基于SolidWorks直齿圆锥齿轮参数化设计及有限元分析

副标题#e#   0引言
   
    应用三维CAD绘图软件在机械产品设计中不仅能用三维图形象直观逼真地表达设计思想，而且能很方便地将创建的三维实体模型用作分析模型，进行机械系统的运动学、动力学及强度、刚度分析。相对二维CAD而言，三维CAD软件大多数模块众多，模型创建过程繁琐，设计人员需要经过长时间的专业培训才能掌握，特别是对一些形状较复杂的零件，其三维造型过程不仅耗时多，而且难以保证造型的精度，从而影响设计质量。对这些形状复杂的零件，比如直齿圆锥齿轮、叶轮等，由于这些零件形状复杂且具有精确轮廓的参数化造型难以在软件上直接完成，为了节约建模时间减少重复劳动，探索建模设计的自动化，有必要对三维软件进行二次开发。本研究就是利用SolidWorks为用户提供的强大二次开发接口(SolidWorks API)以Visual Basic为开发工具，开发出直齿圆锥齿轮参数化建模的程序，利用该程序生成三维模型，然后利用COSMOS/Work，进行应力分析，为此类零件的快速准确设计提供了一条有利的途径。
   
    1直齿圆锥齿轮的参数化造型
   
    直齿圆锥齿轮造型的基本思路是先画出锥体，然后创建背锥切平面并在该平面上画出一个当量齿形，用此当量齿形向锥顶放样切除，最后把放样特征阵列，得到完整的锥齿轮。由图1加上必要的约束尺寸经过计算可知A,B,C,D,E,F点的坐标，画出ABCDEF多边形以Y轴为旋转轴旋转一周可画出锥齿轮的锥体。其中图1中R为锥距,m为模数,δl为分锥角、δa为顶锥角、δf为根锥角、b为齿宽b=R/3，如果给定锥齿轮的大端模数。、配对锥齿轮的齿数z1.z2多边形ABCDEF很容易绘制。由图1可知BC直线绕Y轴旋转得到锥面，这一圆锥称为背锥;由于锥齿轮的渐开线为球面渐开线故无法展开。为了研究方便可以用圆锥齿轮的当量齿轮，它的模数和压力角与锥齿轮的大端的模数和压力角是一致的，但是这一理论只是为了研究锥齿轮的正确啮合和重合度等间题。因为计算机无法完成上述操作，作者采用等效思想将背锥面的展开用背锥上建立切平面来代替。(如图2所示)
 

    然后在相应的位置建立对应的单个齿形(或齿间)，正是当量齿轮的齿形(或齿间)。恰当地利用软件基准平面建立中过曲面上的一点建立已知曲面切平面的功能，由软件的性质可知:背平面的坐标原点就是原曲面的那一点。有了上述理论就可在平面上绘制一个齿间草图然后把草图向锥点圆放样切除切出一个齿间。再阵列放样特征得到锥齿轮的全部齿形。(过程如图3所示)在背锥切平面内当量齿轮的中心即背锥顶点。如图3的01， 01和背锥切平面的新原点的距离为l = xc/cos (δl)如图3所示齿间的草图是由关于坐标系对称的渐开线和径向线及圆弧组成，只是模数用大端模数，齿数用当量齿数。最后把放样的齿间阵列得到锥齿轮的实体模型。参数化的程序界面如下图4所示。将生成的锥齿轮模型应用COSMOS/ Works进行有限元分析。