变厚齿轮三维实体参数化建模方法

：本发明涉及变厚齿轮三维制造技术，具体的说是一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法。

背景技术

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背景技术：

1、变厚齿轮最早是由美国的a.s.beam提出，其特点就是在轴向方向上不同的端截面的变位系数不同。当端面上的变位系数随着端面在轴向方向上的距离线性变化时，变厚齿轮在外观上就与锥齿轮比较相近，这样的变厚齿轮在出现齿侧间隙时，无需更换齿轮只需调整齿轮轴向位置就能调整齿侧间隙，实现无侧隙传动，提高齿轮的寿命。变厚齿轮良好的可靠性、寿命长等优点使其有着广泛的应用，因此越来越多的学者对其展开研究，其间不免要对不同参数的变厚齿轮进行三维建模。

2、传统的齿轮建模有着工作量大，重复步骤多等弊端，部分齿轮建模方法采用样条曲线近似替代渐近线，建模精度不足。目前也有一些开放使用的齿轮三维建模插件工具箱，但其无法直接生成变位齿轮和变厚齿轮的三维模型，仍存在一定的局限性。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法。

2、为了节省建模时间，本发明在solidworks三维建模软件中基于渐开线形成原理对变厚齿轮进行参数化建模，完成建模后只需改变变厚齿轮基本参数如法面模数、齿数、锥角、螺旋角等即可生成各种尺寸的变厚齿轮和变位斜齿轮。

3、本发明可以通过以下措施达到：

4、一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于包括以下步骤：

5、步骤1：参数设定：在建模之初就建立全局变量，在后续的建模中统一采用变量名来替代具体数值，其中建立全局变量时采用变厚齿轮的参数计算公式，其中

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7、式中hat*——端面齿顶高系数；

8、han*——法面齿顶高系数；

9、β——螺旋角(rad)；

10、δ——锥角(rad)；

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12、式中αtl——左齿面压力角(rad)；

13、αtr——右齿面压力角(rad)；

14、αn——压力角(rad)；

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16、式中βl——左齿面分度圆柱螺旋角(rad)；

17、βr——右齿面分度圆柱螺旋角(rad)；

18、变厚齿轮的参数计算公式具有普遍性，当设置锥角δ＝0°时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为变位斜齿轮基本参数计算公式；当设置螺旋角β＝0°时，变厚齿轮的基本参数计算公式即为直变厚齿轮基本参数计算公式；

19、步骤2：渐开线齿廓的生成：

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21、式中rb——齿轮基圆半径(mm)；

22、rk——齿廓k点处半径(mm)；

23、αk——齿廓k点处压力角(rad)；

24、θk——齿廓k点处展角(rad)，

25、渐开线上任意点k的坐标(xk,yk)写为

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27、结合式(4)和式(5)，可写出从基圆到齿顶圆的左齿廓方程为

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29、式中ra——齿轮齿顶圆半径(mm)；

30、而右齿廓表达式只需将纵坐标改为负数即可。要想形成合理的左右齿廓，还需让右齿廓绕原点逆时针旋转一个角度γ，γ为

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32、式中s——齿轮分度圆齿厚(mm)；

33、结合式(6)和式(7)，写出从基圆到齿顶圆的齿廓方程为

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35、式中i——表示齿轮左右齿廓，1为右齿廓，2为左齿廓；γi——左右齿廓逆时针旋转角度，当值为负数时，代表顺时针旋转，且γ1-γ2＝γ，(rad)；

36、rbi——左右齿廓的基圆半径(mm)

37、在小变位端，当出现齿根圆半径小于基圆半径的情况时，用直线对渐开线齿廓向基圆内进行延长即可，延长线方程式为

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39、t是个无量纲的参数，与延长线长度成正比，取0到2即可；

40、步骤3：螺旋线的生成：在solidworks中进入草图绘制基圆，定义基圆直径为2rbl，打开螺旋线功能，选择定义方式为高度和螺距，设置螺旋线旋转方向为逆时针，设置高度为齿宽h，螺距为设置起始角度为绘制右螺旋线同理，只需改变参数即可。

41、本发明除了给出了变厚齿轮参数化建模设计方法之外，还得到一个参数化建模程序，在对不同尺寸的齿轮三维模型有所需求时，只需修改参数化建模程序中的参数即可一一生成。

42、若要生成不同尺寸的变厚齿轮，只需修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、螺旋角、锥角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。

43、若要生成不同尺寸的变位斜齿轮，只需设置附图1中锥角为0，再修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、螺旋角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。

44、若要生成不同尺寸的直变厚齿轮，只需设置附图1中螺旋角为0，再在右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，最后修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、锥角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。

45、若要生成不同尺寸的左旋变厚齿轮，只需在螺旋角和左右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，再将螺旋线的旋转方向修改为顺时针，最后修改附图1中部分基本参数如齿数、法面模数、压力角、锥角、螺旋角、端面最大变位系数、齿宽等即可得到。

46、本发明在solidworks三维建模软件下，基于渐开线形成原理设计了变厚齿轮参数化模型。通过修改设计树的“方程式”中的基本参数，即可得到各种尺寸的变厚齿轮。变厚齿轮的参数化建模大大节省了科研中的重复建模时间，提高了设计效率，解放了设计资源。

技术特征：

1.一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，若要生成不同尺寸的变厚齿轮，只需修改基本参数齿数、法面模数、压力角、螺旋角、锥角、端面最大变位系数、齿宽，即可得到。

3.根据权利要求1所述的一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，若要生成不同尺寸的变位斜齿轮，只需设置锥角为0，再修改齿数、法面模数、压力角、螺旋角、端面最大变位系数、齿宽，即可得到。

4.根据权利要求1所述的一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，若要生成不同尺寸的直变厚齿轮，只需设置螺旋角为0，再在右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，最后修改基本参数，即可得到。

5.根据权利要求1所述的一种变厚齿轮三维实体参数化建模方法，其特征在于，若要生成不同尺寸的左旋变厚齿轮，只需在螺旋角和左右齿面分度圆柱螺旋角的公式前加上负号，再将螺旋线的旋转方向修改为顺时针，最后修改基本参数，即可得到。

技术总结
本发明涉及变厚齿轮三维制造技术，具体的说是一种能够有效提高齿轮三维建模效率，降低重复建模时间的基于Solidworks的变厚齿轮三维实体参数化建模方法，本发明在Solidworks三维建模软件下，基于渐开线形成原理设计了变厚齿轮参数化模型，通过修改设计树的“方程式”中的基本参数，即可得到各种尺寸的变厚齿轮，变厚齿轮的参数化建模大大节省了科研中的重复建模时间，提高了设计效率，解放了设计资源。

技术研发人员：温建民
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12