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一种齿轮齿条建模方法

阅读：1068发布：2020-10-03

IPRDB可以提供一种齿轮齿条建模方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及工程建模技术领域，尤其涉及一种齿轮齿条建模方法。一种齿轮齿条建模方法包括以下步骤：a、创建一个齿轮；b、在一个齿轮齿槽内创建与之咬合匹配的齿条的单个齿样；c、沿着齿轮的切向方向创建齿条的条形基体，并通过调整条形基体的位置将条形基体与所述齿样拼接；d、沿着条形基体的延伸方向阵列所述的齿样以生成齿条的各个齿；e、将条形基体与各个齿拼合为一个整体以生成齿条；f、分别创建齿轮文档和齿条文档。通过采用本发明的建模方法，建模的过程中，齿轮和齿条是作为一个装配体进行建模的，从而保证了齿轮和齿条的啮合精度。此外，本发明还简化了齿轮和齿条的建模步骤，提高了建模的效率。，下面是一种齿轮齿条建模方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种齿轮齿条建模方法，其特征在于包括以下步骤：

a、创建一个齿轮(20)；

b、在一个齿轮齿槽(12)内创建与之咬合匹配的齿条(19)的单个齿样(16)；

c、沿着齿轮(20)的切向方向创建齿条(19)的条形基体(18)，并通过调整条形基体(18)的位置将条形基体(18)与所述齿样(16)拼接；

d、沿着条形基体(18)的延伸方向阵列所述的齿样(16)以生成齿条(19)的各个齿；

e、将条形基体(18)与各个齿拼合为一个整体以生成齿条(19)；

f、分别创建齿轮文档和齿条文档。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：在步骤b中，首先在齿轮齿槽(12)内绘制齿样端面，然后沿着齿轮厚度方向拉伸齿样端面以创建所述的齿样(16)。

3.根据权利要求2所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：齿样端面沿着齿轮厚度的拉伸距离等于齿轮的厚度。

4.根据权利要求2所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：齿样端面的绘制包括如下的步骤，首先绘制齿轮分度圆(3)，所述齿轮分度圆(3)与所述齿轮齿槽(12)的左侧齿轮轮廓线相交于左交点(13)、与所述齿轮齿槽(12)的右侧齿轮轮廓线相交于右交点，连接左交点(13)和右交点创建一条基线(14)，然后在所述齿轮齿槽(12)内绘制一个齿样四边形(15)，所述齿样四边形(15)包括分别朝向齿轮齿槽(12)左右两侧槽壁的左边和右边，还包括朝向齿轮(20)内侧的上边以及朝向齿轮(20)外侧的下边，调试齿样四边形(15)的四边并使得左边与齿轮齿槽(12)左侧的齿轮轮廓线相切于左交点(13)、使得右边与齿轮齿槽(12)右侧的齿轮轮廓线相切于右交点、使得上边和下边分别与所述基线(14)平行。

5.根据权利要求4所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：所述上边和下边分别位于基线(14)的两侧，所述上边与基线(14)的距离等于齿轮模数，所述下边与基线(14)的距离等于1.25的倍齿轮模数。

6.根据权利要求4所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：在步骤c中，首先在齿轮端面所在的平面内绘制一个条形基体端面，然后通过沿着齿轮(20)的厚度方向拉伸条形基体端面以创建所述的条形基体(18)。

7.根据权利要求6所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：条形基体端面沿着齿轮厚度的拉伸距离等于齿轮的厚度。

8.根据权利要求6所述的齿轮齿条建模方法，其特征在于：条形基体端面的绘制包括如下步骤，首先绘制一个齿条四边形(17)，然后将齿条四边形(17)调试成矩形，然后将矩形用于朝向齿样端面的长边与齿样四边形(15)的下边重合。

说明书全文

一种齿轮齿条建模方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工程建模技术领域，尤其涉及一种齿轮齿条建模方法。

背景技术

[0002] 随着科技的不断发展，人们对制造机械操作精度的要求也越来越高，传统粗放型的机械设备也在向高速度、大功率、高精度的方向转型发展。为了适用这种发展趋势，机械设备中各种传动机构的传动性能、使用寿命、结构设计也在不断优化升级。

[0003] 以常见的齿轮齿条传动机构来说，为了保证良好的传动性能，齿轮和齿条之间必须具有较好的啮合精度，而齿轮齿条的啮合精度又受限于具体的建模方法，但是现有技术中并没有专门针对齿轮和齿条的通用的建模方法，这就导致齿轮和齿条在实际建模生产过程中存在标准不一、齿轮和齿条的啮合精度无法保证的问题。此外，由于现有技术中齿轮和齿条的建模方法通常采用分别建模的方式，即齿轮和齿条分别依照各自的尺寸标准进行建模，当建模成型后，建模者并不能直接确定齿轮和齿条是否具有较高的啮合精度，通常需要后续的组合装配才能确定创建的模型是否适配，这种建模方式使得模型创建的步骤较为复杂，模型建立后通常还需要后续的调试，降低了建模的效率，使得齿轮和齿条的建模成本较高。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种齿轮齿条建模方法，用于解决现有技术中齿轮和齿条的建模过程较为复杂，建模完成后啮合精度无法保证的技术问题。

[0005] 本发明的一种齿轮齿条建模方法采用如下的技术方案：

[0006] 一种齿轮齿条建模方法包括以下步骤：

[0007] a、创建一个齿轮；

[0008] b、在一个齿轮齿槽内创建与之咬合匹配的齿条的单个齿样；

[0009] c、沿着齿轮的切向方向创建齿条的条形基体，并通过调整条形基体的位置将条形基体与所述齿样拼接；

[0010] d、沿着条形基体的延伸方向阵列所述的齿样以生成齿条的各个齿；

[0011] e、将条形基体与各个齿拼合为一个整体以生成齿条；

[0012] f、分别创建齿轮文档和齿条文档。

[0013] 有益效果：通过采用本发明的建模方法，建模的过程中，齿轮和齿条是作为一个装配体进行建模的，这样建立的齿轮和齿条必然具有较好的啮合精度，从而保证了齿轮和齿条的良好装配。此外，本发明建模成型后不需要通过将齿轮和齿条重新装配来验证齿轮和齿条是否具有较好的啮合精度，这样简化了齿轮和齿条的建模步骤，提高了建模的效率。

[0014] 进一步地，在步骤b中，首先在齿轮齿槽内绘制齿样端面，然后沿着齿轮厚度方向拉伸齿样端面以创建所述的齿样。

[0015] 进一步地，齿样端面沿着齿轮厚度的拉伸距离等于齿轮的厚度。其有益效果是：使得齿样与齿轮的厚度一致，从而保证了啮合精度。

[0016] 进一步地，齿样端面的绘制包括如下的步骤，首先绘制齿轮分度圆，所述齿轮分度圆与所述齿轮齿槽的左侧齿轮轮廓线相交于左交点、与所述齿轮齿槽的右侧齿轮轮廓线相交于右交点，连接左交点和右交点创建一条基线，然后在所述齿轮齿槽内绘制一个齿样四边形，所述齿样四边形包括分别朝向齿槽左右两侧槽壁的左边和右边，还包括朝向齿轮内侧的上边以及朝向齿轮外侧的下边，调试齿样四边形的四边并使得左边与齿轮齿槽左侧的齿轮轮廓线相切于左交点、使得右边与齿轮齿槽右侧的齿轮轮廓线相切于右交点、使得上边和下边分别与所述基线平行。

[0017] 进一步地，所述上边和下边分别位于基线的两侧，所述上边与基线的距离等于齿轮模数，所述下边与基线的距离等于1.25的倍齿轮模数。

[0018] 进一步地，在步骤c中，首先在齿轮端面所在的平面内绘制一个条形基体端面，然后通过沿着齿轮的厚度方向拉伸条形基体端面以创建所述的条形基体。

[0019] 进一步地，条形基体端面沿着齿轮厚度的拉伸距离等于齿轮的厚度。其有益效果是：使得齿条与齿轮的厚度保持一致，从而保证了齿轮和齿条良好的啮合精度。

[0020] 进一步地，条形基体端面的绘制包括如下步骤，首先绘制一个齿条四边形，然后将齿条四边形调试成矩形，然后将矩形用于朝向齿样端面的长边与齿样四边形的下边重合。

附图说明

[0021] 图1是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的渐开线绘制示意图；

[0022] 图2是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿轮分度圆和渐开线的交点与圆心的连接线示意图；

[0023] 图3是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的对称中心线示意图；

[0024] 图4是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的镜像平面示意图；

[0025] 图5是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的对称后两个渐开线示意图；

[0026] 图6是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的渐开线切线示意图；

[0027] 图7是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿轮拉伸实体示意图；

[0028] 图8是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿槽边线示意图；

[0029] 图9是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿轮示意图；

[0030] 图10是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿轮分度圆与轮齿轮廓线的交点示意图；

[0031] 图11是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的基线示意图；

[0032] 图12是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿样端面各边调试前示意图；

[0033] 图13是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿样端面各边调试后示意图；

[0034] 图14是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿样示意图；

[0035] 图15是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的条形基体端面调试前示意图；

[0036] 图16是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的条形基体端面调试后示意图；

[0037] 图17是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的条形基体拉伸成型后示意图；

[0038] 图18是本发明的一种齿轮齿条建模方法的实施例1的齿条和齿轮创建完毕后示意图。

[0039] 附图标记说明如下：

[0040] 1-齿轮根圆，2-齿轮基圆，3-齿轮分度圆，4-齿轮顶圆，5-渐开线，6-连接线，7-对称中心线，8-镜像平面，9-渐开线切线，10-齿轮拉伸实体，11-齿槽边线，12-齿轮齿槽，13-左交点，14-基线，15-齿样四边形，16-齿样，17-齿条四边形，18-条形基体，19-齿条，20-齿轮。

具体实施方式

[0041] 为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下面以在UG软件中建立模型为例对齿轮和齿条的具体建模步骤进行详细说明。

[0042] 本发明的齿轮齿条建模方法的实施例1：

[0043] 首先启动UG软件，单击“新建”按钮，将【新建】对话框中的“名称”设为“齿轮齿条.prt”，“单位”设为“毫米”，然后选取“模型”模块。单击“确定”按钮，进入建模环境。

[0044] 进入建模环境后首先创建一个齿轮，齿轮20的创建方法很多，现有技术中也公开了很多齿轮20的建模过程，以下仅列举出一种齿轮20建模过程。

[0045] 本实施例中齿轮20的模数m为0.5mm，齿数zm为20，齿宽(即齿轮20的厚度)为2.0mm，压力角为20.0°，通过上述参数分别计算出齿轮根圆1、齿轮基圆2、齿轮分度圆3以及齿轮顶圆4的直径，然后绘制齿轮即可。

[0046] 首先以原点为圆心在XOY平面内绘制四个同心圆，四个同心圆分别为齿轮根圆1、齿轮基圆2、齿轮分度圆3以及齿轮顶圆4。需要说明的是齿轮根圆1、齿轮基圆2、齿轮分度圆3以及齿轮顶圆4分别位于不同的草图中。然后点开选取“菜单|工具|表达式”命令，在【表达式】对话框中添加渐开线5的参数，如表1所示，表中db为齿轮基圆2直径。齿轮基圆2的渐开线5绘制完毕后如图1所示。

[0047] 表1渐开线参数

[0048]名称公式
t 1
theta 45*t
xt db*cos(theta)/2+theta*π/360*db*sin(theta)
yt db*sin(theta)/2-theta*π/360*db*cos(theta)
zt 0

[0049] 然后将齿轮分度圆3与渐开线5的交点与圆心连接，并创建一条连接线6，具体如图2所示。然后经过圆心创建一条对称中心线7，如图3所示，该对称中心线7即为同一齿槽两侧的渐开线5的对称线。该对称中心线7与连接线6的夹角可以通过公式360°/zm/2/2计算得到，式中z表示齿轮20的齿数。由于一对轮齿和齿槽的角度为360°/zm，在齿轮分度圆3上，因为每个轮齿的宽度和齿槽的宽度相等，所以每个轮齿的角度为360°/zm/2，故两条渐开线5的对称中心线7的角度为360°/zm/2/2。通过计算可得，本实施例中连接线6与对称中心线7的夹角为4.5°。

[0050] 然后选取“菜单|插入|基准/点|基准平面”命令，在【基准平面】对话框中选取对称中心线7和Z轴，创建一个镜像平面8，镜像平面8创建后如图4所示。然后选取“菜单|插入|派生曲线|镜像”命令，以刚才创建的镜像平面8，镜像对称渐开线5，镜像后生成两条渐开线5，具体如图5所示。然后在XOY平面内分别绘制两条渐开线切线9，各渐开线切线9的分别与对应渐开线5相切于渐开线5与齿轮分度圆3交点的位置处，具体如图6所示。

[0051] 选中“拉伸”按钮，然后以齿轮顶圆4为拉伸曲线沿着Z轴方向拉伸创建一个齿轮拉伸实体10，拉伸完毕后如图7所示。然后单击“拉伸”按钮，在辅助工具条中选“相切曲线”选项，单击“在相交处停止”按钮，使之呈灰色。然后在【拉伸】对话框中单击“曲线”按钮，选取齿槽边线11的各段线段，齿槽边线11选取完毕后如图8中粗线所示。然后在【拉伸】对话框中“指定矢量”选Z轴负方向，勾选“开放轮廓智能体积”后，“开始”选“贯通”，“结束”选“贯通”，“布尔”选“减去”，单击“确定”按钮，创建一个齿槽。最后选取“菜单|插入|关联复制|阵列特征”命令，在【阵列特征】对话框中选取齿槽为“要形成阵列的特征”，单击【阵列特征】对话框中的“确定”按钮，创建阵列特征即完成齿轮20的创建，创建的齿轮20如图9所示。

[0052] 齿轮20创建完毕后，在齿轮齿槽12内创建一个与之咬合匹配的齿条19的单个齿样16。单个齿样16的创建包括如下步骤：

[0053] 首先在齿轮齿槽12内绘制一个齿样端面，绘制齿样端面时，首先在齿轮20的一侧端面所在平面内重新绘制齿轮分度圆3，齿轮分度圆3绘制后如图10所示，齿轮分度圆3与齿轮齿槽12的左侧齿轮轮廓线相交于左交点13、与所述齿轮齿槽12的右侧齿轮轮廓线相交于右交点，需要说明的是左交点13和右交点只是便于区分，左交点13和右交点均构成本实施例中齿轮分度圆3与对应齿轮轮廓线的交点。然后选取“菜单|插入|曲线|直线”命令，在工具条中选取“相交”按钮，在齿轮20的单个齿槽内绘制一条同时经过左交点13和右交点的基线14，基线14绘制完成后如图11所示。

[0054] 在齿轮20的一侧端面所在平面内绘制一个齿样四边形15，齿样四边形15包括分别朝向齿轮齿槽12左右两侧槽壁的左边和右边，还包括朝向齿轮内侧的上边以及朝向齿轮外侧的下边。然后调试齿样四边形15的四个边，并使得左边与齿轮齿槽12左侧的齿轮轮廓线相切于左交点13、使得右边与齿轮齿槽12右侧的齿轮轮廓线相切于右交点、使得上边和下边分别与所述基线14平行。

[0055] 左边在调试的过程中，首先单击“几何约束”按钮，在【几何约束】对话框中单击“点在曲线上”按钮，选取左交点13，再在【几何约束】对话框中单击“选择要约束到的对象”按钮，然后选取齿样四边形15的左边，通过上述命令即可将齿样四边形15的左边相切于齿轮齿槽12左侧的齿轮轮廓线的左交点13处。右边的调试方式与左边的调试方式相同，通过采用相同的调试方式将右边调至与齿轮齿槽12右侧的齿轮轮廓线相切于右交点处。

[0056] 然后在【几何约束】对话框中单击“平行”按钮，将齿样四边形15的上边和下边调至与基线14平行，本实施例中上边和下边分别位于基线14的两侧。需要说明的是，调试过程中上边与基线14的距离等于m，即为0.5mm，m为齿轮20的模数；上边与基线14的距离等于1.25m，即为0.625mm，具体如图13所示，图13中β为齿轮20压力角的余角，本实施例中β为
70°。

[0057] 齿样端面创建完毕后，通过【拉伸】对话框将齿样端面沿着Z轴方向(即齿轮20厚度方向)拉伸创建齿样16即可，创建生成的齿样16如图14所示。需要说明的是，由于本实施例中齿轮20的厚度为2.0mm，为了提高齿条19与齿轮20的咬合匹配精度，本实施例中齿条19的厚度也为2.0mm，所以齿样端面在拉伸的距离即为2.0mm，即齿样端面沿着齿轮厚度的拉伸距离等于齿轮20的厚度。

[0058] 齿样16创建完毕后，沿着齿轮20的切向方向创建齿条19的条形基体18，条形基体18建立过程中，首先在齿轮端面所在平面内绘制一个条形基体端面，条形基体端面的绘制包括如下步骤：首先任意绘制一个齿条四边形17，如图15所示，再单击“几何约束”按钮，在【几何约束】对话框中单击“共线”按钮，通过上述命令使得齿条四边形17的用于朝向齿样端面的长边与齿样四边形15的下边重合，然后单击“平行”按钮，通过“平行”命令将齿条四边形17调试成平行四边形，然后单击“垂直”按钮，将平行四边形的四个角均调试成直角，从而最终调试成矩形。最后单击“重合”按钮，使得齿条四边形17的右上侧顶点与齿样四边形15的右下侧顶点重合，如图16所示。最后对矩形的尺寸进行修改，本实施例中矩形的尺寸为
35mm×1mm。

[0059] 条形基体端面创建完成后，通过【拉伸】对话框将条形基体端面沿着Z轴方向拉伸，从而完成条形基体18的创建。需要说明的是，条形基体端面的拉伸距离也等于齿轮20的厚度，即为2.0mm。拉伸创建完成的条形基体18如图17所示。

[0060] 选取“菜单|插入|关联复制|阵列特征”命令，在【阵列特征】对话框中“布局”选取“线性”，“指定矢量”选取“曲线/轴矢量”按钮，选取齿条长边(即齿条延伸方向)为阵列方向，“间距”选取“数量和间隔”，然后输入“数量”和“节距”，单击“确定”按钮，齿样16即沿着条形基体18的延伸方向进行阵列，从而生成齿条19的各个齿，即完成齿条19齿阵列特征的创建。最后单击“合并”按钮，将各个齿和条形基体18合并成一个整体即可，生成的齿条19如图18所示。

[0061] 最后在在WAVE模式下分别创建齿条文档和齿轮文档。首先在左边的工具条中先选“装配导航器”，再在空白处单击鼠标右键，在下拉菜单中选“WAVE”，然后在“装配导航器”中选取“齿轮齿条”，单击鼠标右键，选“WAVE”，选“新建层”命令，在【新建层】对话框中单击“指定部件名”按钮，在【选择部件名】对话框中输入文件名为“齿条”，单击“OK”按钮。然后在【新建层】对话框中单击“类选择”按钮，先在工具条中选取“实体”，然后选取齿条19，单击“确定”按钮，在“装配导航器”中“齿轮齿条”的下层文件中添加“齿条”，即完成“齿条.prt”文档的创建。通过采用上述相同的创建方法，创建“齿轮.prt”文档。最后单击“保存”按钮，文件夹中添加了“齿条.prt”和“齿轮.prt”两个文档。

[0062] 本发明的实施例2，与实施例1的区别特征在于：可以采用其他的绘图软件进行齿条和齿轮的建模，例如solidworks、PROE等。

[0063] 本发明的实施例3，与实施例1的区别特征在于：齿轮可以采用现有技术中其他的建模方式进行创建，例如授权公告号为CN103678818B和授权公告号为CN102198543B两篇专利文件中所公开的齿轮建模方法。

[0064] 以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

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一种齿轮齿条建模方法

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