ProE5.0直齿轮的参数化造型设计方法和步骤

    利用Pro/E提供的程序功能精确绘制直齿轮的实际渐开线齿廓曲线，并利用Pro/E的参数化造型技术完成直齿轮的三维实体造型设计。要求经过Pro/E的程序设计，当用户只要输入直齿轮新的设计参数后，系统即能够自动快速地创建出该齿轮的三维实体模型。

直齿轮几何尺寸的计算

1.节圆半径   

2.基圆半径   

3.周节       

4.分度圆齿厚  

5.齿顶圆半径  

6.齿根圆半径  

7.齿轮的基圆齿厚  

8.齿轮的基圆齿厚角度  

9.齿轮的基圆齿间角度  

10.渐开线的展开角可由下式求得  

11.以极坐标形式表示的渐开线方程 

输入齿轮基本参数

1.启动Pro/E程序后，选择【文件】/【新建】命令，在弹出的【新建】对话框中的【类型】选项组中选取【零件】选项，在【子类型】选项组中选取【实体】选项，同时取消【使用默认模版】选项的选中状态，表示不采用系统的默认模版，最后在【名称】文本框中输入文件名spurgear，单击按钮后，系统弹出【新文件选项】对话框，在【模版】选项组中选择mmns_part_solid选项，最后单击该对话框中的按钮后进入Pro/E系统的零件模块。

图1-1 【新建】对话框                  图1-2 【新文件选项】对话框

2.选择【工具】/【程序】命令，则系统弹出【菜单管理器】瀑布式菜单，在其中的【程序】菜单中选择【编辑设计】选项。

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3.此时系统会自动打开记事本应用程序。在记事本应用程序中添加如图1-3示的程序。当程序输入完成后，选择记事本程序主菜单中的【文件】/【保存】命令将程序存盘，然后选择【文件】/【退出】命令退出记事本应用程序。                            

图1-3添加的程序

4.当在记事本中输入的程序正确无误时，系统便会出现如图1-4示对话框，此处单击按钮，便将所做的更改保存到了模型。此时系统弹出如图1-5示的【得到输入】菜单，单击【当前值】选项，表示将采用模型中现有的参数值。

图1-5 【确认】对话框            图1-6 【得到输入】对话框

5.开始创建轮坯。选择【插入】/【拉伸】命令，单击绘图区右侧工具栏中的草绘工具按钮，选择标准基准平面FRONT作为草绘平面，其它接受默认设置，进入草绘模式。绘制如图1-6示剖面图形。完成后退出草绘模式。注意，半径为任意值，不要改动。

图1-6草绘的剖面图形

6.单击操控板中的按钮，表示将以双侧拉伸的方式创建实体特征，然后直接接受系统默认的拉伸深度值，单击按钮，创建如图1-7示的拉伸实体特征。

图1-7创建的拉伸实体特征

7.加入关系式以控制所创建拉伸实体特征的尺寸，依次选择【工具】/【关系】命令，则系统弹出【关系】对话框，在该对话框中的【查找范围】选项组中，选择【特征】选项，然后在绘图区选择刚刚创建的拉伸实体特征，则系统在绘图区中将刚刚创建的拉伸实体特征的两个尺寸代号显示出来，如图1-8示，同时系统会重新弹出【关系】对话框，如图1-9示，在其中【关系】文本框中添加d0=ra和d1=face_width关系式，然后单击确定按钮。

      图1-8 显示的尺寸代号                         图1-9 添加关系式后的对话框

8.选择【编辑】/【再生】命令，则系统将再次弹出【得到输入】菜单，选择【当前值】选项，系统便按照所输入的关系式重新生成了拉伸实体特征，如图1-10所示。

图1-10 再生后的拉伸实体特征

9.创建基准平面DTM1。在主菜单中选择【插入】/【模型基准】/【平面】命令，弹出【基准平面】对话框，选择拉伸实体特征的轴线A_1,按住Ctrl同时再选择标准基准平面RIGHT，其它设置默认，如图1-11，单击确定按钮完成创建。

图1-11 【基准平面】对话框

10.再次加入关系式以控制DTM1的角度尺寸。选择【工具】/【关系】命令，则系统弹出【关系】对话框，在该对话框中的【查找范围】选项组中，选择【特征】选项，然后在绘图区选择新建的基准平面DTM1，则系统在绘图区中显示出角度尺寸代号，同时系统会重新弹出【关系】对话框，如图1-12示，在其中【关系】文本框中添加d3=360/tooth_number，然后单击确定按钮。

图1-12 【关系】对话框

11.选择【编辑】/【再生】命令，则系统将再次弹出【得到输入】菜单，选择【当前值】选项，系统便按照所输入的关系式重新生成了基准平面DTM1，如图1-13所示。

图1-13 重新生成的基准平面特征

12.创建第一个齿面。首先创建基圆上齿厚所对应的圆弧，选择【草绘】命令，选取如图1-13所示拉伸实体特征的前表面作为草绘平面，选择新建的基准平面DTM1作为参照平面。同时在绘图区中分别选取基准平面DTM1和轴线A_1作为尺寸标注的参照。如图1-14所示。

图1-14 【草绘】【参照】对话框

13.绘制如图1-15所示的中心线和同心圆弧作为剖面图形。

图1-15 草绘的剖面图形

14.加入关系式以控制圆弧曲线的尺寸。选择【工具】/【关系】命令，则系统弹出【关系】对话框，在该对话框中的【查找范围】选项组中，选择【特征】选项，然后在绘图区选择刚刚创建的基准曲线，则系统在绘图区中显示出角度尺寸代号，同时系统会重新弹出【关系】对话框，如图1-16示，在其中【关系】文本框中添加d4=angle_tooth_thick、d5=rb和d6=angle_tooth_space/2，然后单击确定按钮。

图1-16 【关系】对话框

15. 选择【编辑】/【再生】命令，则系统将再次弹出【得到输入】菜单，选择【当前值】选项，系统便按照所输入的关系式重新生成了基准曲线特征，如图1-17所示。

图1-17 再生后的基准曲线特征

16.将再生后的圆弧曲线镜像到零件的另一侧面。依次选择【编辑】/【特征操作】命令，在弹出的【特征】菜单中，选择【复制】选项，在接下来弹出的【复制特征】菜单中选中【镜像】、【选取】、【独立】选项，最后单击【完成】选项。按照系统提示，选中再生后的基准曲线后，在弹出的【选取特征】菜单中单击【完成】选项，系统弹出【设置平面】菜单，选取标准基准平面FRONT后，系统便成功创建了镜像后的基准曲线特征，如图1-18所示。

图1-18 镜像操作后的基准曲线特征

17.以可变剖面扫描的方式创建齿轮的第1个齿面，依次选择【插入】/【可变剖面扫描】命令，选择先前创建的基准曲线，按住Ctrl键同时继续选取刚刚创建的镜像基准曲线作为附加轨迹，此时第一次被选取的曲线上还出现一个表示扫描方法的红色箭头，如图1-19所示，单击操控板中的【参照】选项，选择【水平/垂直控制】下拉列表中的【X轨迹】选项，最后单击操控板中的草绘按钮，进入草绘模式，绘制如图1-20所示的一条直线，尺寸大小任意。

图 1-19 选择基准曲线                       图1-20 草绘的直线

18.再次加入关系式以控制直线的尺寸，如图1-21。

图1-21 添加关系式后的【关系】对话框

19.此时系统自动再生所绘制的直线，单击确定按钮，退出草绘，即可生成用可变剖面扫描方式所创建的齿面特征。如图1-22所示

图1-22 创建成功的第一个齿面特征

20．隐藏基圆上的基准曲线，按住Ctrl键同时选择前面所创建的基准曲线及其镜像基准曲线后，选择【视图】/【可见性】/【隐藏】命令。

21.以镜像的方式复制出另一个齿面。依次选择【编辑】/【特征操作】命令，在弹出的【特征】菜单中选择【复制】选项。在接下来弹出的【复制特征】菜单中选择【镜像】、【选取】、【独立】选项，单击【完成】选项，按照系统提示，在绘图区选择创建的齿面特征后，在弹出的【选取特征】菜单中单击【完成】选项。最后在【设置平面】菜单中选取基准平面DTM1，系统便成功创建了镜像曲面特征，如图1-23所示。

图1-23 以镜像方式复制的另一个齿面特征

22.用切剪材料方式挖出齿槽部分。选择【插入】/【拉伸】命令，并单击操控板中去材料拉伸按钮，单击草绘按钮，在绘图区选FRONT作为草绘基准平面，选择新建基准平面DTM1作为参照平面，在【参照】对话框中选取基准平面DMT1和轴线A_1作为尺寸和标注的参照，进入草绘模式，选择【草绘】/【边】/【使用】命令，依次选择两条齿面的轮廓线，然后再此基础上绘制如图1-24所示剖面图形。

图1-24 草绘剖面图形

23.单击操控板中的【选项】菜单，在弹出的【选项】面板中设置为向两侧均拉伸至与所有曲面相交。如图1-25所示。

图1-25 【拉伸】面板设置

24.确认拉伸方向正确，预览无误后即生成如图1-26所示拉伸实体。

图1-26 创建的切剪特征

25.加入关系式以控制刚刚创建好的切剪特征的尺寸，操作步骤如前，最后得到的关系菜单如下图所示

图1-27 【关系】对话框

26.【再生】后隐藏多余曲面，结果如图1-28所示。

图1-28 隐藏曲面后的特征

　27.另存为新文件名。依次选择【文件】/【保存副本】命令，在【新建名称】文本框中输入新的文件名smallgear。保存副本。

28.创建4条边的倒圆角特征。选择【插入】/【倒圆角】命令，按住Ctrl键依次选择切剪实体特征的4条边线，不修改任何参数，直接确认，创建倒圆角特征，如图1-29所示。

图1-29 创建的倒圆角特征

29.加入关系式，控制倒圆角特征的尺寸，如图1-30所示。

图1-30 【关系】对话框

30.【再生】整个图形。

31.创建阵列特征。首先将模型树上DTM1以下所有特征建立在一个组内，如图1-31所示。

1-31 建立组特征

32.选择刚刚创建的组，在主菜单依次选择【编辑】/【阵列】命令，则绘图区中显示出各个有关该组的尺寸，选择DTM1的角度参数18°后，如图1-32。接受系统默认设置，点确定完成阵列。

图1-32 选择DTM1角度参数

33.加入关系以控制成员数和尺寸增量。选择【工具】/【关系】命令，则系统弹出【关系】对话框，在该对话框中的【查找范围】选项组中，选择【特征】选项，然后在绘图区选择刚刚创建的基准平面DTM2特征，则系统在绘图区中显示出角度尺寸代号，同时系统会重新弹出【关系】对话框，如图1-33示，在其中【关系】文本框中添加d18=360/tooth_number和p6=tooth_number，然后单击确定按钮。

图1-33 【关系】对话框

34. 选择【编辑】/【再生】命令，则系统将再次弹出【得到输入】菜单，选择【当前值】选项，系统便按照所输入的关系式重新生成了齿轮实体特征，如图1-34所示。

图1-34 重新生成的齿轮实体特征

35.将所有曲面及曲线进行隐藏，文件存盘保存。如图1-35

图1-35 最后创建的直齿轮实体特征

36.直齿轮参数化造型的设计应用。打开刚刚保存的齿轮文件spurgear，选择【编辑】/【再生】，则系统弹出【得到输入】菜单，选择【输入】选项，如图1-36所示，系统弹出INPUTSEL菜单，选择要更改的参数，单击完成，如图1-37所示。

图1-36 【得到输入】菜单       图1-37 INPUTSEL菜单

37.输入新的齿轮30，模数4，齿宽50后，系统自动更新模型，生成新的齿轮实体如图1-38所示。

图1-38 重新生成的齿轮实体特征

38.创建齿数大于41的直齿轮。在此例中，基圆半径大于齿根圆半径，因此需要补上图1-24中左右对称的两条相切圆弧来作为齿槽，但是在某些情况下，基圆半径有可能小于齿根圆半径，对于标准齿轮，根据我国标准，当时，由于基圆半径，

齿根圆半径，将其代入不等式中，可以直接解出。当压力角α=20°时，可知对于标准直齿轮，当齿数满足z<41.4543时，基圆半径大于齿根圆半径，反之则基圆半径小于齿根圆半径。

39.只需仿照上列步骤，只是在进行到“创建第1个齿槽”步骤时，将剖面图改为图1-39所示即可。

图1-39 草绘剖面图形