直齿圆锥齿轮副的设计（上）

hyfjy

直齿圆锥齿轮副的设计（下）：https://www.icax.org/457623p1p1
通常说的直伞齿轮即直齿圆锥齿轮，在UG上可以表达得非常清楚，设计者的各种设计参数都可以在三维图上进行表达。

笔者试着以一对旋耕机上的动力输入锥齿轮副，来说明设计三维直齿圆锥齿轮副时要注意的事项以及画图的一般方法。

伞齿轮主要设计参数如下：大端模数：8mm，齿数：14：26，齿形压力角为20度，轴交角：90度，径向变位系数：小轮取+0.4，大轮取-0.4，这是一对高度变位齿轮副，切向变位系数为0，齿宽：40mm，采用精密锻造工艺大批生产，设计齿侧间隙为0.4mm，（大、小轮大端分度圆弧齿厚各减小0.2mm）为避免边缘接触，需要对齿廓在齿长方向进行修正，要求距大端面8mm处开始收缩，至大端面时单边收缩0.1mm，距小端面5mm处开始收缩，至小端面时单边收缩0.05mm，这里要说清的是这里的“收缩”是指在没收缩前大端互相之间已有0.4mm间隙的基础上再次收缩的。
笔者用自编的程序输入以上15个参数，也就是文件“N.DAT”中的第一行数据。这个数据在运算程序打开后自动读入。N文件的内容见图1。



文件中的第一行数据：“20,8,14,26,.4,-.4,0,.2,.2,4,40,8,35,.1,0.05”就是上面提到的15个数据。数据之间是用半角的逗号分隔的，这是程序对数据文件的要求。
启动程序后，自动生成在UG上表达的16个齿廓渐开线点座标文件，一个表述沿齿长方向各截面参数的文件，记录了设计时采用的各参数，也有用来对生产过程中的电极、锻模、齿坯、成品齿轮的齿形部分进行检验的各种数据，同时还有二维图中（用的是CAXA软件，直接用这个软件就可以直接打开图）的齿形点座标数据文件及切边模所用数据文件。当然也有UG中切边模所用数据文件。计算的过程见录像1。所有这些数据见图2。



在UG上正常建模后先进行齿轮基体的作图，除齿廓外的部分都是先从主剖面的二维图作起，当然也可以从已有的CAD、CAXA等二维软件已作好的图进行导入，有了二维图后对需要的部分进行处理，基体的部分只要一半就够用了，笔者以为，图放在下部比较好。去除多余的线条，只留下需要的部分，建议只选择从齿根圆开始，经过回转等处理，可得到锥齿轮的基体部分。操作过程见下图：



然后进行“栽齿”处理。在点击“样条线”、“根据极点”、“文件中的点”后，在图框中找到数据文件的文件夹，打开16个齿形数据文件，在UG图上就得到了组成二个齿轮的单个齿的16段渐开线，位置都是以原点（0，0，0）为参照系的，故建议在画二维图时也把齿轮的座标放在以齿轮的中心点为原点的位置。大轮画好的八条渐开线的图见录像2.
对齿形曲线用线段或圆弧联接后，点击“插入”、“网络曲面”，选择“2×0”或“2×2”，利用齿形曲线与联接线，做成由“片”围成的一个齿，注意保证组成齿的所有面应该是密封的，再经过点击“插入”、“联合体”、“缝合”，点击组成齿的所有片体，组成高亮区后再“确定”，就组成了一个真正的“齿”了。这时可以用点击“分析”、“质量属性”，再点击所做的齿，看看有无显示质量、体积的属性，就可以知道这个齿是真的实体还是仅由面包围的片的组合，一定要把齿做成实体才能进行下一步。这一过程见录像3（三个分段文件）。一个完整的齿见图3。



可以测出这个齿的质量见图4：



完成了一个齿后，调入已做好的齿的基体，可以看到这个齿正处于齿轮的正常位置。见图5：



在齿根圆锥的表面。先对齿的大端和小端进行面替换，目的是让齿的大端与小端在组合后能正常成为齿轮的大端锥面和小端锥面的一部分。操作如下：点击“插入”、“直接建模”、“替换面”，先点击齿的要替换的面，点击图中的最后一个替换的符号后再点击齿轮的大端面圆锥面或小端面锥面，这样，轮齿的大端面和小端面就被圆锥齿轮的大、小端面的锥面取代了，通过进行布尔运算，点击“求和”,使一个齿“栽”在了齿轮的基体上。见图5b：



有一个齿的锥齿轮通过切割，割出齿轮一个齿所占的比例部分，对齿进行齿根圆倒圆处理，可以倒成大小端同圆弧，也可以倒成大、小端变圆弧的（更好点）齿根圆倒角。处理好的见图6：







一个齿全部完成后以这个齿的部分绕轴线进行旋转、复制，以得出其余部分。具体操作为“编辑”、“变换”，点击这个有一个齿的部分，点击确认后选择“绕一直线旋转”，“选择已有的直线”，点击齿轮轴线，输入旋转的度数为“360/Z”,选择多重复制，输入“Z-1”次后就可自动生成全部齿轮的分割体了。处理的图见图7：





对分割体进行“求和”处理，注意点击的次序不能混乱，要依次点击，这样就生成了整体的一个齿轮。再作完其余的结构，就完成了一个齿轮。这段过程见录像4.（8个分文件）。外形见图8：



分别做出大轮和小轮后可以发现齿轮副的位置是沿X轴重合的，为达到相啮合的效果，根据齿数比的不同对某一齿轮绕某基准轴线进行90度旋转就可以得到二齿轮相啮合的齿轮副了。见图9：



通过一定的处理还能让这对齿轮副按各自的速度和方向啮合旋转起来，见视频文件“旋转”（8个文件），另一个“旋转2”（4个文件）是齿部放大，小轮取半透明时的啮合。


以上所作的单个直齿圆锥齿轮是直接为生产服务的，基本图形经相应软件取点后，几乎可以直接输入多轴精密数控铣床（即通称的精雕机）的电脑系统，加工出符合设计要求的产品（样品），或冲模用铜电极，用来冲制模具（即齿形锻模），冲制的齿形锻模可以加工出符合要求的带齿的锻坯，进行机械加工后再经过热处理就是最终产品了，这种产品在滚动检查机上或在装配中适当调整安装距后，可以得到令人满意的接触印痕和较小的运动噪音，由于是锻制加工，故比一般机械加工齿形得到的齿轮副强度高，适合大批量生产，也能达到产品的精度要求。一般说在机床和刀具安装符合相应精度要求，操作认真的情况下，锥齿轮电极可以达到我国圆锥齿轮标准4-5级精度，最终产品可以达到8-9级精度。当然，这当中还需要配以符合要求的带齿形的机械加工工装，这类工装的设计和制造笔者将在另外文章中叙述。

以上是设计一对三维直齿圆锥齿轮的基本过程。附件中“数据”文件夹中有这对齿轮的齿形座标文件。“1-1.DAT”、“1-3.DAT”、“2-1.DAT”、“2-3.DAT”、 “3-1.DAT”、“3-3.DAT”、“4-1.DAT”、“4-3.DAT”这8个文件是小轮四个截面的左右齿形点座标文件，在“小轮齿”夹中；“1-2.DAT”、“1-4.DAT”、“2-2.DAT”、“2-4.DAT”、 “3-2.DAT”、“3-4.DAT”、“4-2.DAT”、“4-4.DAT”这8个文件是大轮四个截面的左右齿形点座标文件，“大轮齿”文件夹中。

附件中“图及设计参数”文件夹中的“A.DOC”是可以用WORD软件打开的文本文件，记录的是原始设计参数及四个截面的计算参数，可以用来对设计进行校核和检验生产过程中的电极、锻模、锻成形的齿坯、机械加工夹具进行齿厚检验的数据。图像文件“8-14-26.prt”是用UG4画出的该对圆锥齿轮副。在UG4及以上版本中可以打开，要注意的是这个文件的路径中不能出现中文。

有兴趣的同仁可以试试用附件中提供的参数及数据作出这对圆锥齿轮副。

请注意，本文的旋转2文件及附件文件见楼四哦。




[ 本帖最后由 liujunyun 于 2009-2-6 14:18 编辑 ]

sxhuhaibin

zhu258061

coffee8090

hyfjy

sxhuhaibin

lensum

liujunyun

ch_j1985

fsxs