参数化标准直齿圆柱齿轮模型的建立及参数修改

张浩强

（益阳橡胶塑料机械集团，湖南 益阳 413000）

0 引言

直齿圆柱齿轮在各种机械设备中都发挥着极其重要的作用，其中很大一部分直齿圆柱齿轮都具有极其相似的结构和形状。在设计新产品时，需要对零件的尺寸进行不断的修改，使零件的形状、尺寸达到协调与最优化。因此，提高齿轮的设计效率就成了亟待解决的问题［1］。参数化设计方法的关键是建立参数化模型，再从模型的特征中抽象出特征参数，根据模型特征建立参数间关联与约束，并确定某些特征参数为设计变量，进而建立由设计变量驱动的零件。参数化设计适用于形状大致相似的一系列零部件，只需修改相关参数，便可生成新的零部件，从而大大提高模型的生成和修改速度。

1 设置特征参数

本文建立的直齿圆柱齿轮模型的特征参数有：齿轮模数m，设定初始值为2mm；齿轮压力角ANGLE，根据国家标准，设定值为20°；齿宽B，设定初始值为10mm；齿数z，设定初始值为25。在齿轮上添加圆孔、键槽等结构时所用到的特征参数有K1，K2，S，W。在Pro／E中设置完成后的参数表如图1所示。

2 设置关系

建立特征参数与设计变量之间的约束关系，用图2所示工具中的关系来约束。

3 参数建模

先建立齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆，并用渐开线方程式在笛卡尔坐标系下驱动曲线命令建立渐开线，方程为［2］：

将4条圆曲线和渐开线分别与相应参数建立关系，再生后的结果如图3所示。

图1 设置的特征参数表

图2 设置的关系

然后通过渐开线建立曲面，并设置曲面高度为齿厚，再建立基准轴、基准点、基准平面，最后通过镜像曲面、合并曲线、创建拉伸曲面、复制并旋转合并曲面、阵列曲面、合并曲面并与相应参数建立关系等操作，得到合并曲面如图4所示。

通过创建拉伸曲线、合并曲面、实化体曲面、创建孔和键槽特征，并与相应参数建立关系，得到的齿轮模型如图5所示。

4 基于Pro／E二次开发的参数修改

利用Pro／Program 对Pro／E 5.0软件进行二次开发，只需加入几个相关语法指令就可以让整个零件多样化。二次开发的主要思路是利用Pro／Program的模块功能来接收、换算和传递用户输入的有关参数，通过改变特征的尺寸及特征之间的关系来达到参数化设计的目的。选取菜单命令：“［工具］／［程序］”，选择［编辑设计］［3］。由于模型建立有内孔、键槽、4个圆孔，并在两端切除了具有一定深度的圆柱，在修改时需要做详细的数值关系计算，计算时可以采用相关的公式计算，也可采用有限元优化计算。最后在程序编辑器的INPUT和END INPUT语句之间输入以下内容：

图3 建模所用曲线

图4 建模中所用合并曲面

确认修改并保存、退出，关闭文字编辑器，在随后打开的消息输入窗口中单击“是”按钮，然后依次选取［输入］、［选择全部］、［完成选取］等选项，选择所有参数，依次在信息栏中输入新的数值，m＝3，z＝30，B＝15，完成更新后的零件如图6所示。如果需要修改其他参数，如键槽、小圆孔等，可以做类似的二次开发。

图5 所建模型

图6 修改参数后的模型

5 结论

Pro／E 5.0软件是一个功能强大的三维建模及参数化设计工具，通过建立参数特征模型、设置关系等一系的操作，可以精确地生成参数控制的直齿圆柱齿轮零件及零件库。通过使用Pro／E 5.0关系以及Program二次开发工具，可以方便地实现齿轮的参数化设计和自动特征建模，既提高了设计效率和质量，也为进行运动仿真、数控加工等其他功能模块开发奠定了基础。

［1］ 严明霞.基于Pro／E的直齿圆柱齿轮参数化三维建模［J］.煤矿机械，2011，32（2）：222－223.

［2］ 韩雄伟.基于Pro／E直齿圆柱齿轮的参数化设计及模型库的建立［J］.四川工程职业技术学院学报，2009，23（4）：50－52.

［3］ 王成锋.基于Pro／E 4.0直齿圆柱齿轮的全参数化设计［J］.煤矿机械，2011，32（3）：231－232.