基于SolidWorks的渐开线齿轮建模方法研究

    1．3齿轮建模
   
    用"拉伸"特征生成一个圆柱，其直径等于齿顶圆直径。用上面做出的齿槽的齿廓曲线草图在圆柱上应用"拉伸切除"特征切出一个齿槽，"阵列"特征即可得到标准直齿圆柱齿轮的三维模型，如图4所示。
   

    也可对齿槽的齿廓曲线草图利用"放样"、"扫描"等特征生成斜齿轮、锥齿轮及蜗轮蜗杆。
   
    由前面描点法的建模过程可以看出，首先要建立齿廓曲线的数学模型，求取曲线上点的坐标，然后根据坐标值描绘出齿廓曲线草图，最后通过S0lidworks的三维建模功能建立齿轮的三维模型。取的点越多，求得的齿廓曲线的精度就越高。这种建模方法是一个通用的方法，只要建立不同的参数方程就可以对各种不同齿廓形状的齿轮进行三维建模。但是从上文叙述的过程可以看出其过程比较繁琐。为此给出了另外两种方法：参数法和利用插件法进行齿轮建模。
   
    2参数法齿轮建模
   
    参数法是利用描点法中论述的相应齿廓曲线算法编写程序，建立一个通用的齿轮模版文件。在进行齿轮建模时调用相应的模版文件，通过修改相应参数，自动生成所需要的齿轮模型。
   
    打开一个直齿圆柱齿轮的模版文件，如图5(a)所示，在"方程式"选项上点击右键。选"编辑方程式"弹出图5(b)所示的对话框。在该对话框内点击右侧第三个按钮"编辑所有"，修改齿轮的参数。修改完成后重建模型，就得到新的齿轮三维模型了。
   
    该方法的难点在于模版文件的建立，不过，从Designmotor网站可以免费下载一些模版文件，如图6所示。从图中可以看出。用该方法不但可以创建直齿圆柱齿轮模型，也可以创建斜齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等。但是如果要对一种新的齿轮机构建模，例如渐开线齿球齿轮，就必须先创建新的模版。
   

    3插件法齿轮建模
   
    利用插件法是一种非常方便的齿轮建模方法。SolidWorks应用领域广泛，提供了丰富的数据接口，目前市场上有很多成熟的第三方插件可供选用，其中功能强且易学易用的插件之一为GearTrax，打开后界面如图7所示。在GearTrax中选定齿轮参数后，点击右下角"绘制"，即可完成齿廓曲线绘制。之后在SolidWorks中通过拉伸、切除特征等一系列操作，最终可得到直齿圆柱齿轮的三维模型。
   
    填写螺旋角8的值可绘制相应斜齿轮模型，点击其它选项卡可选择创建锥齿轮、蜗轮蜗杆等的三维模型。此外，该插件还支持创建链轮、同步带轮、V带轮、花键等三维模型。
   

    4 结论
   
    三种建模方法的特点是：
   
    1)描点法是构建齿轮参数化模型通用的方法。它可以推广至各种不同齿廓曲线齿轮的建模。需要建立相应的齿廓曲线的数学模型，利用计算软件求得一系列离散点的坐标值，在三维造型软件中描点绘出齿廓曲线草图后，进行拉伸或切除等命令即可得到齿轮的三维模型。其过程较为繁琐。优点是只要建立精确的数学模型，多取些型值点就可以获得较高的曲线精度，从而提高三维模型的精度。
   
    2)参数法需要有相应的模版文件。模版文件将描点法中的分析曲线、建立数学模型、计算型值点坐标等过程编写好程序，将程序内置，界面通常比较简单。对常用的标准齿轮建模，如直齿轮、锥齿轮和涡轮等。如果精度要求不是很高，用这种方法是很方便的。用户只需输入参数，就可以方便而迅速地建立需要的模型了。
   
    3)利用插件法也是一种便捷的建模方法，但必须获得开发商授权。这三种在SolidWorks中建立渐开线齿轮三维模型的方法具有很强的实用性，实际使用时可根据情况灵活应用。对进一步进行齿轮有限元分析、齿轮啮合运动学和动力学分析等具有重要意义。