齿轮参数十篇

齿轮参数篇1

关键词：渐开线；齿轮；参数化；UGNX；数学模型

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0015-02

UGNX中的齿轮参数化建模方法比较繁琐，存在很多重复性工作，从而导致工作效率低下。UGNX齿轮建模过程所存在的局限性以及齿轮建模的复杂性，目前NX下齿轮的参数化建模并非完全正确，本文通过对数学模型的精确分析，真正实现了渐开线齿轮建模的参数化，只需在UGNX中修改齿轮相关参数即可完成对模型的重建，提高了齿轮设计效率，降低了齿轮设计周期。

一、渐开线齿轮参数化数学模型

在NX创建参数化渐开线齿轮模型之前，首先分析其数学模型以及各个参数之间的相互关系，如图1所示：

图1齿轮各参数图解

任意圆处的齿厚对应的圆心角计算公式为：

（1）

其中：?兹为渐开线展开角

（2）

公式右边第一项?琢为角度值，第二项?琢为弧度值（转换关系为?兹=tg（?琢）-?琢?仔180，求出的展开角?兹单位为弧度）。轮齿在基圆处对应的圆心角?琢k=0因此基圆处的圆心角计算公式为：

（3）

基圆处一半齿厚圆弧对应的角度（4）

其中：

；

?琢为标准压力角，以上角度值均为弧度，因此转换为角度后公式变为：

（5）

对于NX中齿轮参数化建模用到的关键参数即为角度?棕。

二、渐开线齿轮参数化设计过程

齿轮的参数化设计过程是在UGNX（版本为NX6）环境下进行的，通过UGNX的规律曲线来生成齿轮的齿形轮廓线。在NX中，一般曲线和规律曲线并不能准确相交，因此通过分度圆和渐开线交点来镜像生成齿形的方法并不正确，所以必须通过数学模型中的基圆处齿厚圆弧对应的圆心角镜像渐开线生成齿形，最后通过特征操作来完成渐开线齿轮的参数化设计。

（一）齿轮参数的设置

标准渐开线齿轮几何尺寸取决于4个基本参数（齿数z、模数m、压力角a和齿宽B），其他相关几何参数均由这几个参数导出。

新建NX零件模型，进入“建模”环境，选择工具|表达式菜单命令，弹出表达式窗口，依次创建下面的表达式：

m=5；m=6；a=20；B=20；t=1；al=60t；d=mz；

db=dcos（a）；da=（m+2）z；df=（m-2.5）z；

；

；z=0

（二）基本曲线和渐开线的绘制

利用表达式创建渐开线曲线，选择“插入曲线规律曲线”弹出规律曲线对话，选择依据方程生成规律曲线。以t为系统参数，定义x轴、y轴、z轴的参数，并依据方程xt、yt、zt的值绘制渐开线。同时依据表达式1中所给出参数绘制出齿根圆、分度圆、齿顶圆曲线，绘制完曲线以后基本图形如图3所示：

图3渐开线曲线

连接原点和渐开线起点画一直线，并做一平面与上述直线夹角为?棕，以该平面为镜像平面做该直线和渐开线的镜像对象，结果如图4所示：

图4镜像渐开线

此时务必不能对渐开线进行裁剪，否则将会出现不对称和参数丢失的问题。

（三）齿轮第一个齿的生成

拉伸齿根圆生成一圆柱体，并且拉伸直线和渐开线以及其镜像对象生成片体，然后对相交的两个片体进行体裁剪，如图5所示：

图5拉伸渐开线片体

以片体边缘为拉伸对象，拉伸齿形，并与齿根圆柱做布尔求和操作，生成齿轮的一个齿。通过以上操作才可进行参数化圆周阵列操作。产生出一个齿后的模型如图6所示：

图6生成单个齿

此时该齿已经实例为实体而不是片体。

（四）生成完整的渐开线齿轮

对该齿进行圆周阵列操作，选择“插入|关联复制|实例”弹出对话框选择该齿，进而弹出阵列参数对话框，点击数字文本框右边的箭头选择公式，在弹出的表达式对话框输入阵列个数z，点击角度文本框右边的箭头在弹出的表达式对话框输入，确定生成完整的齿轮外形，然后隐藏不需要显示的对象。完整的参数化渐开线齿轮如图7所示：

图7完整的参数化齿轮

齿轮参数篇2

关键词：SolidWorks；VisualBasic；圆锥齿轮；实体造型

一、设计的主要内容及技术指标和技术路线

一）主要内容

基于Solidworks软件使用VB高级语言程序，对常用件齿轮进行参数化设计，实现给定参数的圆锥齿轮的自动化生成系统。

二）技术指标

1、设计参数要符合实际生产要求；

2、生成图形要符合国家标准规定；

3、技术路线

对基于Solidworks圆锥齿轮参数化设计的研究，准备从以下几个方面着手：

（1）系统界面模块

该模块的作用是采集直齿圆锥齿轮实体造型所需的具体参数。

（2）三维CAD软件接口模块

该模块提供在OLE Automation层上所有与三维CAD软件SolidWorks通讯的函数。CAD软件的API函数以类的形式封装起来，在直齿圆锥齿轮造型时，通过这些函数驱动CAD软件生成直齿圆锥实体。

（3）结构计算模块

根据界面模块的用户输入的参数，计算直齿圆锥齿轮的结构参数。

（4）齿形计算模块

该模块是整个系统的核心，可以完成直齿圆锥齿轮齿形计算。通过计算得到特定截面的齿廓参数，为齿形生成模块准备所需的数据。

（5）结构实体生成模块

该模块应用三维CAD软件Solidworks的基本特征，如拉伸（Extrude）、旋转（Revolve）和圆周阵列（Circular Pattern）等操作，按照结构类型计算模块输出的参数，生成圆锥齿轮的结构实体部分。该操作的结果类似生成直齿圆锥齿轮的毛坯。

（6）齿形生成模块

该模块应用三维CAD软件Solidworks的基本特征，如放样切割（Template Knifing）、圆周阵列（Circular Pattern） 、拉伸（Extrude）和旋转（Revolve）等操作，按照结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿轮的结构实体部分。然后利用圆周阵列可画出全部齿形。

2 圆锥齿轮实体造型系统

参数化三维实体造型设计是以变量几何和生成历程树为基础，以尺寸驱动为特征的一种三维建模方法。其基本过程是：首先利用草图功能勾画零件基本形状，然后根据设计要求标注必要的尺寸，最后修改尺寸值，驱动模型变化以生成需要的零件模型。参数化三维实体建模的目的是，通过修改尺寸而快速生成新的三维实体模型。

圆锥齿轮的轮齿有直齿和曲齿两种类型。直齿圆锥齿轮易于制造，适用于低速、轻载传动的场合，而曲齿圆锥齿轮传动平稳，承载能力强，常用于高速、重载的场合，但其设计和制造较为复杂。本论文只讨论直齿圆锥齿轮。

（3）齿形计算模块

渐开线齿廓的数学模型。我们在直角坐标系下，用渐开线的直角坐标方程式，计算渐开线轮廓上各点坐标值，然后在用样条曲线绘出齿轮的一个齿廓。

（4）结构实体生成模块

该模块应用Solidworks的拉伸、旋转和圆周阵列等操作命令，按照结构类型计算模块输出的参数，生成直齿圆锥齿轮的结构实体部分。该操作的结果类似生成直齿圆锥齿轮的毛坯。

1）齿轮各基本尺寸计算

如图4所示，以点1为坐标原点，轴线为一坐标轴建立直角坐标系，依次求出2、3、4、5、6、7的坐标，由1—2—3—4—5—1的连线构成直齿圆锥齿轮的二维结构，再用旋转轮廓线的方法既可生成圆锥齿轮的实体。

2）圆锥齿轮的实体建模

再用旋转轮廓线的方法生成圆锥齿轮的实体

3）结构实体生成模块

2.2 系统运行窗体的创建和应用

1） 窗体的建立

2）程序的连接

用VB编程进行的二次开发，要将VB和SolidWorks连接来，编写VB代码前，创建SolidWorks和VB对象，启动运行SolidWorks。这样就可以在VB的环境下利用SolidWorks对象及其下级对象的属性和方法，完成用VB语言在环境中草图和三维模型图的绘制。下面给出VB语言在SolidWorks环境中绘制圆锥齿轮三维图的部分子程序代码：

2.3 程序的调试及运行

1）运行程序过程

在SolidWorks中，单击[工具]/[宏]/[运行]，选择*.swp出现程序运行界面。通过在VB窗口中填写圆锥齿轮参数后，单击‘生成’按钮，发现错误代码91（对象变量或with块变量未设置）。

经过调试发现系统默认的part语句类型出现错误，原因是程序中的part为完全定义造成运行错误，经过重新定义Part As object ‘对象型变量’，重新逐句调试，更改变量类型，最终解决了问题。

2）运行结果

3 结束语

（1）系统完成了圆锥齿轮实体的变量化自动生成。

（2）建立了VB界面窗口连接Solidworks应用程序，进入Solidworks设计环境；从设计窗口中直接输入参数，可直接运行参数化造型设计程序，得到所需的三维圆锥齿轮实体。

参考文献

[1]王隆太，戴过洪.机械CAD /CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]王文彬，.用VB实现SolidWorks对零件的参数化设计[J].机械报，2003，30（6）

[3]曹岩.solidworks机械设计实例精解[M].机械工业出版社，2006.

齿轮参数篇3

Abstract: According to the Machinery Design Handbook, the Involute Gear Transmission Parameterized Design System IGTPDS is developed with Visual LISP and DCL under AutoCAD. The interactive interface is established by DCL program and droved by the Visual LISP program, then the real-time design data transfer and transmission design and checking algorithm and Parametric Drawing algorithm are accomplished. The involute gear transmission parameterized design system IGTPDS is easy to use and accords with engineering personnel's habit and improves the design efficiency and reduces the repetitive time.

关键词：渐开线圆柱齿轮；二次开发；参数化设计；Visual LISP

Key words: involute gear；development；parameterized design；Visual LISP

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0038-02

0 引言

齿轮传动被广泛应用于机械传动机构中，可用于传递任意两轴之间的动力和运动，具有传动比不变、寿命长和传递功率大等特点。对于圆柱齿轮传动系统的设计传统方式主要依靠反复查阅设计手册和大量人工计算，设计过程不但繁琐，且易出错，导致设计周期长。随着计算机技术的发展与应用，为将现代CAD技术应用于齿轮传动的参数化设计提供了必要的技术支持，另一方面，国内关于齿轮类零件CAD设计的研究主要集中在参数化绘图方面[1,2]，且所开发的CAD软件，功能单一，将设计、校核和绘图集成一体的齿轮传动CAD系统更少。因此，本文依据《机械设计手册》[3,4]，采用AutoCAD二次开发技术，研究并开发了外啮合渐开线圆柱齿轮的参数化设计系统，该系统操作便捷，设计流程符合工程习惯，能实现齿轮传动的强度设计与校核，并据此完成齿轮结构图的绘制，因而提高了齿轮传动设计效率，缩短产品开发周期。

1 系统总体框架

为使所开发的齿轮参数化设计系统具有可扩展性以及便于维护，本文采用模块化设计方法进行系统开发，功能模块包括：用户管理界面模块、初步设计计算模块、强度校核模块、参数化绘图模块和设计数据管理模块，每个功能模块又包括多个子模块，其中初步设计计算模块、强度校核模块和参数化绘图模块作为核心算法模块分别单独开发形成各自独立功能，用户管理界面模块采用DCL开发，创建多级交互式用户界面，用于引导用户确定设计数据并进入核心功能模块完成齿轮传动设计流程，设计数据管理模块将中间设计结果和关键参数进行分类管理，便于齿轮传动设计过程的管理和核心模块之间的数据传递，由此，各主要功能模块通过用户管理界面模块和数据管理模块构成整个参数化设计系统的总体框架。

2 渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统的实现

一般齿轮的失效形式主要表现为点蚀、胶合、磨损、塑性和断齿变形等情况，根据本文所开发系统的框架结构，对于渐开线圆柱齿轮传动设计主要解决三方面问题：一是由强度设计计算确定齿轮轮齿的基本几何尺寸，如模数、齿数等；二是由结构设计确定齿轮的轮缘、轮辐和轮毅的结构形状和尺寸等，设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行设计计算[5]；三是根据设计结果确定的齿轮几何尺寸，绘制渐开线齿轮基本结构图，渐开线圆柱齿轮传动参数化设计系统的实现如图1所示。该系统中对于初步设计计算算法和强度校核算法采用Visual LISP[6]程序进行设计分别形成初步设计计算模块和强度校核模块。对于初步设计、强度校核和齿轮几何尺寸的计算结果由专门的设计数据管理模块以文本文件的形式保存，并输入给参数化绘图模块，而参数化绘图模块利用Visual LISP程序能够调用绘图命令，采用基于尺寸驱动的参数化方法实现齿轮基本结构图的绘制。

3 系统开发关键技术

3.1 用户管理界面与系统驱动程序设计 在AutoCAD 2004的开发环境Visual LISP中，本文采用DCL语言创建渐开线圆柱齿轮传动设计系统的用户管理界面又多个界面窗口组成，每个功能模块都有对应的交互界面，每个界面的设计都是根据其所对应的功能模块中设计参数和设计计算的特点来选择相应控件并进行有效布局而构成，根据齿轮传动设计流程和功能模块之间的关系用户界面之间也形成顺序或父子关系。由于所创建的DCL对话框只是用户界面的描述，必须开发Visual LISP程序来驱动它以实现指定设计动作的执行。通过利用Visual LISP提供的各类管理对话框的函数，系统的驱动程序实现包括：加载，显示和终止对话框，初始化控件动作并激活界面，获取用户输入和实现用户交互操作等驱动流程，实现渐开线圆柱齿轮传动设计流程的进行。

3.2 设计计算与强度校核算法 由于一般的齿轮传动只按保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行设计计算，根据《机械设计手册》[3]采用式（1）进行齿面接触疲劳强度设计和校核，采用式（2）进行齿根弯曲疲劳强度校核

参考文献：

[1]倪洪启，赵艳春，罗鹏，张金萍，白金兰.基于AutoCAD的圆柱齿轮参数化设计[J].重型机械科技,2004(3):13-15.

[2]包李平.齿轮传动设计的VB实现与Auto LISP参数化绘制[J].长沙大学学报，1999.13(2)57-59.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京: 机械工业出版社,2004.8.

[4]成大先.机械设计手册（单行本）机械传动[M].北京：化学工业出版社，2004.1.

[5]濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第七版）[M].高等教育出版社，2001.

齿轮参数篇4

【关键词】高阶变性椭圆；参数化设计；Pro/E

1.引言

非圆齿轮作为一种特殊的机械传动形式，它不但具有齿轮的传动优点，而且可以替代传统的凸轮、连杆变速比机构。因此，非圆齿轮的应用前景相当广阔[1]。高阶变性椭圆齿轮是结合高阶椭圆齿轮和变性椭圆齿轮的特性的一种新型非圆齿轮，是非圆齿轮中的一种特殊传动零件，其运动特性和几何形状都具有独特性。

Pro/E是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。它提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。齿轮传动在机械行业中应用广泛，但Pro/E软件没有相应的模块。通过复杂的造型设计虽可以生成齿轮，变化齿数、模数后，又需进行复杂的设计计算和造型形状判断，工作量大，齿轮的三维造型设计成为造型设计中望而却步的工作[2]。本文通过对Pro/E 中的Program程序的二次开发来实现高阶多段变性椭圆齿轮的参数化设计，使设计人员可以实现精确、快速的设计。

2.高阶变性椭圆理论基础

2.1 高阶变性椭圆的生成

阶数不等于一的椭圆统称为高阶圆。在保持椭圆上的某一点的向径不变的的情况下，将椭圆上的极角由扩大整数倍变为，用这种方法得出的新的曲线称为阶椭圆。变性椭圆指是在时曲线为阶椭圆（可以不为整数），在时曲线为阶椭圆。如果把一个高阶椭圆的一个周期内的极角平均分为两段，然后使其两段按照变性椭圆的规则变性，则生成了高阶变性椭圆曲线。

2.2 高阶变性椭圆方程

根据上述高阶变性椭圆的生成原理，可以得到它在一个周期内的极坐标方程式：[3]

P—基椭圆的长轴半径；

k—基椭圆的偏心率。

根据上述公式，椭圆的向径不仅受阶数、变性数和极角的影响，还受长轴半径和偏心率的影响。

3.高阶变性椭圆齿轮副参数化设计

3.1 高阶变性椭圆设计流程的确定

椭圆齿轮是工程中常用的节曲线封闭的非圆齿轮，特点是其变传动比函数曲线具有周期性、对称性，椭圆齿轮副可以精确地按要求的运动关系设计和制造，运动精度高[4，5]。Pro/E是一款基于特征的参数化的三维设计软件，在设计齿轮副的过程中需要先确定设计过程中的前提参数；根据确定的参数，利用高阶变性椭圆的理论基础，确定参数中的关系，保证齿轮副曲线能够顺利的生成；然后编写曲线函数和生成曲线。具体的设计流程如图1所示。

3.2 高阶变性椭圆参数的确定

根据上述公式，椭圆的向径不仅受阶数、变性数和极角的影响，还受长轴半径和偏心率的影响。可以在Pro/E中先设定需要的参数[6]。如图2所示。

3.3 高阶变性椭圆参数化

打开文本编辑对话框，对需要的参数进行参数化设计，设计程序如表1所示：

把程序输入“cylinder.pls”中并运行以后得到如图3所示参数。

3.4 高阶变性椭圆曲线方程程序

根据式（1）与式（2）的极坐标表达式，可以在Pro/E软件中编写高阶变性椭圆曲线。由表达式可知高阶变性椭圆被封为N段，每一段按照变性椭圆的生成规则进行变性。可以根据这一性质，把需要的N阶变性椭圆分解成2N个部分，每一部分按照要求编写曲线代码，最后可以合成我们所要求的高阶变性椭圆。

根据极坐标方程，在第n个周期：

第一段曲线代码为：

4.高阶变性椭圆实例效果图

根据上述创建步骤，我们取阶数为N=3，变性系数M11=0.625，偏心率K=0.0748，长轴半径A=30mm，得到的图4所示高阶变性椭圆。

5.结束语

在创建高阶变性椭圆齿轮时，创建高阶变性椭圆齿轮副曲线是三维建模的基础和关键部分。本文对高阶变性椭圆的性质的分析和研究，利用Pro/E中的参数化设计功能，通过编写曲线程序代码，为生成高阶变性椭圆提供了一种快速、便捷的方法。同时，为高阶变性椭圆齿轮的参数化设计和分析奠定了基础。

参考文献

[1]刘永平，孟鹏飞.高阶椭圆齿轮副节曲线的参数化设计[J].科学技术与工程，2010，1：57-59.

[2]郭术义.齿轮三维快速造型与仿真M].北京：科学出版社，2010.

[3]张瑞，吴序堂，等.高阶变性椭圆齿轮的研究与设计[J].西安交通大学学报，2005，7：726-730.

[4]吴序堂.齿轮啮合原理[M].北京：机械工业出版社，1982.

齿轮参数篇5

一、准双曲面齿轮副基本几何设计

准双曲面齿轮副几何参数如图1所示：两轴线与P点的位置决定了准双曲面齿轮传动的性质。K1K2节垂线，ε大齿轮轴截面上偏置角，r1小圆节圆半径，r2大圆节圆半径。E为偏置距，Σ轴夹角，η小轮轴截面上偏置角。节平面为两节锥的共切面，节锥面为双曲面的近似。

二、准双曲面齿轮设计参数计算方法

随着计算机技术的发展，电子表格软件、数据库也不断发展，向准双曲面齿轮繁琐数据的计算和智能化使用，提供了极大的方便。使用现代计算机电子表表软件，可以进行准双曲面齿轮表格定制、处理复杂繁琐的数据，进行非常方便、快捷的数据分析和计算。

三、准双曲面齿轮仿真加工

在数控加工之前，通过在软件上进行仿真加工，不仅可以检测出加工过程中的参数计算设置情况，刀具、工件是否变形、过载情况，而且利用数控加工仿真，可对加工中的几何参数，力学性能作出分析与评价，以此改善切削条件，提高加工质量。成形法加工大齿轮：在CATIA软件或UG软件中，基于调整的参数，建立机床坐标系、大齿轮坐标系、刀盘坐标系。根据调整参数，完成建模。采用成形法加工大齿轮。刀倾法加工小齿轮：小齿轮与摇台间存在滚比，可以在三维AutoCAD软件中，根据机床调整参数，建立机床坐标系、小齿轮坐标系、刀盘坐标系，之后，根据滚比，建立轮坯一系列包络线，包络线拟合成曲面，由曲面生成切削体，利用阵列和布尔操作，完成建模。采用刀倾法加工小齿轮。此时，就可以进行数控加工的仿真加工了。如图所示。优化曲面加工工艺，确定合理参数。反复进行参数设置，进行仿真加工，选取最佳参数，确定最优方案。准双曲面齿轮仿真加工如图3所示。

四、结束语

齿轮参数篇6

【关键词】齿轮；仿真；应力分析

ANSYS作为有限元分析的主流软件，在工程中的应用日益成熟和广泛。多数使用者认为，其建模功能是一大瓶颈。虽然ANSYS提供了同大多数CAD软件，如CATIA、PROE、UG的接口，并可将模型通过IGES、SAT等图形数据格式导人，以减少建模的周期，提高建模效率。但在外部数据导人的同时，由于数据的兼容性等问题，有时并不是很理想。本文则采用APDL语言，在ANSYS中实现了齿轮副模型的参数化建立，并进行了应力分析。

1.斜齿轮轮齿齿廓的精确建模

1.1渐开线生成技术

齿轮的渐开线方程是以齿轮的回转中心为极点的极坐标参数方程[1-3]，方程：

rk=rb/cosαk

θk=invαk=tanαk-αk （1）

式中：

rk――轮齿渐开线上任意点半径

rb――齿轮的基圆

αk――轮齿渐开线上任意点的压力角

θk――轮齿渐开线上任意点的展角

在直角坐标系下，渐开线的曲线方程为：

x'=rbsinu-rbucosu

y'=rbcosu-rbusinu （2）

式中，u――为在渐开线k点的滚动角

由于在ANSYS下齿廓渐开线是以齿轮的中心线为轴左右对称来建模的，因此式（1）需要经过坐标的转换才能应用。故按照坐标转换原理，将图1的坐标旋转?，使旋转后的新坐标与原坐标的关系变为：

1.2过渡曲线的生成技术

由于齿根过渡曲线是在加工过程中形成的，直接取决于加工工艺和刀具齿顶形状。本文齿轮采用滚刀加工的齿轮，所以过渡曲线为延伸渐开线。

齿根过渡曲线是在按展成法加工齿轮时与渐开线一起形成的一段曲线，其参数方程[4-6]为：

1.3齿顶圆弧参数方程

齿顶圆圆弧参数方程为：

1.4齿根圆弧参数方程

齿根圆弧曲线参数方程为：

3.齿轮副的建模

齿轮的参数化建模必须建立一对啮合的齿轮才有意义，才能进行虚拟装配，研究啮合状态下齿轮的各种问题。将单齿轮模型扩展为齿轮副模型的方法如图3。

3.1调整两齿轮间距

两齿轮正确啮合时，其中心距为：a=（d1+d2）/2=mn（z1+z2）/（2cosβ）

3.2调整角度

由于齿轮建造时是以小齿轮的齿顶中点为起点，而齿顶廓线中点在直角坐标系的Y轴上，同理大齿轮齿顶中点也在这个位置由于在分度圆上齿轮的齿厚和齿间距相等，则小齿轮转到节点啮合位置就要转动360/4z。大齿轮转到节点啮合位置就要转动360/4z2度， 即可使两个齿轮在节点处相啮合。

4.有限元分析

（1）定义材料属性划分网格。

（2）在程序中采用PLANE42为两齿轮面单元，而体单元则采用SOLID

E95，这样对于自由网格划分时效果比较好。定义材料属性中弹性模量EX=2.0×108N・mm2，泊松比PRXY=0.3，摩擦因数MU=0.2。

（3）施加载荷及边界条件。

约束：将总体坐标系设定为柱面坐标系，然后选择小齿轮的安装孔表面的所有节点，将节点坐标系转为柱面坐标系，然后对所选节点的X和Z方向进行约束。（在柱面坐标系下其实是对所有节点的轴向和径向进行约束）。对大齿轮安装孔表面及两个侧面的所有自由度都进行约束。

载荷：在小齿轮安装孔表面上的每个节点上加Y方向（在圆柱坐标系下即为齿轮径向的切向力）上的载荷FY。

假设对齿轮施加转矩为191000N・mm，而模型中小齿轮内圈节点数为567个，内孔半径为25mm。则可知其施加的载荷为13.47N。由于施加方向为顺时针方向则施加载荷应为-13.47N。

（4）求解。

对于此次分析，求解器的设置采用默认值即可。

（5）计算结果的输出。

计算结束后可输出应力变形分布云图及得到节点受力。可以得到齿轮啮合过程中受力和变形情况的直观认识。

【参考文献】

[1]徐雪松，毕风荣，两洪杰.基于UG的渐开线斜齿轮参数化建摸研究.机械设计与制造，2003，6：47～48.

[2]张志森，争世国，张裕中.基r so1id Edge的渐开线斜齿轮齿廓三维造型技术研究.机械设计与研究，2002，18（3）：22～23.

齿轮参数篇7

【关键词】数控滚齿机；机械挂轮箱；电子齿轮箱；EGB

齿轮加工是汽车零部件最常见的基础件，随着汽车行业的迅速发展，对齿轮加工的精度、生产节拍等方面的要求越来越高，而且齿轮机床的发展方向是高速度、高精度、高效率与数控化，这对传动链提出了更高要求，单纯依靠提高机械传动元件的制造精度与安装精度，对传动精度的提高有限，而机床费用却大幅上升。因此，机械传动链已经不适合新型机床对传动精度与传动速度的要求，为此必须采用新的传动方式。滚齿加工是所有齿轮加工方法中最主要的一种，滚齿机约占整个齿轮加工机床的45%，以下笔者将数控滚齿机EGB的应用展开讨论。

滚齿机机械结构主要由回转工作台，滚刀，刀架，大立柱，小立柱和其它辅助部分（如冷却系统）组成，普通滚齿机机械传动系统示意图如图1所示。

随着数控技术的发展，新型数控滚齿机一般为六轴四联动控制，其中一个主轴，五个伺服轴。传动部分上的分度链、差动链均用数控系统上的电子齿轮箱功能来实现。这六轴分别为：

X――大立柱移动（径向移动）伺服轴

Y――刀具移动（切向移动）伺服轴

Z――滑板移动（轴向移动）伺服轴

A――滚刀刀架旋转运动伺服轴

B――滚刀回转运动主轴

C――工作台旋转伺服轴

滚齿机加工齿轮时，需保证工件轴与滚刀按照一定的比率进行旋转，为保证这一比率，已往的滚齿机采用挂轮机构，在齿轮加工前，首先进行挂轮计算选择，对于直齿轮只需选择分齿和走刀挂轮，而加工斜齿圆柱齿轮时.机床传动系统除了有分齿运动外，还有包含差动挂轮在内的附加运动，从而形成螺旋线槽，因此还需选择差动挂轮。加工时操作工需要根据加工齿轮的齿数与滚刀的头数进行计算，根据计算结果选择不同的挂轮，这样不仅机械传动链复杂，而且对操作工的要求也高。而EGB即电子齿轮箱（Electronic Gear Box）功能就解决了这一难题，使与伺服电动机相连的工件轴的旋转与同主轴电动机相连的刀具轴（ 滚刀）的旋转同步，同步的比率可通过程序进行指定。本功能下的刀具轴与工件轴的同步，因为采用数字伺服直接控制的方式，所以工件轴可以不带误差地跟随刀具轴的速度变动，可以实现高精度的齿轮加工。基于软件插补的滚齿加下数控系统的各轴通过数控指令经伺服电机直接驱动.根据被加工齿轮使用刀具的参数来确定刀具与T件之间特定的运动关系。采用电子齿轮箱传动简化了传动链。直接从滚刀轴和进给轴上读取反馈数据，取消大量中间传动环节，传动误差大大减少，加T精度远高于传统的加TI方法。

普通的数控机床可以采用通用的数控方法实现机床的传动，但对于齿轮加工机床这类有主运动参与的内联传动，其突出特点是：传动链的首端与末端件之间

必须保持严格的定比传动关系，要能进行运动的合成，具有较高的传动速度。通用的数控系统不具备上述三方面的有效对策，因此不适用于内联传动。

其硬件连接（可按图1式连接）：

参数的自动设置：

设定1023号参数：

X：1 Z：5 B：4 Y：2 C：3

功能选择参数：电子齿轮箱

参数7771=4；（EGB控制轴的轴号）

参数7771，（刀具轴每转一周位置检测器的脉冲数）

参数7773，（工件轴每转一周位置检测器的脉冲数）

参数2011#0=1（对C轴，B轴）

对每轴进行伺服初始化设定

重起数控系统

重起系统，设定完成。手动方式下的参数配置及两种硬件连接方式下主轴参数的详细设置参阅FAUNC 16I以上系统参数手册。 注1：EGB功能中要求工件轴和虚拟轴的伺服号必须为连续的奇数和偶数，即3和4，或1和2。如实际硬件连接无法满足此要求，FSSB自动设定时系统内部调整连接顺序，即每个伺服DSP芯片和控制轴的关系。使用手动设定调整时需要电气人员人为调整。

注2：当使用图二的硬件连接时，不仅需要选用CZI/BZI传感器外，还需设置相应的参数，详见参数手册。

由EGB参数得知，传动比误差与计数器的计数值以及传动比有关，当系统编码器分辨率与定时时间周期确定的情况下，对于较高主传动速度和较小的传动比，误差范围较小，对于较低的主传动速度和较大的传动比，误差范围较大。因此为了提高传动关系准确性，可通过提高主传动速度、增大编码器的分辨率以

齿轮参数篇8

关键词：ANSYS，直齿圆柱齿轮，接触应力，齿根弯曲应力

 

0引 言

齿轮作为在机械结构中经常用到的重要的传动零件，其强度直接影响到整个机械结构的工作性能和寿命，然而在传统齿轮设计中，齿轮的强度校核过程和设计过程主要是通过人工设计完成，计算繁琐，设计周期长且难以实现优化设计。

本文采用有限元分析法对渐开线标准圆柱直齿轮进行接触应力和齿根弯曲应力进行分析计算。并且在有限元分析中,对AYSYS[1]软件进行二次开发，即应用了APDL[2]语言，自动实现了齿轮的参数精确建模 ，自适应网格划分和有限元强度分析。

最后和传统经典方法进行了对比分析,证明了本方法的准确性。具有实际操作性和推广价值。

1.齿轮强度分析的基本要求

在机械专业中，减速机是主要的重要的传动机构，而齿轮传动是其中最常见的实现方式。因此齿轮零件的设计就显得尤为重要。其中齿轮应力强度校核是齿轮结构设计的前提，只有相互啮合的齿轮通过了接触和弯曲强度校核计算，才能进行齿轮结构设计。当然相互啮合的齿轮种类十分繁杂。这里我们为方便起见，只考虑渐开线标准圆柱直齿轮的问题。

传统的应力强度校核计算十分烦琐，需要查阅机械设计手册中大量的数据（包括图形和图表）。而传动机构中往往是多对齿轮啮合，其中有一对不符合要求，整个计算就得重来，耗费了设计者大量的精力。

因此借助计算机及相应软件完成对齿轮的优化设计十分必要。使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析，可对齿轮的强度设计提供可靠的依据，实现变速器齿轮的计算机辅助设计，可以加快设计进程、缩短研制周期、提高设计质量。

本文应用了APDL，即ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parametric Design Language），设计直齿圆柱齿轮模块以及应用ANSYS有限元软件进行有限元分析方面，做一些初步的探索。

2.问题研究的主要方法及实例

本文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研究了在ANSYS环境下实现直齿轮精确建模和应力分析的方法，并与弹性力学和机械手册的计算结果进行了比较。论文参考网。

2.1ANSYS软件介绍

ANSYS是一个大型通用有限元软件。在机械结构系统中.主要在于分析机械结构系统受到负载后产生的力学效应.如位移、应力、变形等.根据该结果判断是否符合设计要求。

2.2 APDL介绍

APDL即ANSYS参数化设计语言（ANSYSParametric Design Language），用于自动利用参数（变量）创建模型。很适于在系统之上根据特定的需要进行二次开发。

2.3 渐开线直齿圆柱齿轮的参数化二维建模

本文以《机械设计手册》[3]中第八章计算例题为实例。

渐开线圆柱直齿轮建模前的参数如表1所示：

表1渐开线圆柱直齿轮参数表

齿轮参数篇9

关键词：ANSYS，直齿圆柱齿轮，接触应力，齿根弯曲应力

 

0引 言

齿轮作为在机械结构中经常用到的重要的传动零件，其强度直接影响到整个机械结构的工作性能和寿命，然而在传统齿轮设计中，齿轮的强度校核过程和设计过程主要是通过人工设计完成，计算繁琐，设计周期长且难以实现优化设计。

本文采用有限元分析法对渐开线标准圆柱直齿轮进行接触应力和齿根弯曲应力进行分析计算。并且在有限元分析中,对AYSYS[1]软件进行二次开发，即应用了APDL[2]语言，自动实现了齿轮的参数精确建模 ，自适应网格划分和有限元强度分析。

最后和传统经典方法进行了对比分析,证明了本方法的准确性。具有实际操作性和推广价值。

1.齿轮强度分析的基本要求

在机械专业中，减速机是主要的重要的传动机构，而齿轮传动是其中最常见的实现方式。因此齿轮零件的设计就显得尤为重要。其中齿轮应力强度校核是齿轮结构设计的前提，只有相互啮合的齿轮通过了接触和弯曲强度校核计算，才能进行齿轮结构设计。当然相互啮合的齿轮种类十分繁杂。这里我们为方便起见，只考虑渐开线标准圆柱直齿轮的问题。

传统的应力强度校核计算十分烦琐，需要查阅机械设计手册中大量的数据（包括图形和图表）。而传动机构中往往是多对齿轮啮合，其中有一对不符合要求，整个计算就得重来，耗费了设计者大量的精力。

因此借助计算机及相应软件完成对齿轮的优化设计十分必要。使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析，可对齿轮的强度设计提供可靠的依据，实现变速器齿轮的计算机辅助设计，可以加快设计进程、缩短研制周期、提高设计质量。

本文应用了APDL，即ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parametric Design Language），设计直齿圆柱齿轮模块以及应用ANSYS有限元软件进行有限元分析方面，做一些初步的探索。

2.问题研究的主要方法及实例

本文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研究了在ANSYS环境下实现直齿轮精确建模和应力分析的方法，并与弹性力学和机械手册的计算结果进行了比较。论文参考网。

2.1ANSYS软件介绍

ANSYS是一个大型通用有限元软件。在机械结构系统中.主要在于分析机械结构系统受到负载后产生的力学效应.如位移、应力、变形等.根据该结果判断是否符合设计要求。

2.2 APDL介绍

APDL即ANSYS参数化设计语言（ANSYSParametric Design Language），用于自动利用参数（变量）创建模型。很适于在系统之上根据特定的需要进行二次开发。

2.3 渐开线直齿圆柱齿轮的参数化二维建模

本文以《机械设计手册》[3]中第八章计算例题为实例。

渐开线圆柱直齿轮建模前的参数如表1所示：

表1渐开线圆柱直齿轮参数表

齿轮参数篇10

关键词：齿轮加工；精度；滚齿效率

中图分类号：TG61 文献标识码：A

随着齿轮加工工艺技术的发展，滚齿机的刚性、精度及功率有了很大的提高，数控滚齿机的应用，齿轮滚刀材料性能的提高及刀具制造、刃磨工艺的改进，使齿轮加工精度和效率有了很大的提高。

1滚齿加工精度分析

齿轮精度主要有运动精度、平稳性精度、接触精度。滚齿加工中用控制公法线长度和齿圈径跳来保证运动精度，用控制齿形误差和基节偏差来保证工作平稳性精度，用控制齿向误差来保证接触精度。

1.1齿圈径向跳动误差

齿圈径向跳动是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，与齿高中部双面接触，测头相对于轮齿轴线的最大变动量。也是轮齿齿圈相对于轴中心线的偏心，这种偏心是由于在安装零件时，零件的两中心孔与工作台的回转中心安装不重合或偏差太大而引起。

1.2公法线长度误差

滚齿是用展成法原理加工齿轮的，从刀具到齿坯间的分齿传动链要按一定的传动比关系保持运动的精确性。但是这些传动链是由一系列传动元件组成的。它们的制造和装配误差在传递运动过程中必然要集中反映到传动链的末端零件上，产生相对运动的不均匀性，影响轮齿的加工精度。公法线长度变动是反映齿轮牙齿分布不均匀的最大误差，这个误差主要是滚齿机工作台蜗轮副回转精度不均匀造成的，还有滚齿机工作台圆形导轨磨损、分度蜗轮与工作台圆形导轨不同轴造成，再者分齿挂轮齿面有严重磕碰或挂轮时咬合太松或太紧也会影响公法线变动超差。

1.3齿形误差

齿形误差是指在齿形工作部分内，包容实际齿形廓线的两理想齿形(渐开线)廓线间的法向距离。在实际加工过程中不可能获得完全正确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。齿轮的基圆是决定渐开线齿形的唯一参数，如果在滚齿加工时基圆产生误差，齿形势必也会产生误差。基圆半径R=滚刀移动速度／工作台回转角速度xcosao(ao为滚刀原始齿形角)，在滚齿加工过程中渐开线齿形主要靠滚刀与齿坯之间保持一定速比的分齿来保证，由此可见，齿形误差主要是滚刀齿形误差决定的，滚刀刃磨质量不好很容易出现齿形误差。同时滚刀在安装中产生的径向跳动、轴向窜动(即安装误差)也对齿形误差有影响。常见的齿形误差有不对称、齿形角误差(齿顶变肥或变厚)、产生周期误差等。

1.4齿向误差分析

齿向误差是在分度圆柱面上，全齿宽范围内，包容实际齿向线的两条设计齿向线的端面距离。引起齿向误差的主要原因有机床、刀架的垂直进给方向与零件轴线有偏移，或上尾座顶尖中心与工作台回转中心不一致，还有滚切斜齿轮时，差动挂轮计算误差大，差动传动链齿轮制造和调整误差太大。另外夹具和齿坯制造、安装、调整精度低也会引起齿向误差。

1.5齿面粗糙度分析

齿面粗糙度不好有几种现象：发纹、啃齿、鱼磷、撕裂。引起齿面粗糙度差的主要原因有以下几方面：机床、刀具、工件系统整体刚性不足、间隙大；滚刀和工件相对位置发生变化；滚刀刃磨不当、零件材质不均匀；切削参数选择不合适等。

通过以上分析可知，影响齿轮加工精度的主要因素有机床和刀具，特别是数控滚齿机的应用，采用CNC控制系统，机床传动链的减少，大大减少了机床传动链中各组成环节的制造和装配误差及使用过程的磨损引起的加工精度下降。

2加工工艺

我公司齿轮现采用滚齿一剃齿工艺,详细加工工艺流程如下：

下料锻造等温正火粗车精车 滚齿倒棱剃齿渗碳淬火磨内孔 清洗检验包装

由此工艺可以看出，我公司产品对滚齿精度要求并不是特别高，齿轮的精度保证在剃齿加工工序，通过齿形、齿向的剃齿修形来保证齿轮的精度。滚齿工序重点考虑的是在满足加工精度要求的前提下，尽可能地提高加工效率，降低生产成本。

3对比试验

为保证剃齿精度及剃削余量，滚齿加工一般选用剃前滚刀。本次用于滚齿加工精度和效率研究分析的试验分别使用单头滚刀、双头滚刀、三头滚刀进行齿轮加工，选用进口粉末冶金滚刀，φ90mm， 切削速度V≥100m/min，精度DIN A级。通过对不同头数滚刀的加工对比试验，研究分析齿轮的精度和加工效率，找出有效提高滚齿效率的方法。

我公司齿轮生产使用的滚齿机有Y3150E、YKB3120及YKX3132M，本次试验选用YKX3132M高效数控滚齿机，机床为3轴数控滚齿机。试验加工齿轮参数为：Z33、M3.5、α20°、β16.5°、齿宽27mm、 左旋。齿轮材料为20MnCr5，加工硬度：HB160--210。

根据滚刀建议切削速度及公式n刀＝1000×V切/π×D切，结合机床主轴转速及工作台转速的合理范围，选用滚刀转速240转/分至300转/分。分粗滚和精滚二次切削完成滚齿加工。

3.1滚齿加工节拍

滚齿加工的有关参数及加工节拍如下表：

使用单头滚刀加工一件齿轮的时间为8.13分钟，使用双头滚刀加工一件齿轮的时间为5.09分钟，节约加工时间3.04分钟，提高加工效率37.4%。

使用三头滚刀加工一件齿轮的时间为4.47分钟，与单头滚刀加工相比，节约加工时间3.66分钟，效率提高45%。但与双头滚刀加工相比，节约加工时间0.58分钟，效率只提高12.1%。

3.2 加工齿轮精度检测

将3种滚刀加工的齿轮，每种各随机抽取3件，检测各项精度，具体数据见下表：

从检测结果来看，单头滚刀加工精度最好，双头滚刀其次，三头滚刀的加工精度最差，基本上难以满足加工要求。主要有二方面的原因。1）滚刀的头数越多，加工精度越差是基本的规律。2）这次试验加工齿轮的齿数是33，是三头滚刀的整数倍。当加工齿轮的齿数可以被滚刀头数整除时，加工过程会使滚刀各齿的误差在被加工齿轮的同一位置重复出现，不能相互抵消，使滚刀齿形误差全部反映到加工齿轮的精度上。一般是不建议采用，不仅如此，滚刀的槽数也不要能被滚刀头数整除，原因也一样。

结束语

一般来说，滚刀头数越多，加工速度越快，效率越高，但加工精度也随之下降。滚齿加工后没有剃齿或磨齿等其它精加工工序或少齿数齿轮加工时，宜采用单头滚刀。对于滚齿加工后还有其它齿形精加工工序，为提高滚齿加工效率，建议使用多头滚刀，但尽量不要让工件齿数被滚刀头数整除。选择多头滚刀时应注意滚刀的升角，γ=sin-1(TH×m/(d-3×m))，（γ：升角TH：滚刀头数，m：模数d：外径），升角的大小与滚刀头数、模数成正比，与滚刀直径成反比。当滚刀升角在5°以内，采用直槽型滚刀，滚刀的重磨一般不会有问题。当滚刀升角大于5°时，须采用斜槽型滚刀，斜槽滚刀的重磨必须选用具有砂轮头架水平回转轴功能的数控滚刀刃磨床。因此，通过效率与精度的试验数据对比分析，对于本次试验的齿轮来说，采用双头滚刀加工是比较合适的，既能保证加工精度，又能提高加工效率。

参考文献