数据型构建在齿轮预设里的运用剖析

　　1齿轮参数化理论

　　齿轮机构是一种 为常见的传动机构，其中的渐开线圆柱齿轮分为直齿轮和斜齿轮。齿轮的齿廓的三维造型准确与否，将影响着有限元和动力学等方面的分析，所以精确的、快速的建模显得十分重要。在Pro/E环境下进行渐开线圆柱齿轮的参数化设计，可以精确建模。

　　实现齿轮的参数化设计，首先要选择特定的齿轮参数;其次应用Pro/E的建模工具创建好模型; 通过编辑模型的程序文件来实现自动化的设计。

　　(1)Pro/E程序功能：Pro/E系统是由美国PTC公司开发的，系统的核心建模思想是参数化。也就是在尺寸与尺寸之间进行参数化，并且模型的各约束、特征之间都可以建立关系式。Pro/E系统在每个模型建立好以后，都会以记事本的格式显示其程序文件。程序的实质是系统对模型的每个零件的特征的建立，会以特定程序的方式记录其建立过程和生成的条件。而系统又允许用户对所建立的程序进行编辑，以控制模型中的特征。本文就是利用这一功能，针对齿轮产品的多种类型和应用，通过编辑程序文件， 终实现人机交互的问答式来更改齿轮的机械参数，使设计具有较大的柔性，体现Pro/E参数设计的核心理念，以完成新类型(譬如直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿轮)齿轮的自动化设计，提高工作效率。

　　(2)程序文本包含的信息：模型建立后，打开程序窗口，系统将以信息窗口显示记录模型建立过程中的程序内容。信息窗口包括零件所有特征的建立过程、参数设置、尺寸及关系式等。在Pro/E中，它的程序有规范的结构，一般有以下5个部分按顺序显示：!标题部分：共占三行。它由系统自动产生，包括了版本信息、修正次数、零件模型等;提示信息部分：用来设置输入的提示信息。主要利用这部分来建立良好的人机交互界面。通过在INPUT与ENDINPUT之间加入提示信息，以实现人机交互的数据输入;关系式部分：用来设置控制模型特征的关系式。在程序中的RELATIONS和ENDRELATIONS之间加入特征的控制语句;添加特征部分和质量属性部分：这两部分读者可查阅另外的=参考文献。

　　(3)渐开线方程：齿廓曲线在理论上有许多种，常用的有渐开线、摆线、圆弧等，其中以渐开线齿廓应用 为广泛。本文就是以渐开线作为齿廓曲线)。由相关的几何知识可得，渐开线的几何意义就是一条直线(发生线)沿一圆周(基圆)作纯滚动时，该直线上的任意点的轨迹就是该圆的渐开线，圆的直径为rb，则根据渐开线的形成过程，可得：

　　rb=db/2;rb为基圆半径theta=t90;t为Pro/E自带的参数，范围从0到1x=rbcos(theta) rbsin(theta)　theta(pi/180);pi为圆周率y=rbsin(theta)-rbcos(theta)theta(pi/180)z=0这就是在Pro/E中渐开线的数学方程。

　　(4)螺旋渐开线齿廓方程：根据螺旋渐开线齿廓的形成原理，就是在发生面上有一条与基圆柱的轴线成beta_2角的直线A-A，发生面沿着基圆柱面作纯滚动时，这条直线A的轨迹就是斜齿轮的齿廓曲面，而这个齿廓曲面与基圆柱的交线就是一条螺旋线。由几何知识可推导得，螺旋线的参数方程为：

　　rb=db/2;rb为基圆半径pb=rb/tan(beta_2);这里的pb为螺旋线的升程x=rbcos(tB/pb180/pi)y=rbsin(tB/pb180/pi)

　　z=tB具体的推倒可参阅相关的文献。

　　(5)确定齿轮机械参数：我国对于齿轮已经实现了标准化生产，描述渐开线直齿轮的基本几何尺寸的参数为齿厚B、齿数Z、压力角angle、模数mn、齿顶高系数hax，顶隙系数cx，其中在标准的直齿轮中我国规定了标准化系数hax=1、cx=0.25.同时，齿轮的分度圆上的压力角angle，国家标准(GB/T1356-88)中，规定了标准值为angle=20，但在某些特定的场合也采用其他情况，譬如angle=14.5、15、22.5、25等的齿轮。另外齿轮的模数也实现了标准化，设计人员应根据(GB/T1357-87)选择齿轮的模数mn.开始齿轮的造型之前，设计人员应首先确定齿轮的齿数Z、压力角、模数mn、及hax、cx的值(本文创建的齿轮是标准直/斜齿轮，所以hax=1、cx=0.25)，对于斜齿轮还应确定变位系数xn，螺旋角beta， 可得到以下的其它参数：

　　直齿轮的基本参数：齿数z：齿数z由生产实际而自定义分度圆直径：d=mnz基圆直径：db=dcos(angle)齿顶圆直径：da=d 2ha齿根圆直径：df=d-2hf压力角z/cos(beta)基圆直径：db=dcos(angle_2)齿顶圆直径：da=d 2ha齿根圆直径：df=d-2hf压力角：angle=20齿厚：齿厚B由生产实际而自定义变位系数xn：由实际而定义

　　2齿轮参数化设计思路

　　生产中很容易看到，常用的直齿轮和斜齿轮的齿廓曲线都是渐开线，但两者的齿面是不同的，直齿轮的齿面与渐开线齿廓垂直，斜齿轮的渐开线齿廓与基圆柱上的螺旋线是不垂直的。所以，创建齿轮的过程中，直齿轮的轮齿可以应用Pro/E的拉伸功能作出，斜齿轮的轮齿采用Pro/E中的可变剖面扫描功能来完成，即以螺旋线和一条垂直齿面的直线为扫描线扫描出斜轮齿。建模如下：(1)设置参数的时候，设置GEAR的类型为是否，LEFT的值为正负1.其中这里的参数GEAR为控制建模的齿轮是直齿轮还是斜齿轮，参数LEFT为控制斜齿轮的左旋还是右旋。

　　(2)在利用可变剖面扫描功能前，先创建好扫描所需要的渐开线截面，截面的创建要利用创建的渐开线和四个基本圆。

　　(3)先创建直齿轮，并且在直齿轮的 个轮齿创建成功后，马上打开程序文件，在程序文件中的记载这个轮齿程序的开始处，即程序中：ADDFEATURE内部特征标识的前面添加控制语句：IFGEAR==YES，在末尾处加入：ENDIF.然后保存返回，并阵列其余轮齿，这样可以保证阵列的轮齿都位于这个控制语句之中，同时阵列轮齿的也设置为参数的形式，并在关系式中加入。同理，在斜齿轮的 个轮齿创建好以后，也打开程序文件，在记载这个轮齿程序的开始处加入控制语句：IFGEAR==NO，在程序的末尾处加入：ENDIF.

　　(4)创建螺旋线方程的时候，使Y方程式乘以lef，t即：y=rbsin(tB/pb180/pi)

　　lef，t这样的目的是以left的值为正负-来控制斜齿轮是左旋还是右旋。

　　(5)设置的关系式基圆直径da=d 2ha/齿顶圆直径df=d-2hf/齿根圆直径ifhax>=1D=0.38mnendififhax<1D　=0.46Mendif/

　　D为轮齿截面的齿根处的半径，关系式是在不同齿顶高系数下控制截面相切弧的半径endif(注：以上省略了一些尺寸的参数式)

　　(6)在程序文件中的INPUT和ENDINPUT之间输入以下内容为：

　　INPUTGEARYES_NO"请输入所要创建的齿轮：(创建直齿轮的值为：yes/创建斜齿轮的值为：no)"LEFTYES_NO"若创建的斜齿轮是左旋请输入1，否则输入-1"ZNUMBER"请按设计需要输入齿数Z：(齿数应小于41)"MNUMBER"请按标准化模数系列表输入模数m："ANGLENUMBER"请输入压力角angle：(国家标准的压力角angle的值为20，特殊情况可采用其它值)"HAXNUMBER"请输入齿顶高系数hax：(我国标准化齿轮的齿顶高系数的值为1)"CXNUMBER"请输入顶隙系数cx：(我国标准化的顶隙系数的值为0.25)"BNUMBER"请输入齿轮的厚度B"BETANUMBER"请输入斜齿轮的齿轮的螺旋角BETA"ENDINPUT

　　3不同参数值时，Pro/E自动造型的齿轮

　　(1)当M=8、Z=35、angle=22.5、B=100、beta=18、hax=1.0、cx=0.25、xn=0、left=1时，Prp/E自动生成的齿轮为所示的左旋斜齿轮。

　　(2)当M=8、Z=30、angle=20、B=100、beta=20、hax=1.0、cx=0.25、xn=0、left=1时，Prp/E自动生成的齿轮为所示的右旋斜齿轮。

　　(3)当M=8、Z=28、angle=20、B=100、hax=1.0、cx=0.25、xn=0时，Pro/E自动生成的齿轮图3所示的直齿轮。

　　(4)当M=8、Z=35、angle=22.5、B=100、beta=18、hax=1.0、cx=0.25、xn=0、left=1时，Prp/E自动生成的齿轮为4所示的人字齿轮。

　　4结束

　　本文提出了在Pro/E中创建单个齿轮模版后，实现向不同参数值的其他齿轮转换的自动建模的新方法。

　　即通过对齿轮的主要参数进行参数化设置，并修改齿轮程序文件，在人机交互界面中输入新参数，实现创建一个直齿轮后向斜齿轮的自动生成过程，解决了以往Pro/E中齿轮建模的局限性。由本文提出的创建思想，在创建另外模型的时候，只要是模型存在一定的相似性，都可以在数值上建立参数化，并编辑程序文件，从而可避免重复造型，以提高产品的设计效率。