基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计

从零件的参数化建模转变到产品的参数化建模（利用UG/WAVE技术—基于系统的建模）从基于二维工程图纸的开发过程转变到以三维实体模型为中心的开发过程（利用主建模方法）

从部门的CAD/CAE/CAM数据管理转变到产品生命周期的数据管理（利用EDSPLM解决方案）

UG每次的最新版本都代表了当时先进制造技术的发展前沿，很多现代设计方法和理论都能较快地在版本中体现出来。例如在并行工程中强调的几何关联设计、参数化设计等都是这些先进方法的体现。

UG软件的主要新特点是：提供了一个基于过程的虚拟产品开发设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造；实现了知识驱动型自动化和利用知识库进行建模，同时能自上而下进行设计以确定子系统和接口，实现完整的系统库建模。

UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性。同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型的数控机床。另外，它所提供的二次开发语言UG/Open GRIP、UG/Open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：

集成的产品开发环境；

产品设计相关性与并行协作； 基于知识的工程管理； 设计的客户化；

采用复杂的复合建模技术，可将各种建模技术融为一体； 用基于特征的参数驱动建模和编辑方法作为实体造型基础； 便捷的复杂曲面设计能力；

强大的工程图功能，增强了绘制工程图的实用性； 提供了丰富的二次开发工具。

UG软件在产品的设计制造过程中，能充分体现并行工程的思想。在产品设计的早期，它的下游应用部门（如工艺部门、加工部门、分析部门等）就已经介入设计阶段，所以设计过程是一个可反馈、修改的过程。其强大的参数化功能能够支持模型的实时修改，系统能自动刷新模型，以满足设计要求。由此，这种设计过程不必等产品全部设计完，才进行下游工作，而是在产品初步设计后，就可进行方案评审，并不断修改设计，直到达到设计要求。

同时，UG软件最新的UG NX版本系列还是其与I-DEAS软件进行整合的版本，实现了它们之间的互操作性。这两个系统彼此能互相访问，在一个集成中进行设计，也都可以对该设计进行分析或加工。用户可以充分利用两套软件的优势来优化自己的产品研发流程，获取更高的价值。两套系统之间保证双向变更的相关通知及更新，并保护设计意图，实现对历程树等的智能跟踪。按阶段，两套软件将逐步实现针对几何参数、模型文件、产品数据的互操作性。比如，在绘制产

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基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计

品的二维图形时，可以将I-DEAS的数据自动读入UG NX中，在草图设计中追加约束条件。

本设计主要是在UG的图形环境中实现一对啮合直齿圆锥齿轮的三维参数，并利用电子表格对它的主要参数进行驱动并生成新的零件。

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第二章 直齿圆锥齿轮的相关计算

2.1概述

锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图2-1所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关\圆柱\在锥齿轮中就变成了\圆锥\，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s＝；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。[1]

图2-1直齿锥齿轮轴向截面图

2.1.1齿轮传动的优缺点

齿轮传动的主要优点是：①传动效率高；②工作可靠；③使用寿命长；④传动比准确；⑤结构紧凑；⑥功率和速度适用范围很广等。 2.1.2 齿轮传动的分类

按轴的布置方式分类：①平行轴齿轮传动；②相交轴齿轮传动；③交错轴齿轮传动。

按轴线相对于齿轮母线方向分类：①直齿；②斜齿；③人字齿；④曲线齿。 按齿轮传动工作条件分类：①闭式传动；②开式传动；③半开式传动。

按齿廓曲入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，故轮齿易磨损，多用于低速度、不重要的场合。闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，为多数齿轮传动所采用。半开式齿轮传动，齿轮浸入油池内，上装护罩，但不封闭。 2.1.3齿轮传动的基本要求

齿轮传动应满足如下的基本要求：

①传动平稳 要求瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动和噪音，保证较高的运动精度；

②承载能力高 要求在尺寸小、重量轻的前提下，轮齿的强度高、耐磨性

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好，能达到预定的工作寿命。

在齿轮设计时，只要齿轮设计合理，齿轮材料及热处理选择合适，制造质量高，达到规定的制造精度，就能达到预定的功能要求。线分类：①渐开线齿；②摆线齿；③圆弧齿。

按齿面硬度分类：①软齿面（≤350HBS）；②硬齿面（>350HBS）。 2.2齿论传动的失效形式、设计准则与材料及热处理 2.2.1齿轮传动的失效形式

齿轮传动常见的失效形式有轮齿折断和齿面损伤。齿面损伤又有齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等。 2.2.1.1轮齿折断

折断一般发生在齿根部位。折断一种是由多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断；另一种是因短时的过载或冲击载荷而造成的过载折断。如图2-2所示。两种折断均发生在轮齿受拉应力的一侧。

齿宽较小的直齿圆柱齿轮，齿根裂纹一般是从齿根沿横向扩展，最后发生全齿的疲劳折断。齿宽较大的直齿圆柱齿轮，一般因制造误差使载荷集中在齿的一端，裂纹扩展可能沿斜方向，最后发生局部齿折断。斜齿圆柱齿轮和人字齿轮因接触线是倾斜的，其齿根裂纹往往从齿根斜向齿顶的方向扩展，最后发生局部齿疲劳折断。

当齿轮受到短时过载或冲击载荷时，易引起轮齿过载折断。 采用正变位等方法增加齿根圆角半径可减少齿根处的应力集中，能提高轮齿的抗折断能力。降低齿面的粗糙度，对齿根处进行喷丸、辊压等强化处理工艺等，均可提高轮齿的抗疲劳折断能力。

图 2-2齿面折断

2.2.1.2齿面点蚀

由于齿面的接触应力是交变的，应力经过多次重复后，在节线附近的表面上，会出现若干小裂纹（如图2-3）。封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀。点蚀出现的结果，往往产生强烈的振动和噪音，导致齿轮失效。

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