一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法

技术领域

本发明涉及齿轮设计技术领域，具体是指一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法。

背景技术

CATIA已经成为欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的计算机辅助设计系统，CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端(end to end)的解决方案，CATIA涉及产品、加工和人三个关键领域，CATIA不仅能够为所有产品建模，还能够在现实行为背景下建模，在体验时代进行设计；依托于CATIA平台，不需要新开发基础软件即可实现功能，节省软件开发费用，计算结果准确、省时、省力，计算精度理论上可以达到千分之一。现有的斜齿轮建模方法大部分都是采用fog的方式生成参数方程，再制作出若干点，通过点连成线成为渐开线，再进一步绘制齿轮模型，重复性偏差，设计效率低。

发明内容

本发明的目的为了是解决上述问题，提供一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法，更为科学的解决现有建模方法的齿轮设计效率低、重复性偏差的问题。

本发明提供一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法，包括以下步骤：

S1.建立齿轮建模数据库；对CATIA建模环境进行初步设置；设定建模所必须的知识管理定义变量库、公式及规则，包括参数树形视图设置、勾选设定值、输入公式；设定显示全部的结构树；定义CATIA中的规则曲线公式和齿轮参数化方程，包含齿轮基圆半径rb、渐开线圈数n、渐开线起始角θ、起始角弧度值a1；所述齿轮基本参数包含模数m、齿轮分度圆半径r、压力角a2、齿根圆半径rf、齿顶圆半径rk、齿厚H、齿数Z；

S2.输入齿轮参数，生产基圆；在CATIA参数设置界面输入拟建模的齿轮初始参数，在XY面建立齿轮轮廓的圆；

S3.定义XZ面的规则曲线，定义YZ面的规则曲线；

S4.利用XZ面和YZ面生成的规则曲线混合成空间曲线；

S5.空间曲线投影到基圆面生成齿轮一侧齿廓线；

S6.输入齿轮基本参数生成齿轮齿廓线；

S7.将生成齿轮的参数进行定义，生成齿轮实体；

S8.对生成的齿轮实体模型的突兀部分进行倒圆、倒角处理，美化模型；

S9.将本次完成的齿轮建模整理存档形成齿轮模型设计数据库模板，供后续调用。

具体地，所述步骤S1中，依据机械原理中齿轮建模常用方程，设定建模所必须的公式包含：

公式一：k＝2·n·PI

公式二：r＝m·z/2

公式三：rb＝r·cos(a2)

公式四：rf＝r-1.25·m rk＝r+m

公式五：a＝`θ`·2·PI/(360·1deg)

公式六：x＝r·sin((k·t+a)·1rad)-r·k·t·cos((k·t+a)·1rad)

公式七：y＝r·cos((k·t+a)·1rad)+r·k·t·sin((k·t+a)·1rad)

其中：k表示n圈的弧度值；

PI表示圆周率；

公式六与公式七中的t表示n圈弧度值的修正系数，t的取值范围为0≤t＜1。

具体地，所述步骤S4中，依据XY平面三角函数公式，再引入X

x＝r×sinθ-r×θ×cosθ (1)

y＝r×cosθ+r×θ×sinθ (2)

X

具体地，所述步骤S6中，输入的齿轮参数后还需通过对称、旋转、裁剪、阵列命令生成基本的齿轮齿廓。

具体地，所述步骤S7中，定义齿轮参数后还需通过平移、旋转、多截面实体等命令生成齿轮模型。

本发明的有益效果在于：

本发明基于CATIA工业设计平台提供一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法，采用平面平移规则曲线的方式快速拟合空间曲线；空间曲线投影到基圆生成齿轮齿廓线；根据齿轮参数带入模板即可快速生成齿轮模型；具有建模流程简单，参数简单，已完成的齿轮模型可快速生成模板重复使用，提升建模效率。

附图说明

图1为一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法流程图；

图2为步骤S2在XY平面建立基圆的示意图；

图3为步骤S3在XZ平面建立规则曲线示意图；

图4为步骤S4在YZ平面建立规则曲线示意图；

图5为步骤S5所述两平移规则曲线及混合空间曲线示意图；

图6为步骤S6空间曲线投影到基圆面生成齿轮一侧齿廓线；

图7为步骤S7生成齿轮齿廓示意图；

图8为步骤S8生成齿轮实体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示，一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法，包括以下步骤：

S1.建立齿轮建模数据库；对CATIA建模环境进行初步设置；设定建模所必须的知识管理定义变量库、公式及规则，包括参数树形视图设置、勾选设定值、输入公式；设定显示全部的结构树；定义CATIA中的规则曲线公式和齿轮参数化方程，包含齿轮基圆半径rb、渐开线圈数n、渐开线起始角θ、起始角弧度值a1；所述齿轮基本参数包含模数m、齿轮分度圆半径r、压力角a2、齿根圆半径rf、齿顶圆半径rk、齿厚H、齿数Z；

S2.输入齿轮参数，生产基圆；在CATIA参数设置界面输入拟建模的齿轮初始参数，在XY面建立齿轮轮廓的圆；

图2所示，建立齿轮基圆以后，垂线穿过基圆的中心，做参考线。

S3.定义XZ面的规则曲线，定义YZ面的规则曲线；

图3所示，XZ面的规则曲线以基圆的垂线为起点按XZ面的曲线方程生成规则曲线；

图4所示，YZ面的规则曲线以基圆的边界为起点按YZ面的规则曲线方程生成规则曲线。

S4.利用XZ面和YZ面生成的规则曲线混合成空间曲线；

图5所示两平移规则曲线及混合空间曲线。

S5.空间曲线投影到基圆面生成齿轮一侧齿廓线；

图6所示，空间曲线投影基圆面生成齿轮齿廓线。

S6.输入齿轮基本参数生成齿轮齿廓线；图7所示，应用CATIA对称、旋转命令绘制，生成齿轮的基本齿廓。

S7.将生成齿轮的参数进行定义，生成齿轮实体；

图8所示，应用CATIA平移旋转多截面命令绘制生成实体齿轮。

S8.对生成的齿轮实体模型的突兀部分进行倒圆、倒角处理，美化模型；

S9.将本次完成的齿轮建模整理存档形成齿轮模型设计数据库模板，供后续调用。

具体地，所述步骤S1中，依据机械原理中齿轮建模常用方程，设定建模所必须的公式包含：

公式一：k＝2·n·π

公式二：r＝m·z/2

公式三：rb＝r·cos(a2)

公式四：rf＝r-1.25·m rk＝r+m

公式五：a＝`θ`·2·PI/(360·1deg)

公式六：x＝r·sin((k·t+a)·1rad)-r·k·t·cos((k·t+a)·1rad)

公式七：y＝r·cos((k·t+a)·1rad)+r·k·t·sin((k·t+a)·1rad)

其中：k表示n圈的弧度值；

PI表示圆周率；

公式六与公式七中的t表示n圈弧度值的修正系数，t的取值范围为0≤t＜1。

具体地，所述步骤S4中，依据XY平面三角函数公式，再引入X

所述空间曲线生成规则满足下式：

x＝r×sinθ-r×θ×cosθ (1)

y＝r×cosθ+r×θ×sinθ (2)

X

具体地，所述步骤S6中，输入的齿轮参数后还需通过对称、旋转、裁剪、阵列等命令才能生成基本的齿轮齿廓。

具体地，所述步骤S7中，定义齿轮参数后还需通过平移、旋转、多截面实体等命令生成齿轮模型。

综上所述，本发明基于CATIA工业设计平台提供一种基于平面规则曲线生成渐开线齿廓的齿轮建模方法，采用平面平移规则曲线的方式快速拟合空间曲线；空间曲线投影到基圆生成齿轮齿廓线；根据齿轮参数带入模板即可快速生成齿轮模型；具有建模流程简单，参数简单，已完成的齿轮模型可快速生成模板重复使用，提升建模效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。