目錄1緒論.12齒輪虛擬加工.12.1漸開線齒廓成形原理.12.2漸開線齒廓的構(gòu)建.22.3直齒圓柱齒輪實(shí)體模型建立.52.4圓柱直齒齒輪的外輪廓線切割.62.4.1圓柱直齒齒輪的加工方案.72.4.2創(chuàng)建外輪廓線切割操作的節(jié)點(diǎn).82.4.3外輪廓線切割操作的參數(shù)設(shè)置.102.4.4圓柱直齒齒輪線切割程序的生成.113蝸桿三維造型設(shè)計(jì).123.1蝸桿參數(shù).123.2繪制兩條空間螺旋線.133.3繪制蝸桿基本曲線和齒廓截面.163.4單頭圓柱蝸桿的三維造型.164蝸輪三維造型設(shè)計(jì).185結(jié)束語.23參考文獻(xiàn).2511緒論在機(jī)械傳動(dòng)的各種類型中，齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)器的傳動(dòng)裝置中，并且也是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的核心零件，因此齒輪在機(jī)械傳動(dòng)中的作用十分重要。近年來隨著運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真和對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確有效分析的需要,齒輪的精確建模也顯得極其重要。由于齒輪輪廓不是標(biāo)準(zhǔn)曲線,工程設(shè)計(jì)人員在齒輪的精確建模和設(shè)計(jì)制造中會(huì)涉及到曲線公式坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)等較為復(fù)雜的問題,而且在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要對(duì)齒輪進(jìn)行造型，大多數(shù)三維建模系統(tǒng)都不能直接、快速、高效、精確的生成齒輪的三維模型，因此齒輪的三維建模過程比較困難，所以齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)顯得非常重要。本文是基于UG下對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，是用表達(dá)式生成方法即用尺寸來驅(qū)動(dòng)圖形，UG的表達(dá)式是算術(shù)或條件語句，它可以用來控制同一零件上的不同特征間的關(guān)系。利用UG表達(dá)式并利用漸開線方程和與齒輪幾何尺寸相關(guān)的計(jì)算公式，建立表達(dá)式生成漸開線曲線及其它相關(guān)聯(lián)的曲線，并通過特征操作實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。作為通用CAD/CAE/CAM軟件，對(duì)常用齒輪刀具進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算并虛擬加工齒輪，對(duì)形成齒廓的過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，幫助刀具設(shè)計(jì)者驗(yàn)證刀具的齒形參數(shù)是否合理，減少甚至避免試切，直接降低齒輪的試切、調(diào)試費(fèi)用，縮短試切周期。為避免對(duì)每把刀具都要進(jìn)行試切和檢驗(yàn)所造成的材料浪費(fèi)，多以迫切需要采用計(jì)算機(jī)虛擬加工等技術(shù)來改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以提高設(shè)計(jì)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，所以對(duì)本課題的研究是具有非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。2齒輪虛擬加工2.1漸開線齒廓成形原理根據(jù)機(jī)械原理中的知識(shí)，我們可以得出（1）漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式:/coskbkrrtankkk（1）其中，kr漸開線上任意點(diǎn)的向徑；br基圓半徑；k壓力角；k漸開線AK段的展角(如圖1所示)圖1漸開線形成原理在UG中，我們要使用直角坐標(biāo)函數(shù)，所以必須要將漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方2程轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程，其方程式為（2）:sincosbbxrvrvvcossinbbyrvrvv（2）其中，v漸開線在K點(diǎn)的滾動(dòng)角；kkv此方程式表示的漸開線的開始點(diǎn)A在X軸上。為了表示位置的任意性，現(xiàn)假設(shè)A點(diǎn)不在X軸上，設(shè)AOX=0v，經(jīng)過整理可得漸開線方程的直角坐標(biāo)系形式為:0cos()kkxrv0sin()kkyrv（3）由于UG自身的一些約束,如UG的三角函數(shù)中采用的是角度而不是弧度,直接變量只能在01之間變化。因此為了便于在UG中輸入表達(dá)式,可在UG中定義一個(gè)變量t,它是從0到1的變量,并建立關(guān)系式,使它的變化控制著變量a的變化,從而使a的值可以從0變化到180,這樣就為繪制一條0180的漸開線做了公式準(zhǔn)備。2.2漸開線齒廓的構(gòu)建新建一個(gè)名字為gear_curve的文件，單位為mm。依次單擊“起始”“建模”或者“ctrl+m”進(jìn)入實(shí)體建模模塊。在主菜單下依次單擊“格式”“圖層的設(shè)置”命令，設(shè)置圖層10為工作層。依次單擊“工具”“表達(dá)式”命令或者“ctrl+e”命令進(jìn)入表達(dá)式對(duì)話框，在“名稱”欄中輸入?yún)?shù)符號(hào)，在“公式”欄里輸入?yún)?shù)的初值，單擊“”接受編輯。（如圖2所示）圖2表達(dá)式窗口3在“表達(dá)式”窗口中添加下面表達(dá)式。50z/齒數(shù)4m/模數(shù)dmz/分度圓直徑2damz/齒頂圓直徑cosbkdd/基圓直徑2.5dfmz/齒根圓直徑單擊“插入/草圖”進(jìn)入草圖繪制模式，在XC-YC基準(zhǔn)面上繪制4個(gè)圓，約束其中一個(gè)圓的圓心分別與“XC”、“YC”坐標(biāo)軸重合，再約束4個(gè)圓同心，單擊工具欄上“自動(dòng)判斷的尺寸”，使4個(gè)圓的直徑分別為：df、d、db、da。如圖3所示圖3齒輪基本曲線草圖單擊“完成草圖”或者“ctrl+q”推出草圖，回到實(shí)體建模環(huán)境。再次打開“表達(dá)式”對(duì)話框，在“表達(dá)式”對(duì)話框中依次輸入以下表達(dá)式：0a/漸開線的起始角180b/漸開線的終止角1t/UG的系統(tǒng)參數(shù)(1)*statb/漸開線參數(shù)方程的自變量（角度值）4/2bbrd/基圓半徑cossintbbxrsrradss/漸開線在x方向的參數(shù)方程sincostbbyrsrradss/漸開線在y方向的參數(shù)方程0tz/漸開線在Z方向的參數(shù)方程選擇工具“規(guī)律曲線”菜單，出現(xiàn)“規(guī)律曲線”對(duì)話框如圖4所示，選擇其中“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，生成的漸開線如圖5所示圖4規(guī)律曲線函數(shù)圖5漸開線利用漸開線繪制齒輪形狀,一般都需要“鏡像”功能以保證輪齒的對(duì)稱性。在UG中采用y軸作為對(duì)稱中心,這就需要對(duì)圖5中的坐標(biāo)軸沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。旋轉(zhuǎn)角度的確定需要研究齒廓曲線的形成及其方程式。圖6為漸開線的鏡像中心,圖中y軸與齒輪漸開線的鏡像中心夾角為,=,i,為齒厚夾角的1/2,即90/Hz,(z為齒數(shù))。根據(jù)漸開線形成原理,標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓上的展角為:tan3.14/180oiaa，根據(jù)上述公式,建立以下參數(shù)約束如下:(tan()3.14/180)180/3.14sitaiafaafa90/sitazisitasitasita將上述約束參數(shù)輸入表達(dá)式窗口，進(jìn)行了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)以后,再以y軸作為鏡像中心進(jìn)行鏡像,這樣漸開線齒輪的輪廓就畫好了。如圖7所示5圖6鏡像中心圖7旋轉(zhuǎn)鏡像后漸開線利用曲線修剪命令在漸開線與齒頂圓和齒根圓的相交處修剪漸開線，裁剪出一條齒廓線。在利用曲線修剪命令對(duì)齒頂圓及齒根圓修剪，最終得到齒輪輪廓線如圖8所示。圖8齒廓平面圖2.3直齒圓柱齒輪實(shí)體模型建立構(gòu)建齒輪實(shí)體模型操作主要分為二個(gè)步驟，一是生成圓柱齒坯（齒根）；二是用拉伸齒廓截面生成三維實(shí)體，再和齒坯布爾相加。6（1）創(chuàng)建齒輪體1）單擊工具欄中的“抽取幾何體”按鈕，彈出“抽取”對(duì)話框，默認(rèn)其中的“曲線”類型，在視圖窗口中選取上述繪制的齒根圓，單擊“確定”按鈕，顯然，該抽取幾何體和齒根圓是關(guān)聯(lián)的。2）單擊工具欄的“拉伸”按鈕。彈出“拉伸”對(duì)話框，選中上述的齒根圓抽取曲線，拉伸起始值為“0”，終止值為“10”，確認(rèn)后即可創(chuàng)建了齒坯。（2）生成單個(gè)齒廓實(shí)體單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，彈出“拉伸”對(duì)話框，選中上述創(chuàng)建的齒廓截面，創(chuàng)建類似設(shè)置為和齒坯進(jìn)行“布爾相加”，即可生成單個(gè)齒廓實(shí)體，如圖9所示。圖9生成單個(gè)齒廓圖10創(chuàng)建整個(gè)齒輪（3）創(chuàng)建整個(gè)齒輪1）單擊工具欄中的“實(shí)例特征”按鈕，彈出“實(shí)例”對(duì)話框，單擊其中的“環(huán)形陣列”按鈕，以上述創(chuàng)建的單個(gè)齒廓實(shí)體作為“引用特征”，確認(rèn)后彈出“圓周陣列”參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在數(shù)字文本框內(nèi)輸入“50”，在“角度”文本框內(nèi)輸入“360/50”，確認(rèn)后即可得到了整個(gè)齒輪如圖10所示。2）依次單擊主菜單中的“文件”“另存為”，打開“部件另存為”對(duì)話框，在文件名內(nèi)輸入“gear-straight”，單擊“O