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齿轮参数范文1
引言
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动方式,由于渐开线的特点,渐开线齿轮又是齿轮传动最常用的齿轮类型。近年来随着CAD/CAE/CAM/CAPP技术的迅速发展,为了便于利用计算机仿真软件对齿轮传动进行运动、振动噪音、轮齿修型等分析,齿轮的精确参数化建模已经成为一个必要过程,而齿轮的建模精度又对计算结果起到决定性的作用。渐开线直齿圆柱齿轮由于螺旋角为零,因此精确建模已经没有问题,而渐开线斜齿轮由于齿面为空间渐开线螺旋面,且其端面齿形与法面齿形不同,三维精确参数化建模过程比较困难。在目前所能查找的论文中提出了很多斜齿轮精确参数化建模的方法,但仔细研究发现里面所提到的很多方法根本就无法实现斜齿轮的精确参数化建模,为此先从理论上对斜齿轮参数化精确建模进行讨论。
一、参数化建模中齿数与模型分析
在斜齿轮的精确建模中有一部分文献没有考虑到齿数对建模的影响[1][3][4][5][6][7][8]。没有考虑齿根圆与基圆之间的大小关系,根据斜齿轮的齿根圆与基圆公式有:
df=d-2・mn(h*an+c*n)(1)
db=d・cosat(2)
df=db=d-2・mn(h*an+c*n)-d・cosat(3)
由公式(3)可以得到
=z・--2.5(4)
如果斜齿轮的齿根圆 与基圆 相等,则公式(4)右边等于零。
z・--2.5(5)
对应标准齿轮有an=200,这样斜齿轮的齿根圆与基圆之间的大小关系就是螺旋角β、齿数z和法面模数mn的函数。当齿根圆与基圆相等时,那么斜齿轮的齿数z与斜齿轮的螺旋角β就成一函数关系,在此把这个函数关系用z=f(β)来表示,这说明斜齿轮的齿根圆与基圆相等的分界线是变化的,而不是恒定的。
齿轮精确建模时,当齿根圆小于基圆的时候,齿根圆与基圆之间是没有渐开线的,这部分曲线是刀具的齿顶加工出来的过渡曲线;当齿根圆大于基圆时,齿廓曲线全部为渐开线。所以斜齿轮精确建模一定要分这两种情况来讨论,为了方便在此用表格来给出两者的数据关系。
二、螺旋角与斜齿轮模型的关系分析
现有很多论文中斜齿轮的精确参数化建模都是先利用渐开线表达式生成渐开线一条齿廓曲线,把这个端面曲线沿螺旋线进行沿引导线“扫掠”或“曲面已扫掠”命令来生成一个斜齿轮的轮齿,然后利用环形阵列生成斜齿轮的精确模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。
(一)螺旋角的关系推导
斜齿轮的螺旋角是指分度圆上螺旋线的切线与轴线之间所夹的角度。由下推出[10]:
tanβ=(6)
L-螺旋线的导程;
π・d-斜齿轮分度圆上的直径;
可以看出螺旋角是齿轮分度圆的一个函数,在同一齿轮中,任意圆周di上的螺旋角为:
tanβi=(7)
通过公式(7)可以看出,在不同的圆周上螺旋角是不同的。
(二)沿引导线扫掠策略
扫掠体的数学模型是,先进行路径规划,即将扫掠路径进行离散,求解出t时刻通过扫掠路径曲线上节点si的坐标,然后确定在每个节点上的投影面(法平面)方程,然后将物体向投影面(法平面)投影,当时间间隔足够小时,在满足一定的精度情况下,把时刻t和t+t时刻之间生成的扫掠体看成是由这些投影曲线组成的面域绕转动极轴转动生成的实体。
为了简化求解过程, 扫掠路径通常写成式的参数形式:
那么要想对一个物体进行扫掠必须给出扫掠路径和扫掠物体,在斜齿轮精确建模中,扫掠路径是空间螺旋线,扫掠物体为渐开线的齿廓,这样扫掠出来的齿形随可以参数化,但在齿形上的每一点的法线都为扫掠路径的切矢量,如果在创建时,给定的扫掠路径是分度圆上的螺旋线(在软件中这个命令是单参数的),则得到的轮齿是任意一点的螺旋角都等于分度圆上的螺旋角,通过公式(7)可以看出这是不正确的。三维模型图参考图1.4。
(三)沿多条引导线已扫掠策略
一条螺旋线不可能得到正确的轮齿,如果采用多条螺旋线做扫掠路径只能使用软件中的“曲面已扫掠”命令来实现,当扫掠路径比较多的时候可以得到比较精确的轮齿模型,但这个命令是不支持参数化的,也得不到参数化模型。
下面用一个实例进行验证:
图四是将端面的一个齿廓面沿引导线扫掠生成的轮齿形状,此螺旋角为β=200,可以看出轮齿的形状发生了严重的扭曲,且随着螺旋角的度数增大,扭曲现象就越明显。
图五是将端面的一个齿廓面利用曲面里面的已扫掠生成的轮齿形状,可以看出当使用一条螺旋线的时候,轮齿发生了扭曲,不可能产生精确地轮齿。当增多引导引导线串时,扭曲程度降低,另外通过图三与图二的对比可以看出两个操作都产生了扭曲,但扭曲程度是不一样的。
通过上述论证,要想得到参数化的精确模型,必须使用扫掠命令来实现,可以对此命令进行二次开发,给定分度圆上的螺旋角,然后设定渐开线上上段的个点螺旋角的值是线性递增的,下半段式线性递减的,使递增和递减的值分别等于齿顶圆上螺旋角和齿根圆上的螺旋角,这样既可以参数化又可得到精确的模型
三、阵列操作与参数化分析
在很多文献中当单个齿生成后通过阵列的方法来生成整个斜齿轮模型,通常在软件中有两种生成方法:第一种是特征操作下的阵列(引用下的环形阵列)第二中方法是变换下的环形阵列,这两种方法本质上是不同的,引用下的环形阵列是不能参数化的,而特征操作下的环形阵列是可以参数化的。
所以要想进行参数化设计必须采用特征操作下的沿引导线扫掠来生成轮齿,然后再进行特征操作下的环形阵列来得到参数化模型。
四、结束语
本文主要对已有的斜齿轮精确参数化建模的方法进行分析,推导出其不能得到精确参数化模型的理论原因,为以后斜齿轮的精确建模提供理论上的参考依据。精确模型一定是理论上推导证明出来的精确,还要注意当通过计算机算法去实现出来后一定存在误差的,那么必须对误差进行分析,确定误差的范围是不是在后续分析的允许范围内。
参考文献:
[1]白剑锋等.UG在渐开线斜齿轮参数化设计中的应用[J].机械设计与制造,2006,(70).
[2]邵家云,任丰兰.UG中渐开线斜齿轮的全参数化精确建模[J].农机使用与维修,2009,(1).
[3]赵向前,徐洪涛.基于UG4.0的斜齿圆柱齿轮的三维精确参数化建模[J].金属加工,2008,(2).
[4]鲁春艳.基于UG的齿轮齿条式转向器的虚拟设计与分析[J].苏州市职业大学学报,2009,(3).
[5]徐雪松,毕凤荣.基于UG的渐开线斜齿轮参数化建模研究[J].机械设计与制造,2003,(12).
[6]孙江宏,姚文席,吴平良.基于UG的斜齿轮三维参数化设计方法-扫描成型法[J].2003,(2).
[7]徐江敏,孟慧亮,苏石川.渐开线斜齿轮的参数化设计与应用[J].计算机应用技术,2008,(11).
[8]沈军,文军.斜齿圆柱齿轮三维参数化建模运动仿真及其在机床设计中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2004,(11).
齿轮参数范文2
齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动平稳，承载能力强等优点，有着非常广泛的应用前景。但其结构复杂，设计计算困难，为了提高设计效率，增加竞争优势，实现齿轮的三维参数化精确建模显得尤为重要。
[关键词]直齿轮 参数化 Pro/E
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0044-01
1、引言
渐开线齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动比大、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点，广泛应用于机械、船舶、航空、电力领域[1]。随着大批优秀的三维CAD软件纷纷涌现，一般机械零件的三维设计对普通工程师来说已经不再是困难的工作。但是对于渐开线齿轮，由于其齿廓的复杂性，一般设计者在CAD中很难精确造型，继而影响到后续齿轮加工的操作。CAD参数化设计的理念正式解决这一问题的有效途径。计算机辅助设计的广泛应用以及计算机硬件和软件技术大大提高了模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发反面都具有较大的应用价值。
2、国内外研究进展
目前采用CAD进行3D设计已达到了70%～89%，Pro/E、UG、Catia，I-Deas等软件的应用很普通。应用这些软件可完成3D设计，还可以进行转配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。近几年来国内外先进工业国家对CAD/CAM技术的开发非常重视，在其开发上投入了很大的人力和物力。目前国际上流行的三维CAD软件如下：Pro/E系统是美国PTC公司推出的三维CAD/CAM软件；Catia系统是法国达索飞机公司与美国IBM公司合作开发的CAD系统；UGNX是美国UGS公司的CAD产品，该软件首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供了一个全方面的产品建模系统，它优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表卖弄功能结合在仪器，几乎是CAD/CAM用户的首选软件。
我国在软件和设备方面的发展一直比较缓慢，直到进入21世纪以来，我国的计算机行业有了突飞猛进的发展，正是因为这样，我国的CAD技术才有了进一步发展的空间。在现代制造业舞台上，生产效率、成本、规划管理无不和生产技术相关，因此，CAD技术的开发直接关系到产品的设计、生产、维修等工作的速度和效率，显得尤为重要。在产品的设计和装配阶段，一般采用二维制图和三维造型。尤其是三维造型，以其直观、能直接转化成二维工程图和模拟装配等优势在现代工程设备的设计方面有着绝对的优势。
参数化设计是近几年发展起来的先进造型技术，它是CAD技术应用领域内的一个重要的、需要进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，来对产品进行合理的设计，从而大大提高设计速度，并减少信息的存储量，而且有助于减轻设计人员的工作强度。参数化建模技术是CAD的核心技术，是新一代继承化CAD系统应用研究的热点理论，也是齿轮参数化造型的基础理论依据，对齿轮建模和系统设计起着指导性作用。另外，研究国内外齿轮CAD参数化设计的发展状况，可以借鉴前人的研究成果，对齿轮的参数化研究有一定的指导意义。
3、Pro/E参数化建模思想
3.1 Pro/E概述
Pro/E引入了参数化设计思想，大大提高了设计灵活性。根据参数化设计原理，绘图时设计者可以暂时舍弃大多数繁琐的设计限制，只需抓住某一个典型特点绘出图形，然后通过向图形添加适当的约束条件来规范其形状，然后修改尺寸数值，经过系统再生成后即可获得理想的图形，这就是重要的“尺寸驱动”理论。
用Pro/E进行参数化设计，主要是用到Pro/E中的程序（Program），这种程序不同于我们一般计算机程序（如C语言程序、BASIC语言程序）。它是一种相对非常简单的程序，它只是用一些简单的input、if -else等少数语句，对在零件或组件设计过程中Pro/E系统自动产生的信息进行编辑。Program是自动化设计的一项重要工具，使用者可以通过非常简单的程序语言来控制特征的生成与否、尺寸的大小、零组件的生成与否、零组件的显示、零组件的个数等。可以利用问答式的方式输入参数等信息从而得到不同的几何尺寸或几何形状，以完成产品设计的要求。Pro/E软件是比较理想的参数化造型软件。
3.2 基于Pro/E三维模型的参数化设计原理
在零件的三维设计中，由于三维模型的创建要涉及到草图、基准、曲面和实体等各类特征，直接用程序生成三维模型十分困难，参数化程序的设计必定十分繁琐和复杂。基本原理就是采用三维模型与程序相结合的方法，三维模型不是由程序创建，而是利用交互方式生成，在已创建的零件三维模型的基础上，进一步根据零件的设计要求，建立一组可以完全控制三维模型和大小的设计参数。其原理主要包含了2个部分：参数化三维模型的建立和参数化程序设计。建立零件的三维参数化模型是实现二次开发的关键，参数化程序在已创建的零件三维模型的基础上，针对该零件的设计参数进行编程，实现设计参数的检索、修改，然后根据新的参数值生成新的模型。
3.3 交互式三维模型样板的建立方法
在Pro/E环境中用人机交互的方式建立三维模型样板。模型样板的创建方法与一般的三维模型相同，只是在建立模型的过程中，要加入外部设计参数和约束关系。设计参数分为2种情况：（1）与其他参数无关的独立参数；（2）与其他参数有关的非独立参数。前者用来控制三维模型的几何尺寸和拓扑关系，后者可以用独立参数为自变量的关系式表示。所以建立普通模型以后首先使用“Parameters”命令添加参数，然后利用“relations”关系式功能创建新的关系式，使Pro/E自动创建的约束参数名与设计参数关联。系统的约束参数命名是由Pro/E系统自动创建的，其值控制三维模型的几何尺寸与拓扑关系，与用户建立的参数无关。要使用户建立的设计参数能够控制三维模型，必须使二者关联。主要有2种方法：（1）在创建或修改特征需要输入数值时，直接输入参数名。如在草图中标注或修改尺寸值时用参数名代替具体数值。（2）利用Pro/E的关系式功能创建新的关系式，使Pro/E系统自动创建的约束参数名与设计参数关联。
3.4 齿轮参数化的实现
通过这种方法建立的渐开线直齿轮模型，既可以保证渐开线齿廓的正确形状又可以使齿轮的尺寸、形状根据输入参数的改变而发生相应的变化。当齿轮的参数化造型完成后，一旦改变齿轮的驱动参数后，所设计的齿轮将按照新的驱动参数立即发生相应改变，即再生出新的齿轮模型。所建立的参数化直齿轮模型，只需输入一些关键的参数（如齿数、模数、压力角等齿轮基本参数）。根据这些参数就可以自动生成新的齿轮模型。利用此参数化齿轮模型处理建模的重复性工作，因而可极大地提高分析效率，降低成本。
4、总结与展望
利用大型软件Pro/E Wildfire 3.0来实现圆柱直齿轮的三维参数化造型，可通过改变齿轮的一些基本参数，生成相应的齿轮，达到设计要求。具体章节安排如下：
1.渐开线齿轮数学模型。深入讨论了渐开线成型原理，主要包括渐开线方程及特性以及直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算。这是Pro/E参数化建模的理论基础。2.渐开线直齿轮的参数化造型。介绍了Pro/E参数化建模思想，利用方程输入对齿轮渐开线进行设计。3.通过程序中的关系对参数进行限制，使得个参数之间相互联系，完成齿轮参数化建模设计。
现在，中国的计算机辅助设计和制造正不断走向成熟，以CAD/CAM核心技术为基础，完成产品的虚拟设计、虚拟装配、虚拟制造、仿真分析等各环节，最大程度的发挥工业软件的作用，我们相信，在不久的将来，制造业将会在信息时代迎来新的辉煌。
参考文献
齿轮参数范文3
关键词: 谐波齿轮 有限元分析 参数探讨
二十世纪五十年代，我国的空间科学和航天技术得到高速的发展，使航天飞行器的控制系统机构中的机械传动的条件更加精细，因此需要新的传动模式，例如：如何满足传动比又要大、体积又要小、质量又要轻、传动精度又要高的条件。航天飞行器控制系统机械传动的这些要求，使新出现的谐波传动的功能得到了广泛的利用，因为谐波运动可以满足这些要求。谐波运动也是一种传动技术，它的发展建立在薄壳弹性变形的基础上。谐波运动的出现被科学界认为是机械传动中的重大进步。谐波运动的出现，使谐波齿轮传动应用到航天控制器之中，而柔轮又是谐波齿轮传动中的关键零件，它的外形是薄壁的壳体，柔轮在谐波齿轮工作时易受到应力的作用受到破坏。已经发现由于疲劳运动发生的断裂是柔轮在转动中最常见的失效形式。为了保证谐波齿轮正常的传动性能，必须增加柔轮的强度，延长柔轮的疲劳时间。因此，在探讨谐波齿轮时将重点研究目标指向如何提高柔轮的强度。一般常规的研究都是利用有限元的方法来探讨如何提高柔轮的强度。本文也是借助计算机软件功能，来分析柔轮的应力和位移的分布规律。从中进行优选，才得到了具有较高强度和刚度的柔轮的设计基础。这样的结果不仅为柔轮的参数化的发展提供了便捷的手段，而且为谐波齿轮的广泛应用起到促进作用
1、利用有限元解决问题的基本条件
有限元分析的目的，就是在数学上利用比较简单的问题来代替复杂问题后再求解。这种方式得到的解是由许多称为有限元的小的互连子域组成，实际上是对有限元的每一单元都假定了一个比较简单的近似解，在这样的条件下再去推导求解，使这个域满足条件(如结构的平衡条件），从而使原本复杂的问题得到了简单的解。但这个解不是准确的解，只是一个近似解，因为在处理问题之初就将复杂的实际问题，用一种比较简单的问题代替。之所以这样做是因为大多数的实际问题，在理论上如果利用科学的方法还难以得到准确解，但应用科学又急需这个解，才可以得到应用。对有限元来讲它的计算精度高，而且可以适应各种复杂的形状，因而，有限元法目前已成为应用工程有效的分析手段之一。
1.1关于有限元模型的基本概念和建模原则
有限元建模的原则是根据应用中的具体精度要求，来建立可以模拟实际运动的有限元模型。在连续体离散化来表征无限个形态自由度过程中，必须引入近似的方法，才能使有限元模型得到解。但是这个解必须要和工程的实际过程匹配，否则就失去了应用价值。因此，有限元分析的结果必须有足够的精度，通过分析建立的有限元模型必须在能量上与原连续系统是等价。由于一个工程结构是由杆，梁，板，壳及二维体，三维体等多种形式构件组成复杂运动体。如果这个解的误差大了，就会导致工程结构中杆，梁，板，壳及二维体，三维体之间的自由度个数不匹配，因此得到的结果必须妥善处理，否则模型就会失真。有限元法是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。由于这个解并不是准确的解，而是一个近似解，有限元分析的是模型的生成，对有限元模型的生成及其计算精度有着至关重要的作用。
1.2关于柔轮结构参数的具体处理
以某型柔轮为例，齿宽b =40mm，壁厚S =1.6mm，长度L =160mm，齿圈前沿的宽度b1 =8mm，齿圈宽度bR =25mm，内径d1=60mm，壳体与齿圈连接处的圆角半径R1=R2=12mm，杯底处内径d =160mm，底部过渡圆角的半径R3=3.5mm。选择的单元类型为四面体四节点单元，可将网格细化，共有293887个单元，80547个节点。
1.3对柔轮模型的假定
柔轮是谐波齿轮的重要组成，因此，在有限元处理时，需要假定：第一，由于柔轮的齿很小，而齿数又多，模数又小，为了方便分析，就将齿圈部位的齿简化成厚度很小的光壳。第二，由于箱体与底部连接的部分对壳体处的危险截面部分的位移和应力影响作用不大，可将杯底简化。由于所选箱体与柔轮属于螺栓连接，因此将圆环内缘各节点处的自由度完全约束。
2、柔轮的加载
柔轮在负载的情况下，整个啮合弧上的柔轮与波发生器是分离的。轮齿的受力状况不仅与啮合区大小以及载荷的分布规律有关，而且与传递负载所受力矩有关。齿啮合区是两个对称的区域，啮合区中所承受的作用力为正压力。同时为了使计算过程简单，可以将齿面处的正压力化为一个作用于分度圆半径处的集中力。在通常的情况下，根据计算公式，可以计算出啮合区内刚轮对柔轮的正压力以及压强。在柔轮在负载的状况下，它所受的最大的应力出现在柔轮齿的齿根位置，并且是在齿根的过渡部分。由此我们可以得出，柔轮受波发生器载荷的作用，它的危险截面是在齿根位置，即凹槽和凸齿之间的衔接部分。
3、柔轮结构参数的优化
在不影响柔轮正常啮合性能和参数变化范围内对其有限元模型参数进行修改、分析，并且在上述有限元分析的基础上，改变影响柔轮应力状态时的参数，对其进行动力学和静力学的模态分析。根据上述有限元分析结果可知:最大应力出现在柔轮齿根与光滑简体过渡处且沿柔轮轴向逐渐减小直至筒底转角处又有明显增加。在此基础上，修改柔轮的结构参数，并且修改其有限元的模型进行分析，然后考察各参数的变化对柔轮产生的影响规律。由于柔轮长度过长，带来了扭转刚度下降和加工困难的缺点，而柔轮在结构刚度合适的情况下又要求其体积和重量尽量的减小。
4、结语
通过负载状态下柔轮如何受力，进行有限元分析，得到柔轮所受应力、位移的分布规律;同时在参数变化范围内对有限元模型进行修改、分析、比较，得到质量轻、强度大、刚度合适的柔轮;运用有限元分析，为柔轮参数设计选择提供了有价值的参考。
参考文献
齿轮参数范文4
Pro/Engineer是美国PTC公司开发的优秀的三维设计软件，它采用基于特征的参数化技术，具有产品的三维设计、分析、仿真、加工和二次开发等功能，该软件已广泛应用于机械、电子、家电、模具等行业，是目前国内使用最广泛的三维设计软件之一。利用Pro/E可精确建立齿轮的三维模型，从而实现齿轮机构的虚拟装配、模拟运动以及数控编程等。实现渐开线圆柱齿轮建模的难点主要有两点：（1）创建出精确的渐开线曲线；（2）建立齿轮的参数化模型，确定主要参数。
1基本原理与研究思路
渐开线：一条直线nn沿一个半径为rb圆的圆周作纯滚动，该直线上任一点K的轨迹KKo称为该圆的渐开线。这个圆称为基圆，该直线称为渐开线的发生线。
利用Pro/E进行齿轮造型时，首先要进行齿轮的初步设计，定制基本参数。普通渐开线齿轮有6个基本参数影响齿轮的形状和尺寸：模数m，齿数z，压力角α，齿顶高系数hα*，顶隙系数C*，齿轮厚度THICKNESS。为了达到齿轮的各项技术要求，就要考虑齿轮各个参数的改变，这些参数与齿轮的尺寸、形状、位置之间以各种方程式关联，每个参数的改变都会引起齿廓形状的改变。
2渐开线齿轮建模分析
（1）创建齿轮的基本圆。这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。
（2）创建渐开线。用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线。
（3）拉伸渐开线曲面。用拉伸曲面命令拉伸渐开线，深度为齿轮厚度。
（4）镜像渐开线曲面。通过创建渐开线曲面与分度圆交点为基准点，TOP与RIGHT平面交线为基准轴创建基准面DTM1，通过基准轴与DTM1夹角为90/Z的基准面DTM2，以DTM2为基准面镜像渐开线曲面。
（5）拉伸为实体。拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。这一步是创建齿轮的关键步骤。
（6）阵列轮齿。将上一步创建的轮齿进行阵列，完成齿轮的基本外形。这一步同样需要加入关系式来控制齿轮的生成。
（7）创建其它特征。创建齿轮的中间孔、键槽、小孔等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸。
3渐开线齿轮建模过程
（1）输入基本参数和关系式。在主菜单上单击“工具”“参数”，系统弹出“参数”对话框，单击按钮，可以看到“参数”对话框增加了一行，依次输入新参数的名称、值、和说明等。需要输入的参数：模数M=2.5，齿数Z=75，顶隙系数C=0.25，齿轮厚度THICKNESS=65，齿顶高系数HA=1，压力角ANGLE=20。
（2）创建齿轮基本圆。选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“右”；在绘图区以系统提供的原点为圆心，绘制任意大小四个圆，在工具栏内单击按钮，完成草图的绘制；在主菜单上依次单击“工具”“关系”，系统弹出“关系”对话框，输入齿轮的分度圆直径关系、基圆直径关系、齿根圆直径关系和齿顶圆直径关系。由这些关系式，系统便会自动生成表所示的未指定参数的值。输入的关系式如下：
sd0=M*Z
sd1=M*Z*cos（ANGLE）
sd2=M*（Z+2*HA）
sd3=M*（Z-2*HA-2*C）
（3）创建渐开线。单击“插入”“模型基准”“曲线”，利用“曲线选项”菜单管理器上“从方程”完成定询，需输入曲线的方程，如下：
a=90*t
r=d1/2
x=r*cos（ANGLE）+r*a*pi/180*sin（ANGLE）
y=r*sin（ANGLE）-r*a*pi/180*cos（ANGLE）
z=0
（4）拉伸曲面。拉伸已经创建好的曲线，拉伸高度为前期所设置好的THICKNESS。
（5）创建轮齿。镜像渐开线曲面，再通过编辑拉伸THICKNESS的厚度，得到单个轮齿，进而进行阵列，尺寸下拉菜单选择轴，第一方向阵列成员数为齿数75，相邻阵列之间角度为360/Z，即4.8度，完成齿的阵列。
（6）其他特征建模。创建好的齿轮基体的前提下，创建中间孔、键槽、小孔、倒角等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸，从而完成此渐开线齿轮建模，如图1所示。
4结束语
本研究所采用的建模方法解决了单一参数三维造型的问题，用户只要输入齿轮的设计参数（齿数、模数、齿顶高系数等），就可以快速地生成齿轮实体，不仅可以提高设计效率和质量，缩短产品的开发周期，而且对产品的有限元分析及后续加工等有实用价值和参考意义，可以广泛地应用于机械产品造型设计中。
参考文献：
[1]张远平.Pro/ENGINEER野火版4.0简明教程[M].北京理工大学出版社，2011，6.
[2]陈立德.机械设计基础（第三版）[M].高等教育出版社，2007，8.
[3]邹贵平.基于Pro/E的渐开线圆柱齿轮三维参数化建模[J].机电工程，2007，2.
齿轮参数范文5
【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
齿轮参数范文6
摘要：
深度混合动力变速箱内的齿轮啮合产生的激振力引起箱体振动，齿轮接触状况不良噪音过大是变速箱的主要噪声来源。运用Kisssoft软件，建立了混合动力齿轮传动系统仿真模型，选取齿廓修形和齿向修形相结合的修形方案对齿轮进行优化改进，改善齿轮齿面接触状况和齿轮传动平稳性。为验证齿轮修形的优化效果，对比齿轮优化前后箱体的噪声情况，选取特定纯电动工况下，对混合动力系统进行噪声试验。试验结果表明：在齿轮修形优化之后，箱体的噪音明显降低，噪声、振动和声振粗糙度性能得到明显改善。
关键词：
混合动力变速箱；NVH；齿轮修形；Kisssoft软件；噪声试验
深度混合动力汽车与传统汽车相比，在经济性、排放性和动力性等方面具有独一无二的优势［1］。但是，随着混合动力技术的快速发展，人们对混合动力汽车乘坐舒适性的要求也越来越高，振动噪声性能成为衡量车子好坏的重要指标。由于混合动力汽车在关键部件和结构布置上都发生了很大的改变，相应地对振动噪声的控制也产生了新的问题。变速箱是主要的噪声源之一，因此，对混合动力变速箱的减振降噪优化的研究具有重要意义［2－4］。目前，国内许多学者都对此做出了相应的研究。文献［5］在某动力分流混合动力变速箱非稳态工况条件下进行试验，利用阶次分析技术，识别其主要噪声源。文献［6］以功率分流式混合动力变速箱为研究对象，运用有限元法对箱体进行模态分析，得到箱体的固有频率，为箱体的前期开发和后期优化提供了依据。但是，国内对混合动力变速箱的研究较少，没有形成一个有效的方法来指导产品的开发。混合动力分流系统的电控无级式自动变速器是强油电深度混合动力变速器，由行星齿轮机构、主减速器、差速器、大小电机和液压阀板等结构组成［7］。变速箱内的齿轮啮合产生的动态激振力引起箱体振动，经过箱体辐射产生噪声。齿轮接触状况不良引起的噪音过大是变速箱的主要噪声来源［8］，因此，对齿轮副的优化设计成为变速箱降噪减振的核心工作之一。本文选取齿廓修形和齿向修形相结合的修形方案，运用Kisssoft软件对齿轮进行修形优化仿真，以改善齿轮齿面接触状况和齿轮传动平稳性。并在混合动力汽车常用特定工况下对箱体进行噪声试验，验证齿轮噪声优化效果。
1混合动力系统仿真模型
1．1混合动力齿轮传动系统结构参数拉维纳行星齿轮包括1个大太阳轮、2个长行星轮、1个小太阳轮、3个短行星轮和内齿圈等［9］，结构如图1所示。需要确定的参数有齿数、固定传动比、压力角、螺旋角、中心距、齿宽、顶圆直径、根圆直径、分度圆直径、基圆直径、齿顶间隙、法向侧隙、端面重合度和总重合度等。表1是拉维纳行星齿轮结构参数，其中以小太阳轮的旋转方向为正方向。
1．2混合动力齿轮传动系统仿真模型的建立在Kisssoft软件中，Kisssys是管理工具，用来将各零部件之间建立关系，同时，一份文件可完成多个基于标准的计算。用户可以在非常短的时间内完成对整个传动系数参数已知条件的输入、经验值的植入以及最终软件详细结果的输出。具体步骤如下：（Ⅰ）在Kisssys软件中准确建立运动仿真简图（即概念建模），以便于后期完成轴系几何数据、轴承以及齿轮具体参数的导入。（Ⅱ）将详细的齿轮副参数、轴系几何数据以及轴承的参数添加到模型当中，然后基于这些数据，在Kisssys软件中建立详细的3D几何模型，如图2所示。（Ⅲ）在Kisssys中自定义一张类似Excel的功能表格，通过一些语句和规则来控制可管理各项计算程序的结果。将Kisssoft需要设置的细节参数编辑到表格当中，运行整个传动系统的强度计算功能，适时地更新表格的数据。定义好所有零部件之间的装配关系，建立齿轮副的啮合关系。建立混合动力系统的仿真模型，通过传动系统的建模得到反映混合动力系统的齿轮机构，为下一步齿轮修形优化以及解决噪声问题奠定基础。
2齿轮副优化设计及评价
2．1齿轮修形优化设计齿轮在系统绝对刚性且无任何安装制造误差的情况下，齿面接触状况最理想，传递误差曲线在理想条件下为一条直线。而在实际工作中齿轮会因传动系统壳体、轴、轴承及其自身等变形而出现错位，导致齿轮的接触状况不再理想，使齿轮出现严重的偏载和传递误差过大，最终齿轮载荷能力（寿命）下降和传动不平稳，导致噪音过大。因此，为了校正齿面接触状况不良和提高齿轮传动平稳性，必须对齿轮进行修形，优化齿面接触状况，使接触斑点达到最优［10］。Kisssoft软件可以对齿廓、齿向和对角进行修形，应用抛物线修形和鼓形修形等不同的方法及组合，得到合理的修形曲线。在Kisssoft软件修形完之后，分析齿轮强度在修形前后的变化来判断修形的好坏，同时也可以直观比较齿轮传递误差和接触斑点的变化。修形时，定义一组修形参数，并不断调整，减小传递误差并优化接触斑点，以降低最大齿面接触及齿根弯曲的应力作为目标进行修形。本文选取齿廓修形和齿向修形相结合的修形方案。采用齿廓修形的方法可以消除轮齿啮入和啮出冲击，即沿齿高方向从齿面上切掉一部分材料来改变齿廓形状消除干涉，本文选择长修形方式。
采用齿向修形的方法是根据轮齿受力后产生的变形，将齿轮螺旋角和轴向齿形按预定规律进行修正，以获得较为均匀的齿向载荷分布，本文选择鼓形修形，获得鼓形量的大小和鼓形中心在齿向方向上的位置。在修形之前首先要选定分析的工况，由于行星排机构工况点繁多，为避免发动机噪音对齿轮系统噪声研究的影响，因此，将修形和优化设计的重点放在纯电动工况下。
在常规工况下齿顶修缘7μm，修形起始位置为95．260mm。有效渐开度为7．612mm，修形的长度以1．000mm作为参考量。通过鲁棒优化计算，在小区间范围内迭代计算，以最小传递误差值、最大应力值以及最小扭矩波动为目的，来设置修形参数和修形方案。设置好修形参数和修形方案后，计算得到修形结果以及修形后的K形图。齿轮修形的基本参量都可以从K形图中找到。图3为左齿面齿廓修形K形图，左右齿面修形方式一致。由图3可得：齿顶修形长度为1．040mm，修形量为8μm；齿根修形长度为0．353mm，修形量为9μm；修形起始位置为95．260mm。图4为左齿面齿向修形K形图，左右齿面修形方式一致。由图4可得：鼓形量为4μm，鼓形中心距为14．000mm。
2．2优化设计评价为了更直观地观察修形效果，可以得到接触应力的3D视图。限于文章篇幅，图略。在齿轮未修形前，接触应力图两侧出现尖点，表明两侧受力很大，中间受力很小，应力分布严重不均。在修形的过程中，相比修形前，修形效果明显，应力分布变得均匀，但是右侧仍有尖点出现，不是很理想。继续修改参数，不断尝试，得到最终修形效果，接触应力图分布很均匀，基本上可以很好地达到修形目的，效果较理想。此外，还可以得到齿轮应力接触斑点图，计算出抗胶合安全系数，同时还可以查看啮合过程中的瞬时温度曲线等，都可以得到和上述相同的结论。
3混合动力系统NVH性能验证
本文依据优化仿真得到的齿轮参数制造出齿轮，依据台架试验，对齿轮修形优化前后的变速箱进行噪声、振动和声振粗糙度性能测试。
3．1试验条件在纯电动工况下对变速箱进行噪声试验，试验在混合动力总成台架上进行。动力总成台架由两个直流电机作为负载电机，变速箱内置电机作为输出电机，采用主流标定软件INCA控制箱体内电机的输入参数。在此基础上，设计一套振动噪声试验工装，将混合动力总成、HBM扭矩传感器和负载电机连接起来。混合动力变速箱差速器半轴和负载电机之间通过HBM扭矩传感器连接，连接处添加轴承支座。噪声实时监控系统通过控制器局域网络总线与电机控制器动力控制单元进行通信，发送控制信号调节内部电机施加负载的大小，模拟混合动力汽车真实工作条件下的连接方式。通过控制内置驱动电机转速，测试变速箱在不同转速下的噪声，噪声测试系统如图5所示。
3．2试验结果分析选取纯电动5～58km／h和58km／h常用车速，在内置大电机E2作为电动机或者发电机工作模式下，选取匀加速和稳速工况进行试验验证。
3．2．1纯电动模式5～58km／h匀加速工况纯电动模式5～58km／h匀加速工况下，E2电机输出扭矩40N•m，对齿轮系统优化前后的噪声试验测量结果进行对比分析。图6为测得的前后端麦克风噪音总值的比较。由图6可知：齿轮优化后，在纯电动模式5～58km／h匀加速工况下，麦克风测得的箱体前后端整体噪音降低明显，截取25．66s时前端麦克风的试验结果，噪音从97．19dB降低到87．17dB，降低了10dB左右；截取22．29s和34．68s后端麦克风的测试结果，噪音分别降低了13dB和4dB左右，整体降噪效果十分明显。由麦克风测量也可得频谱图，图7为改进后前端麦克风频谱图。齿轮优化后，在此测试工况下行星排齿轮噪音降低，一阶啸叫强度和二阶啸叫强度得到明显改善，降噪的效果十分明显。
3．2．2纯电动模式58km／h稳速工况在纯电动模式58km／h的稳速工况下，以大电机E2作为电动机和发电机进行噪声测试，得到齿轮优化前后的测试结果。图8为后端麦克风噪音总值的比较。由图8可见：在电动模式58km／h，E2作为电动机，E2驱动扭矩台阶工况下，齿轮未优化前箱体后端噪音值为99．51dB，优化后噪音值变为88．95dB，噪音降低10dB左右，同样可知，齿轮优化后箱体前端噪音降低8dB左右，降噪明显。同时，发现新齿轮噪音整体上没有明显的阶梯现象，随力矩变化比较平缓，说明噪音与负载没有直接关系。在电动模式58km／h，E2作为发电机，E2发电扭矩台阶工况下，对前端麦克风噪音进行比较，见图9。截取26．26s和240．99s观察齿轮优化前后噪音测试结果。由图9可知：齿轮优化后箱体降噪明显，并且与E2驱动扭矩工况相似，新齿轮噪音整体上没有明显的阶梯现象，随力矩变化比较平缓，进一步说明噪音与负载没有直接关系。
4结论
