曾 媛

（江西應(yīng)用科技學(xué)院，江西 南昌 330000）

CREO軟件是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的三維CAD/CAM工程軟件之一，與其他的CAD/CAM軟件相比，其最大的特點(diǎn)與優(yōu)勢就是全參數(shù)化[1]。在設(shè)計(jì)過程中，可以充分利用CREO軟件的參數(shù)化功能，無需重復(fù)進(jìn)行齒輪的建模，設(shè)置好相關(guān)的齒輪參數(shù)，一旦齒輪參數(shù)發(fā)生改變，模型也能隨之變化，高效率地完成一個(gè)設(shè)計(jì)過程[2]。還能虛擬仿真齒輪傳動(dòng)，驗(yàn)證齒輪設(shè)計(jì)的正確性，使得齒輪設(shè)計(jì)更加直觀。

1 齒輪模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)

1.1 建模參數(shù)與關(guān)系式的建立

參數(shù)化的設(shè)計(jì)，即基本結(jié)構(gòu)相同但是規(guī)格不相同的模型可以通過尺寸驅(qū)動(dòng)生成新的模型。為了能夠使三維模型進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)，需要設(shè)置所需的參數(shù)，并賦初始值及命名，然后添加合理的參數(shù)驅(qū)動(dòng)關(guān)系。在CREO軟件“零件”模塊中，將表1所示的相關(guān)齒輪參數(shù)賦值，“類型”為實(shí)數(shù)型，其中部分（HF、HA、DA、DB、DF、 D）參數(shù)需要通過關(guān)系計(jì)算，所以無需指定固定的數(shù)值。

表1 添加參數(shù)并賦值

繪制4個(gè)圓，并對(duì)其變量名稱依次命名為DA（齒頂圓直徑）、DB（基圓直徑）、D（分度圓直徑）以及DF（齒根圓直徑）。并把表1所示的部分（HF、HA、DA、DB、DF、 D）參數(shù)在CREO軟件中添加相對(duì)應(yīng)的關(guān)系式。得到如圖1所示的基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。（直徑單位均為mm）

圖1 漸開線曲線的生成

1.2 漸開線的生成

在CREO軟件中，通過首先選擇新建“基準(zhǔn)曲線”，選擇“從方程”建立，輸入如下所示的漸開線曲線方程，即可自動(dòng)生成一條基于設(shè)計(jì)變量的漸開線曲線，另外一條漸開線只需要通過鏡像操作即可得到，如圖1所示。

1.3 齒輪實(shí)體建模

基于上述操作，在CREO軟件中，采用“拉伸”命令創(chuàng)建完第一個(gè)齒之后，利用陣列命令創(chuàng)建整個(gè)齒輪，為了實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，需將陣列的尺寸增量關(guān)系設(shè)置為“360/Z”。得到如圖2所示齒輪實(shí)體。

圖2 齒輪實(shí)體

1.4 創(chuàng)建齒輪修飾

基于上述操作，在CREO軟件中同樣采用“拉伸”命令創(chuàng)建凹槽修飾，選擇任意一邊的齒輪平面為草繪平面，進(jìn)行拉伸“去除材料”，為了實(shí)現(xiàn)齒輪修飾的參數(shù)化，需對(duì)相關(guān)變量添加關(guān)系式，如表2所示。

表2 齒輪修飾相關(guān)參數(shù)

1.5 齒輪的參數(shù)化模型

在CREO軟件中，基于以上操作，最終可得到如圖3所示的完整參數(shù)化齒輪即大齒輪模型。創(chuàng)建參數(shù)化齒輪之后，通過修改表1所示的相關(guān)參數(shù)，本文只修改齒寬B與齒數(shù)Z，分別修改為32與20，且刪除凹槽與小孔，只保留軸孔，最終得到小齒輪模型如圖4所示。

圖3 大齒輪模型

圖4 小齒輪模型

1.6 齒輪傳動(dòng)裝配模型

在添加模型之前，需要?jiǎng)?chuàng)建基準(zhǔn)軸，選取ASM-TOP與ASM-RIGHT平面相交線建立基準(zhǔn)軸A1。添加小齒輪模型，選用銷釘連接，定義小齒輪軸線與基準(zhǔn)軸A1對(duì)齊，小齒輪FRONT平面與ASM-FRONT重合；新建平面DTM1與ASMRIGHT平面，相距大小齒輪的中心距離100/2+40/2=70 mm，以DTM1與TOP平面相交線建立基準(zhǔn)軸A2作為大齒輪的裝配軸，用同樣的方式將大齒輪模型添加到組建模型中，此時(shí)齒輪傳動(dòng)的裝配模型完成，如圖5所示。

圖5 齒輪裝配模型

2 齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

2.1 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真

裝配好零件后，在“應(yīng)用程序”中選擇“機(jī)構(gòu)”，定義“齒輪副”。大小齒輪的節(jié)圓直徑設(shè)置為分度圓直徑，即設(shè)置40 mm與100 mm；選取小齒輪定義為“伺服電動(dòng)機(jī)”，且設(shè)置小齒輪的運(yùn)動(dòng)速度為50°/s。設(shè)定完成之后，可以開始運(yùn)動(dòng)仿真，在仿真過程中如若發(fā)生干涉現(xiàn)象，則機(jī)構(gòu)就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到齒輪機(jī)構(gòu)干涉檢測的目的[3-5]。

2.2 仿真結(jié)果

進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”選擇“分析定義”類型時(shí)選擇“動(dòng)力學(xué)”，這樣可以生成一個(gè)結(jié)果集。進(jìn)行“測量”，在大小齒輪齒頂圓處分別新建一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（即測量點(diǎn)）。測量這兩個(gè)點(diǎn)速度相對(duì)于時(shí)間的變化規(guī)律，測量結(jié)果曲線如圖6所示。

分析測量結(jié)果可知，大齒輪的線速度為υ1＝18.10 mm/s，小齒輪的線速度為υ2＝19.14 mm/s。根據(jù)角速度ω＝v/r，其中r代表的是齒頂圓半徑。可得小齒輪的角速度ω1＝v1/r1＝0.87 rad/s，大齒輪的角速度ω2＝v2/r2＝0.348 rad/s，由此可知大小齒輪的傳動(dòng)比=ω2/ω1＝2.5，與本文設(shè)置的參數(shù)理論傳動(dòng)比=大齒輪齒數(shù)Z1/小齒輪齒數(shù)Z2=50/20=2.5相等，說明齒輪建模正確。

3 總結(jié)

本文通過CREO軟件對(duì)齒輪進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)以及運(yùn)動(dòng)仿真。利用CREO軟件進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，具有快捷性、通用性與精確性等。本文的設(shè)計(jì)方法可為初學(xué)者設(shè)計(jì)齒輪提供相關(guān)參考以及為復(fù)雜的齒輪設(shè)計(jì)奠定相關(guān)基礎(chǔ)。