变厚齿轮三维实体参数化建模方法技术

本发明专利技术涉及变厚齿轮三维制造技术，具体的说是一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于Solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法，本发明专利技术在Solidworks三维建模软件下，基于渐开线形成原理设计了变厚齿轮参数化模型，通过修改设计树的“方程式”中的基本参数，即可得到各种尺寸的变厚齿轮，变厚齿轮的参数化建模大大节省了科研中的重复建模时间，提高了设计效率，解放了设计资源。解放了设计资源。

【技术实现步骤摘要】
变厚齿轮三维实体参数化建模方法

：
[0001]本专利技术涉及变厚齿轮三维制造技术，具体的说是一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于Solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法。

技术介绍
：
[0002]变厚齿轮最早是由美国的A.S.Beam提出，其特点就是在轴向方向上不同的端截面的变位系数不同。当端面上的变位系数随着端面在轴向方向上的距离线性变化时，变厚齿轮在外观上就与锥齿轮比较相近，这样的变厚齿轮在出现齿侧间隙时，无需更换齿轮只需调整齿轮轴向位置就能调整齿侧间隙，实现无侧隙传动，提高齿轮的寿命。变厚齿轮良好的可靠性、寿命长等优点使其有着广泛的应用，因此越来越多的学者对其展开研究，其间不免要对不同参数的变厚齿轮进行三维建模。
[0003]传统的齿轮建模有着工作量大，重复步骤多等弊端，部分齿轮建模方法采用样条曲线近似替代渐近线，建模精度不足。目前也有一些开放使用的齿轮三维建模插件工具箱，但其无法直接生成变位齿轮和变厚齿轮的三维模型，仍存在一定的局限性。

技术实现思路
：
[0004]本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于Solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法。
[0005]为了节省建模时间，本专利技术在Solidworks三维建模软件中基于渐开线形成原理对变厚齿轮进行参数化建模，完成建模后只需改变变厚齿轮基本参数如法面模数、齿数、锥角、螺旋角等即可生成各种尺寸的变厚齿轮和变位斜齿轮。<br/>[0006]本专利技术可以通过以下措施达到：
[0007]一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于包括以下步骤：
[0008]步骤1：参数设定：在建模之初就建立全局变量，在后续的建模中统一采用变量名来替代具体数值，其中建立全局变量时采用变厚齿轮的参数计算公式，其中
[0009][0010]式中h
at*
——端面齿顶高系数；
[0011]h
an*
——法面齿顶高系数；
[0012]β——螺旋角(rad)；
[0013]δ——锥角(rad)；
[0014][0015]式中α
tl
——左齿面压力角(rad)；
[0016]α
tr
——右齿面压力角(rad)；
[0017]α
n
——压力角(rad)；
[0018][0019]式中β
l
——左齿面分度圆柱螺旋角(rad)；
[0020]β
r
——右齿面分度圆柱螺旋角(rad)；
[0021]变厚齿轮的参数计算公式具有普遍性，当设置锥角δ＝0
°
时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为变位斜齿轮基本参数计算公式；当设置螺旋角β＝0
°
时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为直变厚齿轮基本参数计算公式；
[0022]步骤2：渐开线齿廓的生成：
[0023][0024]式中r
b
——齿轮基圆半径(mm)；
[0025]r
k
——齿廓K点处半径(mm)；
[0026]α
k
——齿廓K点处压力角(rad)；
[0027]θ
k
——齿廓K点处展角(rad)，
[0028]渐开线上任意点K的坐标(x
k
,y
k
)写为
[0029][0030]结合式(4)和式(5)，可写出从基圆到齿顶圆的左齿廓方程为
[0031][0032]式中r
a
——齿轮齿顶圆半径(mm)；
[0033]而右齿廓表达式只需将纵坐标改为负数即可。要想形成合理的左右齿廓，还需让右齿廓绕原点逆时针旋转一个角度γ，γ为
[0034][0035]式中s——齿轮分度圆齿厚(mm)；
[0036]结合式(6)和式(7)，写出从基圆到齿顶圆的齿廓方程为
[0037][0038]式中i——表示齿轮左右齿廓，1为右齿廓，2为左齿廓；γ
i
——左右齿廓逆时针旋转角度，当值为负数时，代表顺时针旋转，且γ1‑
γ2＝γ，(rad)；
[0039]r
bi
——左右齿廓的基圆半径(mm)
[0040]在小变位端，当出现齿根圆半径小于基圆半径的情况时，用直线对渐开线齿廓向基圆内进行延长即可，延长线方程式为
[0041][0042]t是个无量纲的参数，与延长线长度成正比，取0到2即可；
[0043]步骤3：螺旋线的生成：在Solidworks中进入草图绘制基圆，定义基圆直径为2r
bl
，打开螺旋线功能，选择定义方式为高度和螺距，设置螺旋线旋转方向为逆时针，设置高度为齿宽h，螺距为设置起始角度为绘制右螺旋线同理，只需改变参数即可。
[0044]本专利技术除了给出了变厚齿轮参数化建模设计方法之外，还得到一个参数化建模程序，在对不同尺寸的齿轮三维模型有所需求时，只需修改参数化建模程序中的参数即可一一生成。
[0045]若要生成不同尺寸的变厚齿轮，只需修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、螺旋角、锥角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。
[0046]若要生成不同尺寸的变位斜齿轮，只需设置附图1中锥角为0，再修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、螺旋角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。
[0047]若要生成不同尺寸的直变厚齿轮，只需设置附图1中螺旋角为0，再在右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，最后修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、锥角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。
[0048]若要生成不同尺寸的左旋变厚齿轮，只需在螺旋角和左右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，再将螺旋线的旋转方向修改为顺时针，最后修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、锥角、螺旋角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。
[0049]本专利技术在Solidworks三维建模软件下，基于渐开线形成原理设计了变厚齿轮参数化模型。通过修改设计树的“方程式”中的基本参数，即可得到各种尺寸的变厚齿轮。变厚齿轮的参数化建模大大节省了科研中的重复建模时间，提高了设计效率，解放了设计资源。
附图说明：
[0050]附图1是在Solidworks中变厚齿轮各参数的全局变量建立图。
[0051]附图2为本专利技术中毛坯草图成型图。
[0052]附图3为本专利技术中齿轮毛坯成型图。
[0053]附图4为本专利技术中渐开线形成原理示意图。
[0054]附图5为本专利技术中渐开线齿廓成型图。
[0055]附图6为本专利技术中螺旋线基圆绘制成型图。
[0056]附图7为本专利技术中“螺旋线/涡状线”菜单栏设置示意图。
[0057]附图8为本专利技术中螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：参数设定：在建模之初就建立全局变量，在后续的建模中统一采用变量名来替代具体数值，其中建立全局变量时采用变厚齿轮的参数计算公式，其中式中h
at*
——端面齿顶高系数；h
an*
——法面齿顶高系数；β——螺旋角(rad)；δ——锥角(rad)；式中α
tl
——左齿面压力角(rad)；α
tr
——右齿面压力角(rad)；α
n
——压力角(rad)；式中β
l
——左齿面分度圆柱螺旋角(rad)；β
r
——右齿面分度圆柱螺旋角(rad)；变厚齿轮的参数计算公式具有普遍性，当设置锥角δ＝0
°
时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为变位斜齿轮基本参数计算公式；当设置螺旋角β＝0
°
时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为直变厚齿轮基本参数计算公式；步骤2：渐开线齿廓的生成：式中r
b
——齿轮基圆半径(mm)；r
k
——齿廓K点处半径(mm)；α
k
——齿廓K点处压力角(rad)；θ
k
——齿廓K点处展角(rad)，渐开线上任意点K的坐标(x
k
,y
k
)写为结合式(4)和式(5)，可写出从基圆到齿顶圆的左齿廓方程为
式中r
a
——齿轮齿顶圆半径(mm)；而右齿廓表达式只需将纵坐标改为负数即可。要想形成合理的左右齿廓，还需让右齿廓绕原点逆时针旋转一个角度γ，γ为式中s——...

【专利技术属性】
技术研发人员：温建民，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：