SolidWorks 的變位齒輪的分析與設計

2013-05-23  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

高紅英 來源:萬方數據
關鍵字:機械設計 SolidWords 軟件 變位齒輪 變位系數

討論了以 SolidWorks 軟件為平臺的直齒變位齒輪的分析與設計。從理論和設計模型上分析了變位系數對齒形的影響,直觀地反映直齒變位齒輪齒形隨著變位系數的變化而發生變化的規律。還討論了變位齒輪的設計流程及工程圖的生成。

SolidWorks 是美國 Windows 原創的三維立體設計軟件。它具有獨特的特征管理樹,可以進行草圖繪制,構建零件模型,實現由零件自動生成工程圖和裝配圖。SolidWorks 包含有各種功能的插件:高級渲染軟件 PhotoWorks、特征識別FeatureWorks、動畫制作 Animator、管道設計Toolbox 和齒輪設計 Gear 軟件包。
   
基于 SolidWorks 的齒輪設計軟件對變位齒輪進行分析與設計是該文的討論核心。
   
    1 變位齒輪
   
在齒輪加工過程中,為了防止用標準刀具切制齒數較少的齒輪而發生根切現象,通過改變刀具與輪坯的相對位置來切制齒輪,避免了齒輪加工中的根切,這種方法就是所謂的變位修正法,利用這種方法加工的齒輪即為變位齒輪。
   
變位齒輪的應用可以解決如下問題:① 用范成法加工齒輪時,當被切齒輪齒數 z﹤zmin時,避免發生的根切;② 在中心距 a~≠a=1/2m∑z的情況下實現正確嚙合;③ 提高齒輪傳動的承載能力,減少或均衡齒面的磨損以提高傳動使用壽命;④ 滿足某些特殊要求,如增大重合度等。加工變位齒輪時,刀具由切制標準齒輪的位置沿徑向從輪坯中心向外移開的距離用 xm 表示,m 為模數,x 稱為徑向變位系數。x>0 為正變位齒輪,x<0 為負變位齒輪,x=0 為標準齒輪,3 種不同的齒輪齒形關系如圖 1 所示。變位齒輪的幾何尺寸:
   
    齒頂高 ha=(ha*+x)m,(ha*為齒輪的齒頂高系數)
    齒根高 hf=(hf*-x)m, (hf*為齒輪的齒根高系數)
    齒厚 s=(π/2+2xtanα)m(s 為齒輪分度圓上的輪齒厚度,圖 1)
    齒槽寬 e=(π/2-2xtgα)m 
   

可見變位系數對齒輪齒形的影響是不能忽視的。當 x>0 時,正變位齒輪的齒厚 s 加大,齒頂高增大,齒根高減少;x<0 時,負變位齒輪的齒厚 s 變薄,齒頂高減少,齒根高增大。為了直觀地反映變位系數對齒形變化的影響,以SolidWorks 軟件為平臺,研究和設計直齒變位齒輪是問題的核心。

2 建立變位齒輪模型
   
    2.1 構建不同的變位齒輪
   
啟動齒輪設計軟件包:打開"新建零件"→工具(tool)→宏操作(M)→運行→齒輪.swp→出現齒輪設計參數控制件,如圖 2 所示,設置齒數 z、模數 m 相同,但變位系數不同的 3 組齒輪參數,即 z=20、m=3,而 x 分別取 0.25、0、- 0.25時,其正變位齒輪各部分的參數信息如圖3所示。分別輸入 3 組數據可生成正變位齒輪圖 4(a)、標準齒輪圖 4(b)和負變位齒輪圖 4(c)模型。
   

2.2 分析變位系數 x 和齒數 z 對齒輪齒形的影響
   
(1) 當 x>0 時,齒頂厚 sa(齒頂圓上輪齒厚度,圖 1 所示)減薄,齒高增加;而 x<0時,齒頂厚 sa加厚,齒高減少。
   
(2) 當正變位系數 x 過大(特別是齒數 z較少時)就可能出現齒頂過薄,或者出現頂切現象,如圖 5 所示。其 z=16,m 和 x 與圖 4(a)相同,但齒形不同,其頂切較明顯;
   
(3) 當負變位系數 x 過大或者 z   
以上圖像可以直觀的反映變位齒輪的變位系數 x 對齒輪幾何尺寸的影響,又對變位齒輪的頂切作出分析。

     2.3 對變位齒輪進行一些限制,避免出現以上現象
    

    3 變位齒輪的設計
   
SolidWorks 不但能設計出形狀逼真的三維立體 ,而且可以利用已經設計的三位模型創建所需的各個視圖,包括剖視圖、局部放大視圖等,極大地方便了產品的設計。以 CM6154 車床床頭箱變位齒輪(z=40,m=3,x=0.42)為例,討論基于 SolidWorks 設計變位齒輪的實體和工程圖。
   
    3.1 設計齒輪實體的流程
   
    (1) 形體設計
   
啟動齒輪插件 → 設置齒輪參數(圖 6)→生成齒輪模型→拉伸 → 輪轂→切挖 →輻板(圖 7)→切鍵槽→倒角 → 倒圓角 →生成齒輪模型。
   

(2) 外部特征設置
   
齒輪模型外部特征的設置可以使虛擬模型更加真實,模型的外部特征決定形體具有的顏色和材質等。在 SolidWorks 中利用外觀(Appearance)命令可以控制模型的顏色,還可以對模型的加工紋理(Texture)、材質(Material)進行設置使模型更加真實、效果更好。利用場景(scene)、光源(light)等可以設置合適的光線及光源,襯托模型。利用材質(Material)設定材料的屬性。SolidWorks 提供了各種材質,可根據齒輪的特性選擇材質。外部特征的設置使齒輪模型更加逼真,如圖 8 所示。
    

    3.2 生成工程圖
   
在文件菜單中選擇由實體圖生成工程圖 →選擇工程圖格式 → 生成標準的工程圖→ 編輯視圖 → 設置剖切位置,生成剖視圖 →標注尺寸→填寫標題欄。完成的工程圖如圖 9 所示。
    

    4 結 束 語
   
以 SolidWorks 為設計平臺進行的直齒變位齒輪的研究和設計,從理論和實際兩個方面分析了變位系數對齒形的影響,有利于變位齒輪的設計和教學工作,齒輪模型生成的工程圖極大地方便了齒輪設計。

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