SolidWorks 的变位齿轮的分析与设计

2013-05-23  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

高红英 来源:万方数据
关键字:机械设计 SolidWords 软件 变位齿轮 变位系数

讨论了以 SolidWorks 软件为平台的直齿变位齿轮的分析与设计。从理论和设计模型上分析了变位系数对齿形的影响,直观地反映直齿变位齿轮齿形随着变位系数的变化而发生变化的规律?；固致哿吮湮怀萋值纳杓屏鞒碳肮こ掏嫉纳伞?/P>

SolidWorks 是美国 Windows 原创的三维立体设计软件。它具有独特的特征管理树,可以进行草图绘制,构建零件模型,实现由零件自动生成工程图和装配图。SolidWorks 包含有各种功能的插件:高级渲染软件 PhotoWorks、特征识别FeatureWorks、动画制作 Animator、管道设计Toolbox 和齿轮设计 Gear 软件包。
   
基于 SolidWorks 的齿轮设计软件对变位齿轮进行分析与设计是该文的讨论核心。
   
    1 变位齿轮
   
在齿轮加工过程中,为了防止用标准刀具切制齿数较少的齿轮而发生根切现象,通过改变刀具与轮坯的相对位置来切制齿轮,避免了齿轮加工中的根切,这种方法就是所谓的变位修正法,利用这种方法加工的齿轮即为变位齿轮。
   
变位齿轮的应用可以解决如下问题:① 用范成法加工齿轮时,当被切齿轮齿数 z﹤zmin时,避免发生的根切;② 在中心距 a~≠a=1/2m∑z的情况下实现正确啮合;③ 提高齿轮传动的承载能力,减少或均衡齿面的磨损以提高传动使用寿命;④ 满足某些特殊要求,如增大重合度等。加工变位齿轮时,刀具由切制标准齿轮的位置沿径向从轮坯中心向外移开的距离用 xm 表示,m 为模数,x 称为径向变位系数。x>0 为正变位齿轮,x<0 为负变位齿轮,x=0 为标准齿轮,3 种不同的齿轮齿形关系如图 1 所示。变位齿轮的几何尺寸:
   
    齿顶高 ha=(ha*+x)m,(ha*为齿轮的齿顶高系数)
    齿根高 hf=(hf*-x)m, (hf*为齿轮的齿根高系数)
    齿厚 s=(π/2+2xtanα)m(s 为齿轮分度圆上的轮齿厚度,图 1)
    齿槽宽 e=(π/2-2xtgα)m 
   

可见变位系数对齿轮齿形的影响是不能忽视的。当 x>0 时,正变位齿轮的齿厚 s 加大,齿顶高增大,齿根高减少;x<0 时,负变位齿轮的齿厚 s 变薄,齿顶高减少,齿根高增大。为了直观地反映变位系数对齿形变化的影响,以SolidWorks 软件为平台,研究和设计直齿变位齿轮是问题的核心。

2 建立变位齿轮模型
   
    2.1 构建不同的变位齿轮
   
启动齿轮设计软件包:打开"新建零件"→工具(tool)→宏操作(M)→运行→齿轮.swp→出现齿轮设计参数控制件,如图 2 所示,设置齿数 z、模数 m 相同,但变位系数不同的 3 组齿轮参数,即 z=20、m=3,而 x 分别取 0.25、0、- 0.25时,其正变位齿轮各部分的参数信息如图3所示。分别输入 3 组数据可生成正变位齿轮图 4(a)、标准齿轮图 4(b)和负变位齿轮图 4(c)模型。
   

2.2 分析变位系数 x 和齿数 z 对齿轮齿形的影响
   
(1) 当 x>0 时,齿顶厚 sa(齿顶圆上轮齿厚度,图 1 所示)减薄,齿高增加;而 x<0时,齿顶厚 sa加厚,齿高减少。
   
(2) 当正变位系数 x 过大(特别是齿数 z较少时)就可能出现齿顶过薄,或者出现顶切现象,如图 5 所示。其 z=16,m 和 x 与图 4(a)相同,但齿形不同,其顶切较明显;
   
(3) 当负变位系数 x 过大或者 z   
以上图像可以直观的反映变位齿轮的变位系数 x 对齿轮几何尺寸的影响,又对变位齿轮的顶切作出分析。

     2.3 对变位齿轮进行一些限制,避免出现以上现象
    

    3 变位齿轮的设计
   
SolidWorks 不但能设计出形状逼真的三维立体 ,而且可以利用已经设计的三位模型创建所需的各个视图,包括剖视图、局部放大视图等,极大地方便了产品的设计。以 CM6154 车床床头箱变位齿轮(z=40,m=3,x=0.42)为例,讨论基于 SolidWorks 设计变位齿轮的实体和工程图。
   
    3.1 设计齿轮实体的流程
   
    (1) 形体设计
   
启动齿轮插件 → 设置齿轮参数(图 6)→生成齿轮模型→拉伸 → 轮毂→切挖 →辐板(图 7)→切键槽→倒角 → 倒圆角 →生成齿轮模型。
   

(2) 外部特征设置
   
齿轮模型外部特征的设置可以使虚拟模型更加真实,模型的外部特征决定形体具有的颜色和材质等。在 SolidWorks 中利用外观(Appearance)命令可以控制模型的颜色,还可以对模型的加工纹理(Texture)、材质(Material)进行设置使模型更加真实、效果更好。利用场景(scene)、光源(light)等可以设置合适的光线及光源,衬托模型。利用材质(Material)设定材料的属性。SolidWorks 提供了各种材质,可根据齿轮的特性选择材质。外部特征的设置使齿轮模型更加逼真,如图 8 所示。
    

    3.2 生成工程图
   
在文件菜单中选择由实体图生成工程图 →选择工程图格式 → 生成标准的工程图→ 编辑视图 → 设置剖切位置,生成剖视图 →标注尺寸→填写标题栏。完成的工程图如图 9 所示。
    

    4 结 束 语
   
以 SolidWorks 为设计平台进行的直齿变位齿轮的研究和设计,从理论和实际两个方面分析了变位系数对齿形的影响,有利于变位齿轮的设计和教学工作,齿轮模型生成的工程图极大地方便了齿轮设计。

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