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齒輪參數范文1
引言
齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動方式,由于漸開線的特點,漸開線齒輪又是齒輪傳動最常用的齒輪類型。近年來隨著CAD/CAE/CAM/CAPP技術的迅速發展,為了便于利用計算機仿真軟件對齒輪傳動進行運動、振動噪音、輪齒修型等分析,齒輪的精確參數化建模已經成為一個必要過程,而齒輪的建模精度又對計算結果起到決定性的作用。漸開線直齒圓柱齒輪由于螺旋角為零,因此精確建模已經沒有問題,而漸開線斜齒輪由于齒面為空間漸開線螺旋面,且其端面齒形與法面齒形不同,三維精確參數化建模過程比較困難。在目前所能查找的論文中提出了很多斜齒輪精確參數化建模的方法,但仔細研究發現里面所提到的很多方法根本就無法實現斜齒輪的精確參數化建模,為此先從理論上對斜齒輪參數化精確建模進行討論。
一、參數化建模中齒數與模型分析
在斜齒輪的精確建模中有一部分文獻沒有考慮到齒數對建模的影響[1][3][4][5][6][7][8]。沒有考慮齒根圓與基圓之間的大小關系,根據斜齒輪的齒根圓與基圓公式有:
df=d-2?mn(h*an+c*n)(1)
db=d?cosat(2)
df=db=d-2?mn(h*an+c*n)-d?cosat(3)
由公式(3)可以得到
=z?--2.5(4)
如果斜齒輪的齒根圓 與基圓 相等,則公式(4)右邊等于零。
z?--2.5(5)
對應標準齒輪有an=200,這樣斜齒輪的齒根圓與基圓之間的大小關系就是螺旋角β、齒數z和法面模數mn的函數。當齒根圓與基圓相等時,那么斜齒輪的齒數z與斜齒輪的螺旋角β就成一函數關系,在此把這個函數關系用z=f(β)來表示,這說明斜齒輪的齒根圓與基圓相等的分界線是變化的,而不是恒定的。
齒輪精確建模時,當齒根圓小于基圓的時候,齒根圓與基圓之間是沒有漸開線的,這部分曲線是刀具的齒頂加工出來的過渡曲線;當齒根圓大于基圓時,齒廓曲線全部為漸開線。所以斜齒輪精確建模一定要分這兩種情況來討論,為了方便在此用表格來給出兩者的數據關系。
二、螺旋角與斜齒輪模型的關系分析
現有很多論文中斜齒輪的精確參數化建模都是先利用漸開線表達式生成漸開線一條齒廓曲線,把這個端面曲線沿螺旋線進行沿引導線“掃掠”或“曲面已掃掠”命令來生成一個斜齒輪的輪齒,然后利用環形陣列生成斜齒輪的精確模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。
(一)螺旋角的關系推導
斜齒輪的螺旋角是指分度圓上螺旋線的切線與軸線之間所夾的角度。由下推出[10]:
tanβ=(6)
L-螺旋線的導程;
π?d-斜齒輪分度圓上的直徑;
可以看出螺旋角是齒輪分度圓的一個函數,在同一齒輪中,任意圓周di上的螺旋角為:
tanβi=(7)
通過公式(7)可以看出,在不同的圓周上螺旋角是不同的。
(二)沿引導線掃掠策略
掃掠體的數學模型是,先進行路徑規劃,即將掃掠路徑進行離散,求解出t時刻通過掃掠路徑曲線上節點si的坐標,然后確定在每個節點上的投影面(法平面)方程,然后將物體向投影面(法平面)投影,當時間間隔足夠小時,在滿足一定的精度情況下,把時刻t和t+t時刻之間生成的掃掠體看成是由這些投影曲線組成的面域繞轉動極軸轉動生成的實體。
為了簡化求解過程, 掃掠路徑通常寫成式的參數形式:
那么要想對一個物體進行掃掠必須給出掃掠路徑和掃掠物體,在斜齒輪精確建模中,掃掠路徑是空間螺旋線,掃掠物體為漸開線的齒廓,這樣掃掠出來的齒形隨可以參數化,但在齒形上的每一點的法線都為掃掠路徑的切矢量,如果在創建時,給定的掃掠路徑是分度圓上的螺旋線(在軟件中這個命令是單參數的),則得到的輪齒是任意一點的螺旋角都等于分度圓上的螺旋角,通過公式(7)可以看出這是不正確的。三維模型圖參考圖1.4。
(三)沿多條引導線已掃掠策略
一條螺旋線不可能得到正確的輪齒,如果采用多條螺旋線做掃掠路徑只能使用軟件中的“曲面已掃掠”命令來實現,當掃掠路徑比較多的時候可以得到比較精確的輪齒模型,但這個命令是不支持參數化的,也得不到參數化模型。
下面用一個實例進行驗證:
圖四是將端面的一個齒廓面沿引導線掃掠生成的輪齒形狀,此螺旋角為β=200,可以看出輪齒的形狀發生了嚴重的扭曲,且隨著螺旋角的度數增大,扭曲現象就越明顯。
圖五是將端面的一個齒廓面利用曲面里面的已掃掠生成的輪齒形狀,可以看出當使用一條螺旋線的時候,輪齒發生了扭曲,不可能產生精確地輪齒。當增多引導引導線串時,扭曲程度降低,另外通過圖三與圖二的對比可以看出兩個操作都產生了扭曲,但扭曲程度是不一樣的。
通過上述論證,要想得到參數化的精確模型,必須使用掃掠命令來實現,可以對此命令進行二次開發,給定分度圓上的螺旋角,然后設定漸開線上上段的個點螺旋角的值是線性遞增的,下半段式線性遞減的,使遞增和遞減的值分別等于齒頂圓上螺旋角和齒根圓上的螺旋角,這樣既可以參數化又可得到精確的模型
三、陣列操作與參數化分析
在很多文獻中當單個齒生成后通過陣列的方法來生成整個斜齒輪模型,通常在軟件中有兩種生成方法:第一種是特征操作下的陣列(引用下的環形陣列)第二中方法是變換下的環形陣列,這兩種方法本質上是不同的,引用下的環形陣列是不能參數化的,而特征操作下的環形陣列是可以參數化的。
所以要想進行參數化設計必須采用特征操作下的沿引導線掃掠來生成輪齒,然后再進行特征操作下的環形陣列來得到參數化模型。
四、結束語
本文主要對已有的斜齒輪精確參數化建模的方法進行分析,推導出其不能得到精確參數化模型的理論原因,為以后斜齒輪的精確建模提供理論上的參考依據。精確模型一定是理論上推導證明出來的精確,還要注意當通過計算機算法去實現出來后一定存在誤差的,那么必須對誤差進行分析,確定誤差的范圍是不是在后續分析的允許范圍內。
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齒輪參數范文2
齒輪作為各種機械傳動設備中的重要裝置，具有傳動平穩，承載能力強等優點，有著非常廣泛的應用前景。但其結構復雜，設計計算困難，為了提高設計效率，增加競爭優勢，實現齒輪的三維參數化精確建模顯得尤為重要。
[關鍵詞]直齒輪 參數化 Pro/E
中圖分類號：TM121.1.3 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）07-0044-01
1、引言
漸開線齒輪作為各種機械傳動設備中的重要裝置，具有傳動比大、效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長等優點，廣泛應用于機械、船舶、航空、電力領域[1]。隨著大批優秀的三維CAD軟件紛紛涌現，一般機械零件的三維設計對普通工程師來說已經不再是困難的工作。但是對于漸開線齒輪，由于其齒廓的復雜性，一般設計者在CAD中很難精確造型，繼而影響到后續齒輪加工的操作。CAD參數化設計的理念正式解決這一問題的有效途徑。計算機輔助設計的廣泛應用以及計算機硬件和軟件技術大大提高了模型的生成和修改的速度，在產品的系列設計、相似設計及專用CAD系統開發反面都具有較大的應用價值。
2、國內外研究進展
目前采用CAD進行3D設計已達到了70%～89%，Pro/E、UG、Catia，I-Deas等軟件的應用很普通。應用這些軟件可完成3D設計，還可以進行轉配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。近幾年來國內外先進工業國家對CAD/CAM技術的開發非常重視，在其開發上投入了很大的人力和物力。目前國際上流行的三維CAD軟件如下：Pro/E系統是美國PTC公司推出的三維CAD/CAM軟件；Catia系統是法國達索飛機公司與美國IBM公司合作開發的CAD系統；UGNX是美國UGS公司的CAD產品，該軟件首次突破傳統CAD/CAM模式，為用戶提供了一個全方面的產品建模系統，它優越的參數化和變量化技術與傳統的實體、線框和表賣弄功能結合在儀器，幾乎是CAD/CAM用戶的首選軟件。
我國在軟件和設備方面的發展一直比較緩慢，直到進入21世紀以來，我國的計算機行業有了突飛猛進的發展，正是因為這樣，我國的CAD技術才有了進一步發展的空間。在現代制造業舞臺上，生產效率、成本、規劃管理無不和生產技術相關，因此，CAD技術的開發直接關系到產品的設計、生產、維修等工作的速度和效率，顯得尤為重要。在產品的設計和裝配階段，一般采用二維制圖和三維造型。尤其是三維造型，以其直觀、能直接轉化成二維工程圖和模擬裝配等優勢在現代工程設備的設計方面有著絕對的優勢。
參數化設計是近幾年發展起來的先進造型技術，它是CAD技術應用領域內的一個重要的、需要進一步研究的課題。利用參數化設計手段開發的專用產品設計系統，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，來對產品進行合理的設計，從而大大提高設計速度，并減少信息的存儲量，而且有助于減輕設計人員的工作強度。參數化建模技術是CAD的核心技術，是新一代繼承化CAD系統應用研究的熱點理論，也是齒輪參數化造型的基礎理論依據，對齒輪建模和系統設計起著指導性作用。另外，研究國內外齒輪CAD參數化設計的發展狀況，可以借鑒前人的研究成果，對齒輪的參數化研究有一定的指導意義。
3、Pro/E參數化建模思想
3.1 Pro/E概述
Pro/E引入了參數化設計思想，大大提高了設計靈活性。根據參數化設計原理，繪圖時設計者可以暫時舍棄大多數繁瑣的設計限制，只需抓住某一個典型特點繪出圖形，然后通過向圖形添加適當的約束條件來規范其形狀，然后修改尺寸數值，經過系統再生成后即可獲得理想的圖形，這就是重要的“尺寸驅動”理論。
用Pro/E進行參數化設計，主要是用到Pro/E中的程序（Program），這種程序不同于我們一般計算機程序（如C語言程序、BASIC語言程序）。它是一種相對非常簡單的程序，它只是用一些簡單的input、if -else等少數語句，對在零件或組件設計過程中Pro/E系統自動產生的信息進行編輯。Program是自動化設計的一項重要工具，使用者可以通過非常簡單的程序語言來控制特征的生成與否、尺寸的大小、零組件的生成與否、零組件的顯示、零組件的個數等?？梢岳脝柎鹗降姆绞捷斎雲档刃畔亩玫讲煌膸缀纬叽缁驇缀涡螤?，以完成產品設計的要求。Pro/E軟件是比較理想的參數化造型軟件。
3.2 基于Pro/E三維模型的參數化設計原理
在零件的三維設計中，由于三維模型的創建要涉及到草圖、基準、曲面和實體等各類特征，直接用程序生成三維模型十分困難，參數化程序的設計必定十分繁瑣和復雜?；驹砭褪遣捎萌S模型與程序相結合的方法，三維模型不是由程序創建，而是利用交互方式生成，在已創建的零件三維模型的基礎上，進一步根據零件的設計要求，建立一組可以完全控制三維模型和大小的設計參數。其原理主要包含了2個部分：參數化三維模型的建立和參數化程序設計。建立零件的三維參數化模型是實現二次開發的關鍵，參數化程序在已創建的零件三維模型的基礎上，針對該零件的設計參數進行編程，實現設計參數的檢索、修改，然后根據新的參數值生成新的模型。
3.3 交互式三維模型樣板的建立方法
在Pro/E環境中用人機交互的方式建立三維模型樣板。模型樣板的創建方法與一般的三維模型相同，只是在建立模型的過程中，要加入外部設計參數和約束關系。設計參數分為2種情況：（1）與其他參數無關的獨立參數；（2）與其他參數有關的非獨立參數。前者用來控制三維模型的幾何尺寸和拓撲關系，后者可以用獨立參數為自變量的關系式表示。所以建立普通模型以后首先使用“Parameters”命令添加參數，然后利用“relations”關系式功能創建新的關系式，使Pro/E自動創建的約束參數名與設計參數關聯。系統的約束參數命名是由Pro/E系統自動創建的，其值控制三維模型的幾何尺寸與拓撲關系，與用戶建立的參數無關。要使用戶建立的設計參數能夠控制三維模型，必須使二者關聯。主要有2種方法：（1）在創建或修改特征需要輸入數值時，直接輸入參數名。如在草圖中標注或修改尺寸值時用參數名代替具體數值。（2）利用Pro/E的關系式功能創建新的關系式，使Pro/E系統自動創建的約束參數名與設計參數關聯。
3.4 齒輪參數化的實現
通過這種方法建立的漸開線直齒輪模型，既可以保證漸開線齒廓的正確形狀又可以使齒輪的尺寸、形狀根據輸入參數的改變而發生相應的變化。當齒輪的參數化造型完成后，一旦改變齒輪的驅動參數后，所設計的齒輪將按照新的驅動參數立即發生相應改變，即再生出新的齒輪模型。所建立的參數化直齒輪模型，只需輸入一些關鍵的參數（如齒數、模數、壓力角等齒輪基本參數）。根據這些參數就可以自動生成新的齒輪模型。利用此參數化齒輪模型處理建模的重復性工作，因而可極大地提高分析效率，降低成本。
4、總結與展望
利用大型軟件Pro/E Wildfire 3.0來實現圓柱直齒輪的三維參數化造型，可通過改變齒輪的一些基本參數，生成相應的齒輪，達到設計要求。具體章節安排如下：
1.漸開線齒輪數學模型。深入討論了漸開線成型原理，主要包括漸開線方程及特性以及直齒圓柱齒輪的幾何尺寸的計算。這是Pro/E參數化建模的理論基礎。2.漸開線直齒輪的參數化造型。介紹了Pro/E參數化建模思想，利用方程輸入對齒輪漸開線進行設計。3.通過程序中的關系對參數進行限制，使得個參數之間相互聯系，完成齒輪參數化建模設計。
現在，中國的計算機輔助設計和制造正不斷走向成熟，以CAD/CAM核心技術為基礎，完成產品的虛擬設計、虛擬裝配、虛擬制造、仿真分析等各環節，最大程度的發揮工業軟件的作用，我們相信，在不久的將來，制造業將會在信息時代迎來新的輝煌。
參考文獻
齒輪參數范文3
關鍵詞: 諧波齒輪 有限元分析 參數探討
二十世紀五十年代，我國的空間科學和航天技術得到高速的發展，使航天飛行器的控制系統機構中的機械傳動的條件更加精細，因此需要新的傳動模式，例如：如何滿足傳動比又要大、體積又要小、質量又要輕、傳動精度又要高的條件。航天飛行器控制系統機械傳動的這些要求，使新出現的諧波傳動的功能得到了廣泛的利用，因為諧波運動可以滿足這些要求。諧波運動也是一種傳動技術，它的發展建立在薄殼彈性變形的基礎上。諧波運動的出現被科學界認為是機械傳動中的重大進步。諧波運動的出現，使諧波齒輪傳動應用到航天控制器之中，而柔輪又是諧波齒輪傳動中的關鍵零件，它的外形是薄壁的殼體，柔輪在諧波齒輪工作時易受到應力的作用受到破壞。已經發現由于疲勞運動發生的斷裂是柔輪在轉動中最常見的失效形式。為了保證諧波齒輪正常的傳動性能，必須增加柔輪的強度，延長柔輪的疲勞時間。因此，在探討諧波齒輪時將重點研究目標指向如何提高柔輪的強度。一般常規的研究都是利用有限元的方法來探討如何提高柔輪的強度。本文也是借助計算機軟件功能，來分析柔輪的應力和位移的分布規律。從中進行優選，才得到了具有較高強度和剛度的柔輪的設計基礎。這樣的結果不僅為柔輪的參數化的發展提供了便捷的手段，而且為諧波齒輪的廣泛應用起到促進作用
1、利用有限元解決問題的基本條件
有限元分析的目的，就是在數學上利用比較簡單的問題來代替復雜問題后再求解。這種方式得到的解是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，實際上是對有限元的每一單元都假定了一個比較簡單的近似解，在這樣的條件下再去推導求解，使這個域滿足條件(如結構的平衡條件），從而使原本復雜的問題得到了簡單的解。但這個解不是準確的解，只是一個近似解，因為在處理問題之初就將復雜的實際問題，用一種比較簡單的問題代替。之所以這樣做是因為大多數的實際問題，在理論上如果利用科學的方法還難以得到準確解，但應用科學又急需這個解，才可以得到應用。對有限元來講它的計算精度高，而且可以適應各種復雜的形狀，因而，有限元法目前已成為應用工程有效的分析手段之一。
1.1關于有限元模型的基本概念和建模原則
有限元建模的原則是根據應用中的具體精度要求，來建立可以模擬實際運動的有限元模型。在連續體離散化來表征無限個形態自由度過程中，必須引入近似的方法，才能使有限元模型得到解。但是這個解必須要和工程的實際過程匹配，否則就失去了應用價值。因此，有限元分析的結果必須有足夠的精度，通過分析建立的有限元模型必須在能量上與原連續系統是等價。由于一個工程結構是由桿，梁，板，殼及二維體，三維體等多種形式構件組成復雜運動體。如果這個解的誤差大了，就會導致工程結構中桿，梁，板，殼及二維體，三維體之間的自由度個數不匹配，因此得到的結果必須妥善處理，否則模型就會失真。有限元法是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。由于這個解并不是準確的解，而是一個近似解，有限元分析的是模型的生成，對有限元模型的生成及其計算精度有著至關重要的作用。
1.2關于柔輪結構參數的具體處理
以某型柔輪為例，齒寬b =40mm，壁厚S =1.6mm，長度L =160mm，齒圈前沿的寬度b1 =8mm，齒圈寬度bR =25mm，內徑d1=60mm，殼體與齒圈連接處的圓角半徑R1=R2=12mm，杯底處內徑d =160mm，底部過渡圓角的半徑R3=3.5mm。選擇的單元類型為四面體四節點單元，可將網格細化，共有293887個單元，80547個節點。
1.3對柔輪模型的假定
柔輪是諧波齒輪的重要組成，因此，在有限元處理時，需要假定：第一，由于柔輪的齒很小，而齒數又多，模數又小，為了方便分析，就將齒圈部位的齒簡化成厚度很小的光殼。第二，由于箱體與底部連接的部分對殼體處的危險截面部分的位移和應力影響作用不大，可將杯底簡化。由于所選箱體與柔輪屬于螺栓連接，因此將圓環內緣各節點處的自由度完全約束。
2、柔輪的加載
柔輪在負載的情況下，整個嚙合弧上的柔輪與波發生器是分離的。輪齒的受力狀況不僅與嚙合區大小以及載荷的分布規律有關，而且與傳遞負載所受力矩有關。齒嚙合區是兩個對稱的區域，嚙合區中所承受的作用力為正壓力。同時為了使計算過程簡單，可以將齒面處的正壓力化為一個作用于分度圓半徑處的集中力。在通常的情況下，根據計算公式，可以計算出嚙合區內剛輪對柔輪的正壓力以及壓強。在柔輪在負載的狀況下，它所受的最大的應力出現在柔輪齒的齒根位置，并且是在齒根的過渡部分。由此我們可以得出，柔輪受波發生器載荷的作用，它的危險截面是在齒根位置，即凹槽和凸齒之間的銜接部分。
3、柔輪結構參數的優化
在不影響柔輪正常嚙合性能和參數變化范圍內對其有限元模型參數進行修改、分析，并且在上述有限元分析的基礎上，改變影響柔輪應力狀態時的參數，對其進行動力學和靜力學的模態分析。根據上述有限元分析結果可知:最大應力出現在柔輪齒根與光滑簡體過渡處且沿柔輪軸向逐漸減小直至筒底轉角處又有明顯增加。在此基礎上，修改柔輪的結構參數，并且修改其有限元的模型進行分析，然后考察各參數的變化對柔輪產生的影響規律。由于柔輪長度過長，帶來了扭轉剛度下降和加工困難的缺點，而柔輪在結構剛度合適的情況下又要求其體積和重量盡量的減小。
4、結語
通過負載狀態下柔輪如何受力，進行有限元分析，得到柔輪所受應力、位移的分布規律;同時在參數變化范圍內對有限元模型進行修改、分析、比較，得到質量輕、強度大、剛度合適的柔輪;運用有限元分析，為柔輪參數設計選擇提供了有價值的參考。
參考文獻
齒輪參數范文4
Pro/Engineer是美國PTC公司開發的優秀的三維設計軟件，它采用基于特征的參數化技術，具有產品的三維設計、分析、仿真、加工和二次開發等功能，該軟件已廣泛應用于機械、電子、家電、模具等行業，是目前國內使用最廣泛的三維設計軟件之一。利用Pro/E可精確建立齒輪的三維模型，從而實現齒輪機構的虛擬裝配、模擬運動以及數控編程等。實現漸開線圓柱齒輪建模的難點主要有兩點：（1）創建出精確的漸開線曲線；（2）建立齒輪的參數化模型，確定主要參數。
1基本原理與研究思路
漸開線：一條直線nn沿一個半徑為rb圓的圓周作純滾動，該直線上任一點K的軌跡KKo稱為該圓的漸開線。這個圓稱為基圓，該直線稱為漸開線的發生線。
利用Pro/E進行齒輪造型時，首先要進行齒輪的初步設計，定制基本參數。普通漸開線齒輪有6個基本參數影響齒輪的形狀和尺寸：模數m，齒數z，壓力角α，齒頂高系數hα*，頂隙系數C*，齒輪厚度THICKNESS。為了達到齒輪的各項技術要求，就要考慮齒輪各個參數的改變，這些參數與齒輪的尺寸、形狀、位置之間以各種方程式關聯，每個參數的改變都會引起齒廓形狀的改變。
2漸開線齒輪建模分析
（1）創建齒輪的基本圓。這一步用草繪曲線的方法，創建齒輪的基本圓，包括齒頂圓、基圓、分度圓、齒根圓。并且用事先設置好的參數來控制圓的大小。
（2）創建漸開線。用從方程來生成漸開線的方法，創建漸開線。
（3）拉伸漸開線曲面。用拉伸曲面命令拉伸漸開線，深度為齒輪厚度。
（4）鏡像漸開線曲面。通過創建漸開線曲面與分度圓交點為基準點，TOP與RIGHT平面交線為基準軸創建基準面DTM1，通過基準軸與DTM1夾角為90/Z的基準面DTM2，以DTM2為基準面鏡像漸開線曲面。
（5）拉伸為實體。拉伸創建實體，包括齒輪的齒根圓實體和齒輪的一個齒形實體。這一步是創建齒輪的關鍵步驟。
（6）陣列輪齒。將上一步創建的輪齒進行陣列，完成齒輪的基本外形。這一步同樣需要加入關系式來控制齒輪的生成。
（7）創建其它特征。創建齒輪的中間孔、鍵槽、小孔等特征，并且用參數和關系式來控制相關的尺寸。
3漸開線齒輪建模過程
（1）輸入基本參數和關系式。在主菜單上單擊“工具”“參數”，系統彈出“參數”對話框，單擊按鈕，可以看到“參數”對話框增加了一行，依次輸入新參數的名稱、值、和說明等。需要輸入的參數：模數M=2.5，齒數Z=75，頂隙系數C=0.25，齒輪厚度THICKNESS=65，齒頂高系數HA=1，壓力角ANGLE=20。
（2）創建齒輪基本圓。選擇“FRONT”面作為草繪平面，選取“RIGHT”面作為參考平面，參考方向為向“右”；在繪圖區以系統提供的原點為圓心，繪制任意大小四個圓，在工具欄內單擊按鈕，完成草圖的繪制；在主菜單上依次單擊“工具”“關系”，系統彈出“關系”對話框，輸入齒輪的分度圓直徑關系、基圓直徑關系、齒根圓直徑關系和齒頂圓直徑關系。由這些關系式，系統便會自動生成表所示的未指定參數的值。輸入的關系式如下：
sd0=M*Z
sd1=M*Z*cos（ANGLE）
sd2=M*（Z+2*HA）
sd3=M*（Z-2*HA-2*C）
（3）創建漸開線。單擊“插入”“模型基準”“曲線”，利用“曲線選項”菜單管理器上“從方程”完成定詢，需輸入曲線的方程，如下：
a=90*t
r=d1/2
x=r*cos（ANGLE）+r*a*pi/180*sin（ANGLE）
y=r*sin（ANGLE）-r*a*pi/180*cos（ANGLE）
z=0
（4）拉伸曲面。拉伸已經創建好的曲線，拉伸高度為前期所設置好的THICKNESS。
（5）創建輪齒。鏡像漸開線曲面，再通過編輯拉伸THICKNESS的厚度，得到單個輪齒，進而進行陣列，尺寸下拉菜單選擇軸，第一方向陣列成員數為齒數75，相鄰陣列之間角度為360/Z，即4.8度，完成齒的陣列。
（6）其他特征建模。創建好的齒輪基體的前提下，創建中間孔、鍵槽、小孔、倒角等特征，并且用參數和關系式來控制相關的尺寸，從而完成此漸開線齒輪建模，如圖1所示。
4結束語
本研究所采用的建模方法解決了單一參數三維造型的問題，用戶只要輸入齒輪的設計參數（齒數、模數、齒頂高系數等），就可以快速地生成齒輪實體，不僅可以提高設計效率和質量，縮短產品的開發周期，而且對產品的有限元分析及后續加工等有實用價值和參考意義，可以廣泛地應用于機械產品造型設計中。
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齒輪參數范文5
【關鍵詞】數控滾齒機；機械掛輪箱；電子齒輪箱；EGB
齒輪加工是汽車零部件最常見的基礎件，隨著汽車行業的迅速發展，對齒輪加工的精度、生產節拍等方面的要求越來越高，而且齒輪機床的發展方向是高速度、高精度、高效率與數控化，這對傳動鏈提出了更高要求，單純依靠提高機械傳動元件的制造精度與安裝精度，對傳動精度的提高有限，而機床費用卻大幅上升。因此，機械傳動鏈已經不適合新型機床對傳動精度與傳動速度的要求，為此必須采用新的傳動方式。滾齒加工是所有齒輪加工方法中最主要的一種，滾齒機約占整個齒輪加工機床的45%，以下筆者將數控滾齒機EGB的應用展開討論。
滾齒機機械結構主要由回轉工作臺，滾刀，刀架，大立柱，小立柱和其它輔助部分（如冷卻系統）組成，普通滾齒機機械傳動系統示意圖如圖1所示。
隨著數控技術的發展，新型數控滾齒機一般為六軸四聯動控制，其中一個主軸，五個伺服軸。傳動部分上的分度鏈、差動鏈均用數控系統上的電子齒輪箱功能來實現。這六軸分別為：
X――大立柱移動（徑向移動）伺服軸
Y――刀具移動（切向移動）伺服軸
Z――滑板移動（軸向移動）伺服軸
A――滾刀刀架旋轉運動伺服軸
B――滾刀回轉運動主軸
C――工作臺旋轉伺服軸
滾齒機加工齒輪時，需保證工件軸與滾刀按照一定的比率進行旋轉，為保證這一比率，已往的滾齒機采用掛輪機構，在齒輪加工前，首先進行掛輪計算選擇，對于直齒輪只需選擇分齒和走刀掛輪，而加工斜齒圓柱齒輪時.機床傳動系統除了有分齒運動外，還有包含差動掛輪在內的附加運動，從而形成螺旋線槽，因此還需選擇差動掛輪。加工時操作工需要根據加工齒輪的齒數與滾刀的頭數進行計算，根據計算結果選擇不同的掛輪，這樣不僅機械傳動鏈復雜，而且對操作工的要求也高。而EGB即電子齒輪箱（Electronic Gear Box）功能就解決了這一難題，使與伺服電動機相連的工件軸的旋轉與同主軸電動機相連的刀具軸（ 滾刀）的旋轉同步，同步的比率可通過程序進行指定。本功能下的刀具軸與工件軸的同步，因為采用數字伺服直接控制的方式，所以工件軸可以不帶誤差地跟隨刀具軸的速度變動，可以實現高精度的齒輪加工?；谲浖逖a的滾齒加下數控系統的各軸通過數控指令經伺服電機直接驅動.根據被加工齒輪使用刀具的參數來確定刀具與T件之間特定的運動關系。采用電子齒輪箱傳動簡化了傳動鏈。直接從滾刀軸和進給軸上讀取反饋數據，取消大量中間傳動環節，傳動誤差大大減少，加T精度遠高于傳統的加TI方法。
普通的數控機床可以采用通用的數控方法實現機床的傳動，但對于齒輪加工機床這類有主運動參與的內聯傳動，其突出特點是：傳動鏈的首端與末端件之間
必須保持嚴格的定比傳動關系，要能進行運動的合成，具有較高的傳動速度。通用的數控系統不具備上述三方面的有效對策，因此不適用于內聯傳動。
其硬件連接（可按圖1式連接）：
參數的自動設置：
設定1023號參數：
X：1 Z：5 B：4 Y：2 C：3
功能選擇參數：電子齒輪箱
參數7771=4；（EGB控制軸的軸號）
參數7771，（刀具軸每轉一周位置檢測器的脈沖數）
參數7773，（工件軸每轉一周位置檢測器的脈沖數）
參數2011#0=1（對C軸，B軸）
對每軸進行伺服初始化設定
重起數控系統
重起系統，設定完成。手動方式下的參數配置及兩種硬件連接方式下主軸參數的詳細設置參閱FAUNC 16I以上系統參數手冊。 注1：EGB功能中要求工件軸和虛擬軸的伺服號必須為連續的奇數和偶數，即3和4，或1和2。如實際硬件連接無法滿足此要求，FSSB自動設定時系統內部調整連接順序，即每個伺服DSP芯片和控制軸的關系。使用手動設定調整時需要電氣人員人為調整。
注2：當使用圖二的硬件連接時，不僅需要選用CZI/BZI傳感器外，還需設置相應的參數，詳見參數手冊。
由EGB參數得知，傳動比誤差與計數器的計數值以及傳動比有關，當系統編碼器分辨率與定時時間周期確定的情況下，對于較高主傳動速度和較小的傳動比，誤差范圍較小，對于較低的主傳動速度和較大的傳動比，誤差范圍較大。因此為了提高傳動關系準確性，可通過提高主傳動速度、增大編碼器的分辨率以
齒輪參數范文6
摘要：
深度混合動力變速箱內的齒輪嚙合產生的激振力引起箱體振動，齒輪接觸狀況不良噪音過大是變速箱的主要噪聲來源。運用Kisssoft軟件，建立了混合動力齒輪傳動系統仿真模型，選取齒廓修形和齒向修形相結合的修形方案對齒輪進行優化改進，改善齒輪齒面接觸狀況和齒輪傳動平穩性。為驗證齒輪修形的優化效果，對比齒輪優化前后箱體的噪聲情況，選取特定純電動工況下，對混合動力系統進行噪聲試驗。試驗結果表明：在齒輪修形優化之后，箱體的噪音明顯降低，噪聲、振動和聲振粗糙度性能得到明顯改善。
關鍵詞：
混合動力變速箱；NVH；齒輪修形；Kisssoft軟件；噪聲試驗
深度混合動力汽車與傳統汽車相比，在經濟性、排放性和動力性等方面具有獨一無二的優勢［1］。但是，隨著混合動力技術的快速發展，人們對混合動力汽車乘坐舒適性的要求也越來越高，振動噪聲性能成為衡量車子好壞的重要指標。由于混合動力汽車在關鍵部件和結構布置上都發生了很大的改變，相應地對振動噪聲的控制也產生了新的問題。變速箱是主要的噪聲源之一，因此，對混合動力變速箱的減振降噪優化的研究具有重要意義［2－4］。目前，國內許多學者都對此做出了相應的研究。文獻［5］在某動力分流混合動力變速箱非穩態工況條件下進行試驗，利用階次分析技術，識別其主要噪聲源。文獻［6］以功率分流式混合動力變速箱為研究對象，運用有限元法對箱體進行模態分析，得到箱體的固有頻率，為箱體的前期開發和后期優化提供了依據。但是，國內對混合動力變速箱的研究較少，沒有形成一個有效的方法來指導產品的開發?；旌蟿恿Ψ至飨到y的電控無級式自動變速器是強油電深度混合動力變速器，由行星齒輪機構、主減速器、差速器、大小電機和液壓閥板等結構組成［7］。變速箱內的齒輪嚙合產生的動態激振力引起箱體振動，經過箱體輻射產生噪聲。齒輪接觸狀況不良引起的噪音過大是變速箱的主要噪聲來源［8］，因此，對齒輪副的優化設計成為變速箱降噪減振的核心工作之一。本文選取齒廓修形和齒向修形相結合的修形方案，運用Kisssoft軟件對齒輪進行修形優化仿真，以改善齒輪齒面接觸狀況和齒輪傳動平穩性。并在混合動力汽車常用特定工況下對箱體進行噪聲試驗，驗證齒輪噪聲優化效果。
1混合動力系統仿真模型
1．1混合動力齒輪傳動系統結構參數拉維納行星齒輪包括1個大太陽輪、2個長行星輪、1個小太陽輪、3個短行星輪和內齒圈等［9］，結構如圖1所示。需要確定的參數有齒數、固定傳動比、壓力角、螺旋角、中心距、齒寬、頂圓直徑、根圓直徑、分度圓直徑、基圓直徑、齒頂間隙、法向側隙、端面重合度和總重合度等。表1是拉維納行星齒輪結構參數，其中以小太陽輪的旋轉方向為正方向。
1．2混合動力齒輪傳動系統仿真模型的建立在Kisssoft軟件中，Kisssys是管理工具，用來將各零部件之間建立關系，同時，一份文件可完成多個基于標準的計算。用戶可以在非常短的時間內完成對整個傳動系數參數已知條件的輸入、經驗值的植入以及最終軟件詳細結果的輸出。具體步驟如下：（Ⅰ）在Kisssys軟件中準確建立運動仿真簡圖（即概念建模），以便于后期完成軸系幾何數據、軸承以及齒輪具體參數的導入。（Ⅱ）將詳細的齒輪副參數、軸系幾何數據以及軸承的參數添加到模型當中，然后基于這些數據，在Kisssys軟件中建立詳細的3D幾何模型，如圖2所示。（Ⅲ）在Kisssys中自定義一張類似Excel的功能表格，通過一些語句和規則來控制可管理各項計算程序的結果。將Kisssoft需要設置的細節參數編輯到表格當中，運行整個傳動系統的強度計算功能，適時地更新表格的數據。定義好所有零部件之間的裝配關系，建立齒輪副的嚙合關系。建立混合動力系統的仿真模型，通過傳動系統的建模得到反映混合動力系統的齒輪機構，為下一步齒輪修形優化以及解決噪聲問題奠定基礎。
2齒輪副優化設計及評價
2．1齒輪修形優化設計齒輪在系統絕對剛性且無任何安裝制造誤差的情況下，齒面接觸狀況最理想，傳遞誤差曲線在理想條件下為一條直線。而在實際工作中齒輪會因傳動系統殼體、軸、軸承及其自身等變形而出現錯位，導致齒輪的接觸狀況不再理想，使齒輪出現嚴重的偏載和傳遞誤差過大，最終齒輪載荷能力（壽命）下降和傳動不平穩，導致噪音過大。因此，為了校正齒面接觸狀況不良和提高齒輪傳動平穩性，必須對齒輪進行修形，優化齒面接觸狀況，使接觸斑點達到最優［10］。Kisssoft軟件可以對齒廓、齒向和對角進行修形，應用拋物線修形和鼓形修形等不同的方法及組合，得到合理的修形曲線。在Kisssoft軟件修形完之后，分析齒輪強度在修形前后的變化來判斷修形的好壞，同時也可以直觀比較齒輪傳遞誤差和接觸斑點的變化。修形時，定義一組修形參數，并不斷調整，減小傳遞誤差并優化接觸斑點，以降低最大齒面接觸及齒根彎曲的應力作為目標進行修形。本文選取齒廓修形和齒向修形相結合的修形方案。采用齒廓修形的方法可以消除輪齒嚙入和嚙出沖擊，即沿齒高方向從齒面上切掉一部分材料來改變齒廓形狀消除干涉，本文選擇長修形方式。
采用齒向修形的方法是根據輪齒受力后產生的變形，將齒輪螺旋角和軸向齒形按預定規律進行修正，以獲得較為均勻的齒向載荷分布，本文選擇鼓形修形，獲得鼓形量的大小和鼓形中心在齒向方向上的位置。在修形之前首先要選定分析的工況，由于行星排機構工況點繁多，為避免發動機噪音對齒輪系統噪聲研究的影響，因此，將修形和優化設計的重點放在純電動工況下。
在常規工況下齒頂修緣7μm，修形起始位置為95．260mm。有效漸開度為7．612mm，修形的長度以1．000mm作為參考量。通過魯棒優化計算，在小區間范圍內迭代計算，以最小傳遞誤差值、最大應力值以及最小扭矩波動為目的，來設置修形參數和修形方案。設置好修形參數和修形方案后，計算得到修形結果以及修形后的K形圖。齒輪修形的基本參量都可以從K形圖中找到。圖3為左齒面齒廓修形K形圖，左右齒面修形方式一致。由圖3可得：齒頂修形長度為1．040mm，修形量為8μm；齒根修形長度為0．353mm，修形量為9μm；修形起始位置為95．260mm。圖4為左齒面齒向修形K形圖，左右齒面修形方式一致。由圖4可得：鼓形量為4μm，鼓形中心距為14．000mm。
2．2優化設計評價為了更直觀地觀察修形效果，可以得到接觸應力的3D視圖。限于文章篇幅，圖略。在齒輪未修形前，接觸應力圖兩側出現尖點，表明兩側受力很大，中間受力很小，應力分布嚴重不均。在修形的過程中，相比修形前，修形效果明顯，應力分布變得均勻，但是右側仍有尖點出現，不是很理想。繼續修改參數，不斷嘗試，得到最終修形效果，接觸應力圖分布很均勻，基本上可以很好地達到修形目的，效果較理想。此外，還可以得到齒輪應力接觸斑點圖，計算出抗膠合安全系數，同時還可以查看嚙合過程中的瞬時溫度曲線等，都可以得到和上述相同的結論。
3混合動力系統NVH性能驗證
本文依據優化仿真得到的齒輪參數制造出齒輪，依據臺架試驗，對齒輪修形優化前后的變速箱進行噪聲、振動和聲振粗糙度性能測試。
3．1試驗條件在純電動工況下對變速箱進行噪聲試驗，試驗在混合動力總成臺架上進行。動力總成臺架由兩個直流電機作為負載電機，變速箱內置電機作為輸出電機，采用主流標定軟件INCA控制箱體內電機的輸入參數。在此基礎上，設計一套振動噪聲試驗工裝，將混合動力總成、HBM扭矩傳感器和負載電機連接起來?；旌蟿恿ψ兯傧洳钏倨靼胼S和負載電機之間通過HBM扭矩傳感器連接，連接處添加軸承支座。噪聲實時監控系統通過控制器局域網絡總線與電機控制器動力控制單元進行通信，發送控制信號調節內部電機施加負載的大小，模擬混合動力汽車真實工作條件下的連接方式。通過控制內置驅動電機轉速，測試變速箱在不同轉速下的噪聲，噪聲測試系統如圖5所示。
3．2試驗結果分析選取純電動5～58km／h和58km／h常用車速，在內置大電機E2作為電動機或者發電機工作模式下，選取勻加速和穩速工況進行試驗驗證。
3．2．1純電動模式5～58km／h勻加速工況純電動模式5～58km／h勻加速工況下，E2電機輸出扭矩40N•m，對齒輪系統優化前后的噪聲試驗測量結果進行對比分析。圖6為測得的前后端麥克風噪音總值的比較。由圖6可知：齒輪優化后，在純電動模式5～58km／h勻加速工況下，麥克風測得的箱體前后端整體噪音降低明顯，截取25．66s時前端麥克風的試驗結果，噪音從97．19dB降低到87．17dB，降低了10dB左右；截取22．29s和34．68s后端麥克風的測試結果，噪音分別降低了13dB和4dB左右，整體降噪效果十分明顯。由麥克風測量也可得頻譜圖，圖7為改進后前端麥克風頻譜圖。齒輪優化后，在此測試工況下行星排齒輪噪音降低，一階嘯叫強度和二階嘯叫強度得到明顯改善，降噪的效果十分明顯。
3．2．2純電動模式58km／h穩速工況在純電動模式58km／h的穩速工況下，以大電機E2作為電動機和發電機進行噪聲測試，得到齒輪優化前后的測試結果。圖8為后端麥克風噪音總值的比較。由圖8可見：在電動模式58km／h，E2作為電動機，E2驅動扭矩臺階工況下，齒輪未優化前箱體后端噪音值為99．51dB，優化后噪音值變為88．95dB，噪音降低10dB左右，同樣可知，齒輪優化后箱體前端噪音降低8dB左右，降噪明顯。同時，發現新齒輪噪音整體上沒有明顯的階梯現象，隨力矩變化比較平緩，說明噪音與負載沒有直接關系。在電動模式58km／h，E2作為發電機，E2發電扭矩臺階工況下，對前端麥克風噪音進行比較，見圖9。截取26．26s和240．99s觀察齒輪優化前后噪音測試結果。由圖9可知：齒輪優化后箱體降噪明顯，并且與E2驅動扭矩工況相似，新齒輪噪音整體上沒有明顯的階梯現象，隨力矩變化比較平緩，進一步說明噪音與負載沒有直接關系。
4結論
