UGNX11.0实例宝典：渐开线圆柱齿轮参数化设计

实例概述

本实例介绍了渐开线圆柱齿轮的参数化设计过程。齿轮是机械设计中非常常见的一类零件，其中包括很多参数关系，在设计过程中主要使用了表达式工具来定义这些参数；另外，渐开线的绘制也是该实例中要求读者掌握的难点之一。使用参数化设计方法不仅可以大大缩短产品的研发周期，还因为其特殊的关联性可以对产品进行快速更新或修改。齿轮模型及模型树如图3.9.1所示。

说明：齿轮零件中主要的参数关系包括齿根圆直径（d0=M*Z-M*2.5）、基圆直径（d1=d2*COS（ANGLE））、分度圆直径（d2=M*Z）和齿顶圆直径（d3=M*Z+M*2），其中，M是齿轮模数；Z是齿轮齿数；B是齿轮厚度；ANGLE是齿轮压力角。

Step1.新建文件。选择下拉菜单命令，系统弹出“新建”对话框。在选项卡的区域中选取模板类型为，在文本框中输入文件名称CYLINDER_GEAR，单击按钮，进入建模环境。

Step2.定义齿轮参数。

图3.9.1 齿轮模型及模型树

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出图3.9.2所示的“表达式”对话框，该对话框可用来定义和编辑表达式。

图3.9.2 “表达式”对话框

（2）定义齿轮模数参数。单击列文本框，并输入表达式的名称为M。在列文本框中输入值4，在列下拉列表中选择选项。

（3）定义齿轮齿数参数。单击区域“新建表达式”按钮，在列文本框中输入表达式的名称为Z，在列文本框中输入值20。在列下拉列表中选择选项。

（4）定义齿轮厚度参数。单击区域“新建表达式”按钮，在列文本框中输入表达式的名称为B，在列文本框中输入值20。在列下拉列表中选择选项。

（5）定义齿轮压力角参数。单击区域“新建表达式”按钮，在列文本框中输入表达式的名称为ANGLE，在列文本框中输入值20。在列下拉列表中选择选项。

（6）单击按钮，完成并退出编辑。

注意：此处在定义齿轮参数时一定要正确设置参数的单位类型，如果单位类型设置不正确，后面在定义其他参数时，会导致单位系统混乱，影响后面参数的定义。

Step3.创建草图1（此步骤的详细操作过程请参见学习资源中video\ch03.09\reference\文件下的语音视频讲解文件CYLINDER_GEAR-r01.exe）。

Step4.创建参数链接。选择下拉菜单命令，系统弹出“表达式”对话框。在对话框中出现关于拉伸特征的全部表达式；在“表达式”对话框中选中p12，在文本框中输入M*Z-M*2.5；在“表达式”对话框中选中p13，在文本框中输入P14*cos（ANGLE）；在“表达式”对话框中选中p14，在文本框中输入M*Z；在“表达式”对话框中选中p15，在文本框中输入M*Z+M*2。

Step5.创建图3.9.3所示的渐开线曲线。

（1）定义齿轮基圆半径参数。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为R，在文本框中输入值P13/2。在下拉列表中选择选项。

（2）定义变量t。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为t，在文本框中输入值0。在下拉列表中选择选项。

（3）定义变量THETA。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为THETA，在文本框中输入值t*90。在下拉列表中选择选项。

（4）定义变量xt。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为xt，在文本框中输入值R*cos（THETA）+R*sin（THETA）*THETA*（3.1415926/180）。在下拉列表中选择选项。

（5）定义变量yt。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为yt，在文本框中输入值R*sin（THETA）-R*cos（THETA）*THETA*（3.1415926/180）。在下拉列表中选择选项。

（6）定义变量zt。单击区域“新建表达式”按钮，在文本框中输入表达式的名称为zt，在文本框中输入值0。在下拉列表中选择选项。

（7）单击按钮，完成并退出编辑。

（8）生成渐开曲线。选择下拉菜单命令，系统弹出“规律曲线”对话框；采用系统默认参数设置。单击按钮，完成渐开曲线的创建。

Step6.创建图3.9.4所示的拉伸特征1。选择下拉菜单命令，系统弹出“拉伸”对话框；选取渐开曲线为截面轮廓；在“拉伸”对话框区域的下拉列表中选择选项，并在其下的文本框中输入值0；在区域的下拉列表中选择选项，并单击其下的文本框后的按钮；在系统弹出的快捷菜单中选择选项，系统弹出“表达式”对话框，在文本框中输入B，单击按钮返回至“拉伸”对话框；在区域的下拉列表中选择选项，采用系统默认的拉伸方向。单击按钮，完成拉伸特征1的创建。

图3.9.3 创建渐开线曲线

图3.9.4 拉伸特征1

Step7.创建图3.9.5所示的延伸曲面1。选择下拉菜单命令，系统弹出“延伸曲面”对话框；在对话框下拉列表中选择选项，选取拉伸曲面为延伸对象，在下拉列表中选择选项，在下拉列表中选择选项；在对话框中单击文本框后的按钮，在系统弹出的快捷菜单中选择选项，系统弹出“表达式”对话框，在文本框中输入P12/2，单击按钮返回至“延伸曲面”对话框；单击按钮，完成延伸曲面1的创建。

Step8.创建图3.9.6所示的点1。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项，选取图3.9.6所示的曲线为相交对象；单击按钮，完成点1的创建。

图3.9.5 延伸曲面1

图3.9.6 创建点1

Step9.创建图3.9.7所示的基准平面1。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项，在区域的下拉列表中选择选项，分别选取上一步创建的点1与“Z”轴为参考；单击按钮，完成基准平面1的创建。

Step10.创建图3.9.8所示的基准平面2。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项，选取基准平面1为参考平面，选取“Z”轴为通过轴；在对话框中单击文本框后的按钮，在系统弹出的快捷菜单中选择选项，此时系统弹出“表达式”对话框，在文本框中输入-90/Z，单击按钮返回至“基准平面”对话框；单击按钮，完成基准平面2的创建。

图3.9.7 基准平面1

图3.9.8 基准平面2(https://www.xing528.com)

Step11.创建图3.9.9所示的镜像特征1。选择下拉菜单命令；选取创建的拉伸特征1和延伸曲面1为镜像特征，并单击中键确认；选取基准平面2为镜像平面；单击按钮，完成镜像特征1的创建。

Step12.创建图3.9.10所示的修剪与延伸特征1。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项；在区域的下拉列表中选择选项；分别选取图3.9.11所示的曲面为目标面和工具面，采用系统默认的修剪方向；单击按钮，完成修剪与延伸特征1的创建。

图3.9.9 镜像特征1

图3.9.10 修剪与延伸特征1

图3.9.11 定义修剪与延伸

Step13.创建图3.9.12所示的曲面缝合特征1。选择下拉菜单命令；选取图3.9.12所示的目标片体和工具片体，单击按钮，完成曲面缝合特征1的创建。

Step14.创建图3.9.13所示的拉伸特征2。选择下拉菜单命令，系统弹出“拉伸”对话框；选取图3.9.14所示的曲线为截面轮廓；在区域的下拉列表中选择选项，其他参数采用系统默认设置。单击按钮，完成拉伸特征2的创建。

图3.9.12 曲面缝合特征1

图3.9.13 拉伸特征2

图3.9.14 定义截面轮廓

Step15.创建图3.9.15所示的修剪与延伸特征2。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项；在区域的下拉列表中选择选项；选取图3.9.16所示的缝合曲面为目标面，选取图3.9.16所示的拉伸曲面为工具面，采用系统默认的修剪方向；单击按钮，完成修剪与延伸特征2的创建。

图3.9.15 修剪与延伸特征2

图3.9.16 定义修剪与延伸

Step16.创建图3.9.17所示的拉伸特征3。选择下拉菜单命令，系统弹出“拉伸”对话框；选取图3.9.18所示的曲线为截面轮廓；在区域的下拉列表中选择选项，其他参数采用系统默认设置。单击按钮，完成拉伸特征3的创建。

图3.9.17 拉伸特征3

图3.9.18 定义截面轮廓

Step17.创建图3.9.19所示的修剪与延伸特征3。选择下拉菜单命令；在区域的下拉列表中选择选项；选取图3.9.20所示的目标面和工具面，调整箭头方向如图3.9.20所示；单击按钮，完成修剪与延伸特征3的创建。

Step18.创建图3.9.21所示的拉伸特征4。选择下拉菜单命令，系统弹出“拉伸”对话框；选取图3.9.22所示的模型边线为截面轮廓；在区域的下拉列表中选择选项，在区域的下拉列表中选择选项，采用系统默认的拉伸方向。单击按钮，完成拉伸特征4的创建。

图3.9.19 修剪与延伸特征3

图3.9.20 定义修剪与延伸

图3.9.21 拉伸特征4

图3.9.22 定义截面轮廓

Step19.创建图3.9.23所示的阵列特征1。选择下拉菜单命令，系统弹出“阵列特征”对话框；选取拉伸特征4为阵列特征。在区域的下拉列表中选择选项；在区域中激活区域，在图形中选取Z轴为旋转轴；在区域的下拉列表中选择选项；单击文本框后的按钮；在系统弹出的快捷菜单中选择选项，系统弹出“表达式”对话框，在文本框中输入Z，单击按钮；在“阵列特征”对话框中单击文本框后的按钮；在系统弹出的快捷菜单中选择选项，在“表达式”对话框的文本框中输入360/Z，单击按钮；单击“阵列特征”对话框中的按钮，完成阵列特征1的创建。

图3.9.23 阵列特征1

Step20.创建求和特征1。选择下拉菜单命令，系统弹出“合并”对话框。选取拉伸特征4为目标体，选取阵列特征1为工具体；其他参数采用系统默认设置；单击按钮，完成求和特征1的创建。

Step21.保存零件模型。选择下拉菜单命令，保存零件模型。

Step22.验证参数化设计。选择下拉菜单命令，系统弹出“表达式”对话框。在对话框中出现关于齿轮零件的全部表达式；在“表达式”对话框中选中齿轮模数M，在文本框中输入值2；在“表达式”对话框中选中齿轮齿数Z，在文本框中输入值40；单击按钮，完成并退出编辑，此时图形区中的模型如图3.9.1b所示。

Step23.保存零件模型。选择下拉菜单命令，并命名为CYLINDER_GEAR_OK。