基于C A T I A 二次开发的渐开线直齿轮参数化设计 P a r a m e t r i cD e s i g no fI n v o l u t eS p u rG e a rB a s e do n C A T I AS e c o n d a r yD e v e l o p m e n tP l a t f o r m 西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室邵立 张树生张开兴 【摘要】 实现了在C A T I A 二次开发平台上渐开线 直齿圆柱齿轮的参数化三维造型。首先在屏幕对话框 中输入齿轮的参数，然后程序对设计计算、数据处理、图 形绘制等进行综合处理，最后在C A T I A 中生成齿轮的 三维模型。 关键词：渐开线齿轮二次开发参数化设计 I A B S T R A C T l3 Dp a 姗矧cm o d e l i n go fi n v o l u t e s p u rg e a ri sr e a l i z e du n d e rt h eC A T I As e c o n d a r yd e v e i - o p m e n tp l a t f o r m ．F i r s t ，g e a rp a r a m e t e r si si n p u tt h r o u g h s c r e e nd i a l o g u e ；t h e nt h ep r o g r a mc a nc o m p r e h e n s i v e l y d e a lw i t ht h ed e s i g nc a l c u l a t i n g ，d a t ap r o c e s s i n ga n dg r a p h d r a w i n g ；f i n a l l y , t h e3 Dm o d e lo f t h eg e a ri sc r e a t e di nC A — T I A ． K e y w o r d s ：I n v o l u t eG e a rS e c o n d a r yd e v e l o p - m e n tP a r a m e t r i cd e s i g n i n g C A T I A 是世界上一种主流的C A D ／C A E ，C A M 一体 化软件，广泛应用于航空航天、汽车、造船和电子设备 等行业。C A T I A 系统与V B 具有无缝接口，从而使基于 C A T I A 系统的二次开发更加便捷，用V B 编程语言可以 实现直接创建对象来调用C A T I A 系统。 在产品的开发中，有限元分析、运动仿真、装配设计 和数控加工等都要以i 维模型为基础。齿轮传动作为 一种常用的传动形式被广泛应用于各类机械中，其中渐 开线齿轮应用最为普遍。但C A T I A 没有提供齿轮建模 模块，因此本课题提出了用V B 开发C A T I A 绘制渐开线 直齿轮，解决开发过程中遇到的问题，可以快速地实现 直齿圆柱齿轮的参数化设计。 1 圆柱齿轮参数化造型设计原理 本课题采用C A T I A 中的拉伸除料特征对圆柱体挖 槽的方法来生成渐开线直齿轮。首先输入模数m 、齿数z 、 压力角a l p h a 、齿宽b 、齿顶高系数| I l 口的值，生成齿轮毛坯， 继而程序计算渐开线的点坐标值．由样条曲线连接生成 渐开线。利用C A T I A 的自动获取边界功能．绘制以基圆 为直径的一段圆弧，将两渐开线相连，与齿轮毛坯实体进 7 8 航空翻造技术·2 0 1 1 年第3 明 行布尔运算，生成一个渐开线齿槽，再将该齿槽沿圆周阵 列，生成所有的齿轮轮齿。其程序流程如图l 所示。 ／ 输人肌、：、口加^ 口、b 、h d ／ 0 绘制出直齿轮的圆柱坯 ● 利用齿形计算公式 得到一一个齿槽特征 ‘ 切除齿槽并阵列 l ● 生成直齿轮 l 圈1直齿轮程序设计流程图 F i g ．1P r o g r a m m i n gf l o w c h a r to fs p u rg e a r 1 ．1渐开线直角坐标系函数设计 图2 所示为渐开线的生成原理。当直线N K 沿基 圆作纯滚动运动时，其上点K 的运动轨迹就是渐开线。 分析得到渐开线齿廓的生成算法，其核心思想就是找到 渐开线齿廓上的若干点，然后用系统提供的样条曲线连 接，得到光滑的齿廓形状。 圉2 渐开线的极坐标圈 F ．岣．2 P o l a rc o o r d i n a t ed i a g r a mo fi n v o l u t e 万方数据 R E S E A R C H学术论文 渐开线的极坐标函数[ 2 1 ： I 咋2 ％／c o s ( 陬) l 巩= i n v ( 吼) = t a n ( 吼) 一吼 ’ 式中，以为渐开线任意K 点的矢径，a 。为渐开线任意K 点的压力角，％为基网半径，0 。为渐开线转过的弧度角。 在V B 编程环境中，i 角函数的参数的单位均是弧 度，因而所用到的角度参数的单位均为弧度值。为了求 得渐开线的一系列点，将极坐标系转换成直角坐标系函 数，做如下转换。 设Ⅳ= t a n ( a , ) = 、／一一再- - - b - b b ／r b 。 令f ∈【0 ，1 】，则∥转换成： 厂：。———。= ’， Ⅳ= f 、／吃一呓／r b ， 式中。，I 为齿顶圆半径； r k = r b 而， 巩= ∥一a t n g 。 x = “C O S ( 吼+ 以)， Y2r ks i n ( o k + 只) 。 式中，以为渐开线的起始弧度角。 当r ∈【o ，1 】增大时，样条曲线的点生成，继而样条 曲线连接得到光滑的齿廓形状。当t 增大的幅度越小， 渐开线的精度也越高。 1 ．2 起点弧度值计算 通过利用周期性和在分度圆中齿槽和齿厚相等，求 得渐开线的起点弧度值。图3 显示了各弧度之间的关系。 圈3 弧度问的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n d i a n 图3 中，见为起始弧度值；研为齿轮的周期弧度值； 0 ，为分度圆时齿槽宽弧度值；0 。为渐开线转到分度圆 时所转过的弧度值；屹为分度圆半径。 0 , = 3 6 0 ／z ( Z 为齿数) 。 当^ = h 时，则弘= 佩； 易2 p - a t n p ， 只= O J 2 - 0 d 。 1 ．3 最小和最大齿数计算 按照加工原理，当齿数小于某一值时，齿轮在加工 过程中将发生根切，需确定最小齿数例： z m i 。= 2 h 。／s i n 2d ， 式中，h 。为齿顶高系数。 当齿数大于某一个值时，两渐开线将相交，需确定 最大齿数： 见= 0 ．／2 - 0 d 0 争p i ／z - 2 0 J 0 争z 8 4 航空翻造技术·2 0 1 1 年第3 期 ( 上接第6 8 页) 相连，肪止地线相互干扰；并对电源设计成宽电压输入， 增加滤波及瞬间抑制等保护电路。系统采用自诊断技 术．通过硬件的配置和软件技术，及时发现故障，实现故 障隔离。 5 ．3 环境可靠性验证 控制盒设计完成后，按照系统及国军标要求，严格 进行了如下环境试验：环境应力筛选、高温试验、低温 试验、寿命试验、振动试验、冲击试验、温度一高度、加速 度、盐雾、沙尘、湿热、电磁兼容性等。控制盒的各项性 能指标均满足本身技术及系统要求。 6结束语 可靠性分配与预计是电子设备可靠性设计的重要 环节，本课题通过对控制盒的可靠性分析、分配，使用元 器件可靠性预测法对控制盒及各部件进行了预计，并从 质量保证、抗干扰技术、环境试验等方面来提高控制盒 整体可靠性。 通过分析及验证，该型号控制盒的可靠性设计合 理、运行稳定，满足系统及主机的要求，可以可靠地投入 使用。 参考文献 【1 1G JB Z 2 9 9 C - - 2 0 0 6 ． 电子设备可靠性预计手册》．北京：总装 备部军标出版发行部，2 0 0 7 ． ( 责编 小颖) ( 上接第8 0 页) 5结束语 本系统通过V B 6 ．0 编程和调用C A T I AA P I 函数， 完成了渐开线直齿轮的参数化三维造型，避免了手工造 型的复杂性．保证渐开线齿轮造型的精确性和快速性， 减轻设计工作量，提高设计效率，具有一定的实用价值。 同时，对输入的不合理参数进行错误提示，提高了齿轮 设计的准确度。在后续的工作中，我们还将针对齿根圆 参数的引入进行进一步的研究。 参考文献 f l 】尤春风．C A T I AV 5 机械设计．北京：清华大学出版社．2 0 0 2 ． 【2 1 2 杨昌明．基于A u I o C A D 的齿轮造型方法研究．工程图学学 报, 2 0 0 5 ( 1 ) ：1 0 4 - 1 0 6 ． f 3 】孙桓．陈作模．机械原理．北京：高等教育出版社2 0 0 4 ． f 4 l 胡挺．C A T I A 次开发技术基础．北京：电子工业出版社．2 0 0 6 ． 【5 1 5 罗朝胜．V i s u a lB a s i c6 ．0 程序设计教程．北京：人民邮电出版 社．2 0 0 5 ． ( 责编侧卫) 万方数据

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