《基于catia的齿轮参数化设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于catia的齿轮参数化设计说明书（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工程学院第 1 页 共 24 页1基于基于 CATIACATIA 的齿轮参数化设计的齿轮参数化设计摘 要：齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式多种多样，应用十分广泛。本文运用参数化三维软件 CATIA 对渐开线齿轮进行参数化三维建模。通过 GSD 模块中的 fog 方式生成参数方程建立渐开线；通过镜像、剪切、特征阵列等命令建立齿形轮廓，通过拉伸、多面实体设计、开槽、实体圆周阵列等命令建立渐开线齿轮三维模型，从而达到了改变基本参数立即得到相应的渐开线齿轮三维模型的参数化驱动化设计，提高渐开线圆柱齿轮三维建模的效率。关键字：渐开线，齿轮，参数化设计The parametric desig
2、n of Gear based on the CATIA Abstract:Gears is one of the most important transmissions in the mechanical drive,its forms is very extensive. This paper uses parameterized 3D Software CATIA for involute gears for parameterized 3D modeling. Through the fog of GSD module generates parameter equation inv
3、olute; through the “mirror”, “cut”, “characteristics of arrays”, etc. commands to establish a tooth profile, stretch, multi-sections solid design, grooving, entity circumference arrays command to establish a three-dimensional model of the involute gear, so as to achieve a change in the basic paramet
4、ers immediately the involute gear of the three-dimensional model of parameterized-driven design, improving the involute gear three-dimensional model of efficiency. Keywords: involute, gear, parametric design机械工程学院第 2 页 共 24 页20 0 绪绪论论CATIA 是英文“Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application”的缩写
5、。是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM 一体化的软件。在 70 年代 Dassault Aviation 成为了第一个用户， CATIA 也应运而生。从 1982 年到 1988 年，CATIA 相继发布了 1 版本、2 版本、3 版本，并于 1993 年发布了功能强大的 4 版本，现在的 CATIA 软件分为 V4 版本和 V5 版本两个系列。V4 版本应用于 UNIX 平台，V5 版本应用于 UNIX 和Windows 两种平台。V5 版本的开发开始于 1994 年。为了使软件能够易学易用， Dassault System 于 94 年开始重新开发全新的CATIA V5 版本，新的 V
6、5 版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了 CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。CATIA 是法国 Dassault System 公司的 CAD/CAE/CAM 一体化软件，居世界 CAD/CAE/CAM 领域的领导地位，广泛应用于航空航机械工程学院第 3 页 共 24 页3天、汽车制造、造船、机械制造、电子 、电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的 各大、中、小型企业 的需要。包括:从大型的波音 747 飞机、火箭发动机到
7、化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过 13,000 的用户选择了 CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。 CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用 CATIA 完成了整个波音 777 的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。 CATIA V5 版本是 IBM 和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进
8、行系统结构设计的 CATIA V5 版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。 CATIA V5 版本具有以下特点：1.重新构造的新一代体系结构，为确保 CATIA 产品系列的发展， CATIA V5 新的体系机械工程学院第 4 页 共 24 页4结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准 ，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 2.支持不同应用层次的
9、可扩充性 ，CATIA V5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案 可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要 。3.与 NT 和 UNIX 硬件平台的独立性 ，CATIA V5 是在 Windows NT 平台和 UNIX 平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。 CATIA V5 在 Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX 平台上 NT 风格的用户界面，可使用户在 UNIX 平台上高效地处理复杂的工作。
10、 4.专用知识的捕捉和重复使用 ，CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 5.给现存客户平稳升级 ，CATIA V4 和 V5 具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的 CATIA V4 用户，V5 年引领他们迈向 NT 世界。对于新的 CATIA V5 客户，可充分利用 CATIA V4 成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。CATIA V5 中 GSD 模块（Generative Shape Design 模块） ，创成式外形设计模块，拥
11、有非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具，除了可以完成 所有曲线操作以外， 还可以完成拉机械工程学院第 5 页 共 24 页5伸，旋转，扫描，边界填补，桥接，修补碎片，拼接，凸点，裁剪，光顺，投影和高级投影，倒角等功能，连续性最高达到G2，生成封闭片体 Volume，完全达到普通三维 CAD 软件曲面造型功能，比如 Pro/E 等，具有完全参数化的操作。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式多种多样，应用十分广泛。齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、使用寿命长以及传动比稳定等特点。对于齿轮零件采用传统的人工绘图建模，设计效率非常低下。而零件的参数化设计则可以进行零件的快速建模
12、，大大提高零件的建模效率。参数化设计方法的研究工作最早可追溯到 20 世纪 60 年代早期，Sutherland 在他开发的SketchePad 系统中，首次将几何约束表示为非线性方程来确定二维几何形体的位置。后来 Hinyard，Gossard 进一步发展了这一思想，并使之实用化。自从 FTC 公司于 1985 年推出参数化 CAD 系统Pro/Engineer 以来，参数化设计技术才真正受到工程技术界和学术界的重视，各大计算机软件公司相继推出自己的参数化 CAD 系统或在原有系统上增加参数化功能，展开激烈的竞争。利用参数化设计手段开发的专用产品设计，可使产品设计者从大量繁重而琐碎的绘图工作
13、中解放出来，而能够花费更多的时间来对产品进行结构合理性和结构优化性的设计，从而大大提高了产品开发效率。本文运用参数化三维软件 CATIA 对渐开线齿轮进行参数化三维建模。通过 GSD 模块中的 fog 方式生成参数方程建立渐开线；通过镜像、剪切、特征阵列等命令建立齿形轮廓，通过拉伸、多面实体设机械工程学院第 6 页 共 24 页6计、开槽、实体圆周阵列等命令建立渐开线齿轮三维模型，从而达到了改变基本参数立即得到相应的渐开线齿轮三维模型的参数化驱动化设计，提高渐开线圆柱齿轮三维建模的效率。1 1 齿齿轮轮结结构构参参数数分分析析标准渐开线圆柱直齿轮的基本参数有模数 m，分度圆压力角 a，齿数 z
14、，齿顶高系数 ha，以及顶隙系数 c。按 GB1356-88 规定其标准值为：ha=1，c=0.25。标准渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸如表 1.1。表 1.1 标准渐开线圆柱直齿轮几何参数名称符号计算公式分度圆直径dpdp=m*z齿顶高haha=m*ha齿根高hfm*(ha+c)齿全高hh=ha+hf齿顶圆直径dada=d+2*ha齿根圆直径dfdf=d-2hf基圆直径dbdb=d*cos(a)齿距pp=m*齿厚ss=0.5*m*齿槽宽ee=0.5*m*顶隙cc=m*c标准渐开线圆柱斜齿轮的基本参数有法面模数 mn 和端面模数机械工程学院第 7 页 共 24 页7mt，法面压力角 an 和端面
15、压力角 at，齿数 z，螺旋角 ，法面齿顶高系数 han 和端面齿顶高系数 hat，以及法面顶隙系数 cn 和端面面顶隙系数 ct。齿轮设计以法面参数为标准参数，而几何尺寸以端面参数计算。标准渐开线斜齿轮的几何尺寸如表 1.2。表 1.2 标准渐开线圆柱斜齿轮几何参数名称符号计算公式端面模数mtmt=mn/cos()端面压力角atat=arctan(tan(an)/cos()端面齿顶高系数hathat= han*cos()端面顶隙系数ctct= cn*cos()分度圆直径dpdp=mt*z齿顶高haha=mt*hat齿根高hfmt*(hat+ct)齿全高hh=ha+hf齿顶圆直径dada=d+
16、2*ha齿根圆直径dfdf=d-2hf基圆直径dbdb=d*cos(at)1.11.1 渐开线方程推导渐开线方程推导由机械原理知识可知，渐开线具有渐开线的形状仅取决于基圆（即齿轮的渐开线形状仅取决于模数 m、齿数 z 以及压力角 a） ，基圆内无渐开线，发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的圆弧长度，渐开线上任一点的法线恒与基圆相切等性质。如下图 1.1.1 所示，其中 XOY 构成标准直角坐标系，O 为坐标原点，半径为 rb 的圆为基圆，即渐开线的发生圆，直线 KN 为渐开线机械工程学院第 8 页 共 24 页8的发生线，圆弧 AKB 即是渐开线。OK 为渐开线 K 点的矢径，垂直于矢径 OK 的直线 KV 为速度矢量,连接 KO。渐开线过 K 点的法线 KN 交基圆于 N 点，由渐开线的性质可知，KN 相切于基圆。过 N 点向 X 轴作垂线交 X 轴于 Q 点，过 K 点向直线 NQ 作垂线，垂足为 P。KOA称为展角，记为 （即角 b） ，NOA 称为滚动角，记为 （即角c） ，KV 与 KN 的夹角称为压力角，记为 a。由几何关系可以
