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本研究在任意转角位置的渐开线齿轮齿廓参数方程的基础上应用Inventor编程生成精确的齿轮齿廓曲线,进而实现渐开线圆柱齿轮三维精确造型与强度分析。
根据参考文献中的齿顶圆弧、渐开线齿廓曲线、齿根过渡圆弧、齿根圆弧四段曲线方程构成。设齿宽为b,螺旋角为β的齿轮,令参考文献中的式(15)、(16)的t=0,整理得渐开线齿轮齿面的数学模型。
式中变量的意义、取值范围与对应的渐开线齿轮齿廓参数方程[5]中的意义相同。齿廓曲线的齿顶圆弧和齿根圆部分可直接通过
圆弧绘制当中的AddByCenterStartEndPoint方式来创建。过渡圆弧和渐开线部分则利用二次开发技术来绘制。由于参数方程中只有唯一变量,因此可以根据展角的变化范围进行编程。思路如下:根据展角θ的取值范围将θ分成N等分,由参数方程求得曲线上一系列点的坐标值,用样条曲线连接所有点即得到单侧齿廓曲线。当所取的点足够多时,就能绘出精确的齿廓曲线。将求得的单侧齿廓曲线的y坐标值取负后用同样的方法得到另一侧的齿廓曲线。最后绘制出齿轮齿槽截面草图结果见图。
新建草图,绘制圆柱齿轮毛坯圆,直径等于齿顶圆,对草图执行拉伸命令,拉伸宽度为B,得到齿轮毛坯三维实体。Inventor提供了多种方法生成单个齿槽,在此利用螺旋扫掠功能。将已生成的齿槽图沿指定螺旋路径执行扫掠切削功能,即可在圆柱体齿轮毛坯上切削出一个齿槽,结果见图。其中定义螺旋路径的高度H=B,圈数R=Btan(β)/(2πr)[6],β为齿轮螺旋角。
将切削出的齿槽特征以毛坯轴线为中心进行环形阵列,数目与齿轮齿数相同,就完成了渐开线斜齿轮三维造型。对生成的实体添加轴孔、键槽等特征之后即可得到渐开线斜齿轮的三维实体模型,结果见图。
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