搜索SolidWorks 的變位齒輪的分析與設(shè)計(jì)
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
高紅英 來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:機(jī)械設(shè)計(jì) SolidWords 軟件 變位齒輪 變位系數(shù)
討論了以 SolidWorks 軟件為平臺(tái)的直齒變位齒輪的分析與設(shè)計(jì)。從理論和設(shè)計(jì)模型上分析了變位系數(shù)對(duì)齒形的影響,直觀地反映直齒變位齒輪齒形隨著變位系數(shù)的變化而發(fā)生變化的規(guī)律。還討論了變位齒輪的設(shè)計(jì)流程及工程圖的生成。
SolidWorks 是美國(guó) Windows 原創(chuàng)的三維立體設(shè)計(jì)軟件。它具有獨(dú)特的特征管理樹(shù),可以進(jìn)行草圖繪制,構(gòu)建零件模型,實(shí)現(xiàn)由零件自動(dòng)生成工程圖和裝配圖。SolidWorks 包含有各種功能的插件:高級(jí)渲染軟件 PhotoWorks、特征識(shí)別FeatureWorks、動(dòng)畫(huà)制作 Animator、管道設(shè)計(jì)Toolbox 和齒輪設(shè)計(jì) Gear 軟件包。
基于 SolidWorks 的齒輪設(shè)計(jì)軟件對(duì)變位齒輪進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)是該文的討論核心。
1 變位齒輪
在齒輪加工過(guò)程中,為了防止用標(biāo)準(zhǔn)刀具切制齒數(shù)較少的齒輪而發(fā)生根切現(xiàn)象,通過(guò)改變刀具與輪坯的相對(duì)位置來(lái)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(yīng)用可以解決如下問(wèn)題:① 用范成法加工齒輪時(shí),當(dāng)被切齒輪齒數(shù) z﹤zmin時(shí),避免發(fā)生的根切;② 在中心距 a~≠a=1/2m∑z的情況下實(shí)現(xiàn)正確嚙合;③ 提高齒輪傳動(dòng)的承載能力,減少或均衡齒面的磨損以提高傳動(dòng)使用壽命;④ 滿(mǎn)足某些特殊要求,如增大重合度等。加工變位齒輪時(shí),刀具由切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪的位置沿徑向從輪坯中心向外移開(kāi)的距離用 xm 表示,m 為模數(shù),x 稱(chēng)為徑向變位系數(shù)。x>0 為正變位齒輪,x<0 為負(fù)變位齒輪,x=0 為標(biāo)準(zhǔn)齒輪,3 種不同的齒輪齒形關(guān)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(shù))
齒根高 hf=(hf*-x)m, (hf*為齒輪的齒根高系數(shù))
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(jiàn)變位系數(shù)對(duì)齒輪齒形的影響是不能忽視的。當(dāng) x>0 時(shí),正變位齒輪的齒厚 s 加大,齒頂高增大,齒根高減少;x<0 時(shí),負(fù)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(shù)對(duì)齒形變化的影響,以SolidWorks 軟件為平臺(tái),研究和設(shè)計(jì)直齒變位齒輪是問(wèn)題的核心。
2 建立變位齒輪模型
2.1 構(gòu)建不同的變位齒輪
啟動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)軟件包:打開(kāi)"新建零件"→工具(tool)→宏操作(M)→運(yùn)行→齒輪.swp→出現(xiàn)齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)控制件,如圖 2 所示,設(shè)置齒數(shù) z、模數(shù) m 相同,但變位系數(shù)不同的 3 組齒輪參數(shù),即 z=20、m=3,而 x 分別取 0.25、0、- 0.25時(shí),其正變位齒輪各部分的參數(shù)信息如圖3所示。分別輸入 3 組數(shù)據(jù)可生成正變位齒輪圖 4(a)、標(biāo)準(zhǔn)齒輪圖 4(b)和負(fù)變位齒輪圖 4(c)模型。
2.2 分析變位系數(shù) x 和齒數(shù) z 對(duì)齒輪齒形的影響
(1) 當(dāng) x>0 時(shí),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(shí),齒頂厚 sa加厚,齒高減少。
(2) 當(dāng)正變位系數(shù) x 過(guò)大(特別是齒數(shù) z較少時(shí))就可能出現(xiàn)齒頂過(guò)薄,或者出現(xiàn)頂切現(xiàn)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(dāng)負(fù)變位系數(shù) x 過(guò)大或者 z
以上圖像可以直觀的反映變位齒輪的變位系數(shù) x 對(duì)齒輪幾何尺寸的影響,又對(duì)變位齒輪的頂切作出分析。
2.3 對(duì)變位齒輪進(jìn)行一些限制,避免出現(xiàn)以上現(xiàn)象
3 變位齒輪的設(shè)計(jì)
SolidWorks 不但能設(shè)計(jì)出形狀逼真的三維立體 ,而且可以利用已經(jīng)設(shè)計(jì)的三位模型創(chuàng)建所需的各個(gè)視圖,包括剖視圖、局部放大視圖等,極大地方便了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。以 CM6154 車(chē)床床頭箱變位齒輪(z=40,m=3,x=0.42)為例,討論基于 SolidWorks 設(shè)計(jì)變位齒輪的實(shí)體和工程圖。
3.1 設(shè)計(jì)齒輪實(shí)體的流程
(1) 形體設(shè)計(jì)
啟動(dòng)齒輪插件 → 設(shè)置齒輪參數(shù)(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(shè)置
齒輪模型外部特征的設(shè)置可以使虛擬模型更加真實(shí),模型的外部特征決定形體具有的顏色和材質(zhì)等。在 SolidWorks 中利用外觀(Appearance)命令可以控制模型的顏色,還可以對(duì)模型的加工紋理(Texture)、材質(zhì)(Material)進(jìn)行設(shè)置使模型更加真實(shí)、效果更好。利用場(chǎng)景(scene)、光源(light)等可以設(shè)置合適的光線及光源,襯托模型。利用材質(zhì)(Material)設(shè)定材料的屬性。SolidWorks 提供了各種材質(zhì),可根據(jù)齒輪的特性選擇材質(zhì)。外部特征的設(shè)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(shí)體圖生成工程圖 →選擇工程圖格式 → 生成標(biāo)準(zhǔn)的工程圖→ 編輯視圖 → 設(shè)置剖切位置,生成剖視圖 →標(biāo)注尺寸→填寫(xiě)標(biāo)題欄。完成的工程圖如圖 9 所示。
4 結(jié) 束 語(yǔ)
以 SolidWorks 為設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行的直齒變位齒輪的研究和設(shè)計(jì),從理論和實(shí)際兩個(gè)方面分析了變位系數(shù)對(duì)齒形的影響,有利于變位齒輪的設(shè)計(jì)和教學(xué)工作,齒輪模型生成的工程圖極大地方便了齒輪設(shè)計(jì)。
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