关于SolidWorks的齿轮设计分析

小小红太阳

齿形凹模是锥齿轮精锻成形最枢纽的零件，它的精度决定锥齿轮锻件的精度。齿形凹模的强度和寿命不仅要从所用材料上来考虑，更要从凹模的结构设计上来保证。为了进步齿形凹模的强度，采用组合式结构。采用浮动的上模芯和浮动的下组合模套结构，使锻件在封锁的环形模腔中变形，锻件无飞边，径向尺寸精度高。因为锻件无飞边，水平投影面积(铸造面积)小，所需的铸造力小，降低了压力机吨位。因为采用浮动模结构，浮动模形成的凹腔较深，确保上下模导向正确。此模具利用弹簧实现压边，实现闭式模锻。


下凹模13空腔内，待毛坯放置好后，上模3下行；当上模3开始接触毛坯时，缩挤形成开始；跟着上模3的继承下压，应力圈10因为受到压力作用，挤压下部的弹簧并随之下移，坯料进入封锁状态的模腔内，缩挤完成，开始镦挤成形阶段；上模3继承下移，至达到划定行程为止。上模回程后，下凹模13和应力圈10在弹簧8的作用下恢复初始状态。成形后的锥齿轮锻件在上顶杆19的作用下脱模，取走锻件，至此锥齿轮精锻成形过程完成。



锥齿轮精锻模具的工作前提极其恶劣，因而对模具精度、强度、刚度以及寿命提出了更高的要求。模具的装配图如图4所示，其工作过程如下。用于普通液压机上对工件进行闭式模锻成形。工作时将毛坯放入重庆SOLIDWORKS


精锻锥齿轮的模具型腔都是曲面造型，外形比较复杂，为快速正确获得高质量的曲面外形，选用三维造型软件SolidWorks来完成模具和坯料的几何模型设计。因为锥齿轮的理论齿廓曲线为球面渐开线，不能展开成平面，给锥齿轮的三维造型带来极大难题。本文从背锥理论出发，结合渐开线方程和绘图软件中的造型命令，最大限度地实现了锥齿轮的真实三维造型，图2所示为锥齿轮零件的三维造型。图3所示为利用SolidWorks软件中的分型面、分型线等命令设计的锥齿轮成形模具，同时为锥齿轮工艺的数值模拟分析作预备。



根据锥齿轮零件图及冷模锻工艺的基本要求，设计了齿轮锻件。分模面的位置选择在零件最大的外径处。在保证有效齿长的条件下，锥齿轮的大端留有冷锻成形工艺天然形成的过度圆角。



冷精锻是跟着汽车产业而迅速发展起来的一种净成形工艺。精锻锥齿轮有连续的沿齿廓公道分布的金属流线和致密的组织，轮齿的强度、齿面的耐磨能力、热处理变形量和啮合噪声等都比切削齿轮的加工优胜。齿轮材料为中高强度合金钢20Cr，其供给状态强度高、变形抗力大、塑性较差，存在加工硬化现象，难以进行大变形量的冷模锻成形。但若对毛坯进行充分软化退火处理，就可降低变形抗力和进步材料塑性指标。精锻锥齿轮的强度和抗弯疲惫寿命进步，热处理变形减少，出产本钱降低。综上分析，决定采用冷锻成形工艺。其工艺过程为：下料一退火叶冷锻一精加工一检修一入库。冷锻成形前，要对坯料进行软化处理，在各道工序之间要进行退火处理，在冷锻前进行磷化处理。

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三维CAD系统有较好的造型工具，能实现"自顶向底"和"自底向顶"等设计方法，实现装配等复杂设计过程，使设计更加符合实际设计过程；三维造型系统能利便地与CAE系统相连，进行仿真分析；能提供数控加工所需的信息，实现CAD／CAE／CAPP／CAM的集成。基于三维CAD系统这些长处，本文利用SolidWorks三维设计软件来完成锥齿轮及其模具的设计。

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