变化以工作坐标原点为基准，利用齿顶圆、齿根圆对其进行修剪并处理 齿顶、齿根处的过渡圆角，得到如图1 所示的端面齿形轮廓线基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法图 1 端面齿形轮廓线2.2 螺旋线的生成由于斜齿轮的轮廓线需通过其法面轮廓线沿螺旋线扫描生成，因此 首先必须生成螺旋线本方法采用分度圆上的螺旋线作为引导线在 UG 的自由曲而扫描方式中，为保证生成的曲面不变形，需要生成三条 螺旋引导线分度圆上螺旋线表达式的生成方法如下：在斜齿轮分度圆柱面的展开图中(见图 2a)S为导程， β 为分度圆上 的螺旋角根据三角形边角关系，可得出arc弧长为 arc=btan β分度圆半径 r= d/2，可得 arc弧长在分度圆上对应的中心角弧度值 为: φ=arc/r=2arc/d基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法图 2 斜齿轮分度圆柱面的展开图UG软件中的三角函数值是以度为单位，因此需用deg()内部函数将 弧度转换为度，即a=deg(φ)=deg(2arc/d)通过表达式绘制圆弧时，必须以圆弧所对应的中心角为变量参数。

系统提供的内部变量参数t的变化范围为 0～1，因此需进行参数代换 (at)，使 t 在 0～2arc/d的角度范围内变化代入圆的参数方程按此方法绘制的圆弧是从x 轴开始，为使圆弧从y 轴开始，需对表 达式稍作变动，将x 和 y 对换在表达式对话框中输入以下表达式：arc=b*tan(bata) a=deg(arc*2/d) xO=d/2*sin(a*t) y0=d/2*cos(a*t) 式中，arc为分度圆圆柱而螺旋线在端面投影的弧长，a为与 arc圆 弧对应的中心角度基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法按规则曲线方式插入 (x0，y0，Z)生成的螺旋曲线， z 轴分量以线性 (Linear)方式输入起始值0、终止值 50以替代齿宽 b(b<50)，在对话框 中选择 “OK ” 后，图形窗口中即生成一条螺旋线对该螺旋线进行围绕 圆心旋转变换的复制操作，即可在分度圆上生成任意位置的两条螺旋 线，即得到如图 3 所示的三条螺旋引导线图 3 生成的三条螺旋引导线2.3 法面轮廓线的生成将工作坐标的 z 轴向 x 轴旋转螺旋角 β ，在 x-y 坐标面上建立一个 参考平而，然后将端面轮廓线投影到该参考平面上，即可得到如图4 所示的法面齿形轮廓线。

基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法提出一种斜齿轮三维参数化通用设计方法—扫描成型法该方法利 用 uc软件的相关功能，生成斜齿轮的端面和法面轮廓线，并沿螺旋线 扫描获得斜齿轮廓面；通过对造型实体进行裁剪操作生成单个轮齿， 然后通过布尔运算获得完性轮齿，最终实现对斜齿轮的计算机辅助三 维实体造型3 轮齿实体的三维造型将法面轮廓线沿螺旋引导线进行扫描，即可生成斜齿轮的轮廓曲 面以该轮廓曲面为边界对实体进行裁剪操作，获得的剩余实体即为 被设计的轮齿实体3.1 法面轮廓线的扫描旋转坐标到原始位置选用UG 中的自由曲面扫描 (SWPt)方式，在 对象窗口内依次选择三条引导线，然后选取法面齿形轮廓线，在对齐 方式中选择弧长对齐 (Arc Length 即可得到图 5 所示的扫描曲面图 5 扫描曲面3.2 单个轮齿的生成基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法将坐标沿 z 轴移动 10，绘制一个方块实体 (见图 6)，其 z 轴方向长 度等于齿宽 b用生成的齿面对其进行剪切，即可得到斜齿轮的单个轮 齿实体 (见图 7)由于法面与端面相交 (见图 4)，因此如从原始坐标原点 开始绘制方块实体，则扫描得到的单齿而未穿过该方块的两个对面， 就无法完成剪切操作。

图 6 绘制的方块实体图 7 斜齿轮的单个轮齿实体3.3 整体轮齿的生成以齿宽 b 为高度坐标绘制出齿根圆柱(见图 8)然后对轮齿和圆柱 体进行布尔加运算，对轮齿特征进行数目z的阵列运算，旋转角度为基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法360/z，最终生成如图 9 所示的斜齿轮整体轮齿实体(其中的齿轮孔是经 后处理实现的，过程略 )图 8 绘制齿根圆柱图 9 斜齿轮的整体轮齿实体4结语本文提出采用扫描成型法进行斜齿轮的计算机辅助设计，利用UG 软件的表达式 (Expression )工具并结合解析算法，可较好保证计算精度 并减小编程工作量；利用矩阵变换方式可提高对称轮廓的设计精度； 利用单齿阵列操作可减小计算量，生成较小的零件文件；建立的方程基于 UG 的斜齿轮三维参数化设计方法重复利用率高，只需改变其中部分参数即可生成新的曲线，提高了设 计效率该方法不仅可应用于产品的有限元分析和虚拟装配，而且还 可用于计算机辅助教学此外，应用该方法可显著提高计算机辅助加 工精度提示: 文档资料收集或整理于网络，若本文档侵犯了你的权益，可留言本 人会尽快处理 想了解更多更新的文档资料?请关注： 或者： 本空间定期更新：市场研究报告/论文/技术档案 /案例== 可免费阅读 感谢你的支持 ! 。