本文探討了使用CAXA、UG快速精確為齒輪建模和仿真分析的相關(guān)內(nèi)容。

　　介紹了常用于齒輪三雛建模的方法和它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以設(shè)計(jì)某一型號(hào)減速器的直齒圓柱齒輪為例，介紹了利用CAXA、UG軟件對(duì)齒輪進(jìn)行快速精確建模設(shè)計(jì)的過程，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求，用軟件對(duì)所設(shè)計(jì)齒輪進(jìn)行了仿真分析。過程表明，這2種軟件結(jié)合對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)建模快捷、有效，為其他類似產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)提供了有效的依據(jù)。

　　齒輪傳動(dòng)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠壽命長(zhǎng)和傳動(dòng)平穩(wěn)等顯著特點(diǎn)，是機(jī)械傳動(dòng)中最主要的一類傳動(dòng)，應(yīng)用很廣泛，最常用的傳動(dòng)齒輪是漸開線齒輪。

　　由于齒廓曲線是漸開線，在設(shè)計(jì)齒輪進(jìn)行三維建模時(shí)，齒廓曲線需要滿足漸開線方程，直接用漸開線方程建模比較麻煩，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，精度也有限，且建模的精度將會(huì)影響到后續(xù)的有限元分析、仿真結(jié)果以及齒輪的制造精度等。工程中常用的齒輪建模方法主要采用二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)其建模或利用三維建模軟件本身提供的強(qiáng)大建模功能完成對(duì)齒輪的建模，其中，二次開發(fā)的方法投入大，周期長(zhǎng)，通用性差，而利用CAD軟件可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜零件的三維建模，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)仿真分析等。UG是被廣泛使用的CAD軟件，它具有強(qiáng)大的三維建模功能，并能對(duì)所建模型進(jìn)行后續(xù)的受力分析、運(yùn)動(dòng)仿真及進(jìn)行數(shù)控加工等。而CAXA 電子圖板是帶有種類齊全的參量國(guó)標(biāo)圖庫的高效、方便、智能化的國(guó)產(chǎn)二維繪圖CAD軟件。因此在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，常可以把2個(gè)軟件結(jié)合起來使用，實(shí)現(xiàn)建模的快速準(zhǔn)確，提高產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)效率，下面以實(shí)例來介紹這種方法。

　　1 創(chuàng)建齒輪的三維實(shí)體模型

　　1.1 建立齒輪端面齒廓曲線

　　如為某型號(hào)減速器設(shè)計(jì)圓柱直齒齒輪，齒廓曲線是漸開線。齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下：模數(shù)m=4mm，齒數(shù)Z=21，壓力角α=2O°，齒寬b=54mm。建立齒輪端面齒廓曲線時(shí)可以利用UG 中本身具有基于特征、尺寸約束、數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改的參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能來設(shè)計(jì)。但需要首先利用UG的“表達(dá)式(Expression)”模塊把漸開線方程表示出來，再用“曲線(Curve)”模塊生成一個(gè)單齒1側(cè)的漸開線曲線，通過齒輪的齒頂圓、齒根圓等參數(shù)修剪出一個(gè)輪齒1側(cè)的齒廓曲線;再畫出該單輪齒的中心線，利用“鏡像”命令可以做出對(duì)應(yīng)側(cè)的齒廓曲線，即做出了單個(gè)輪齒的齒廓曲線;再用“變換”、“多重復(fù)制”等命令即可畫出所有齒的輪廓曲線，即齒輪端面齒廓曲線。但這個(gè)建造過程比較繁瑣，容易出錯(cuò)，精度低，速度慢。可以利用CAXA電子圖板軟件本身具有的參量國(guó)標(biāo)圖庫的特點(diǎn)直接用其畫齒輪命令，只要輸入齒輪的相應(yīng)參數(shù)，即可直接繪制出相應(yīng)齒輪的端面齒廓曲線，再把生成的端面齒廓曲線保存成*.dwg、*.dxf或*.igs格式，導(dǎo)人到UG 中。用CAXA電子圖板參數(shù)化參量國(guó)標(biāo)圖庫畫的齒輪端面齒廓曲線生成過程及結(jié)果示意圖如圖1、圖2所示。

　　由圖示過程可以看出，利用CAxA電子圖板參數(shù)化建立齒輪端面齒廓曲線，方便、快捷、精確度高。

　　1.2 完成齒輪的實(shí)體模型

　　用UG建齒輪的實(shí)體模型時(shí)，直接把CAXA電子圖板生成的二維齒輪端面齒廓曲線文件導(dǎo)入，用“拉伸”命令對(duì)齒輪端面齒廓曲線直接拉伸到輪齒的寬度b=54 mm 即可得輪齒的精確模型，再用“拉伸去除”等相關(guān)命令完成鍵槽等相關(guān)幾何尺寸，即完成齒輪的精確實(shí)體模型的建造，過程如圖3所示。

　　2 齒輪的仿真分析

　　應(yīng)用UG 自身帶的“高級(jí)仿真”模塊對(duì)所設(shè)計(jì)的齒輪進(jìn)行仿真分析。首先，定義齒輪的材料，該例中根據(jù)齒輪的實(shí)際取材及材料的性能參數(shù)定義材料。材料為45鋼，密度為7.8g/cm3，彈性模量E取21OGPa，切變模量G取為8l GPa，泊松比取為0.25，熱膨脹系數(shù)取18.48×10-6/℃，強(qiáng)度極限取650MPa，屈服極限取360 MPa。根據(jù)齒輪實(shí)際工況條件，加約束，加載荷，選擇定義的材料，分單元網(wǎng)格，然后進(jìn)行仿真分析。仿真分析的結(jié)果可以以圖示或報(bào)告的形式給出，根據(jù)結(jié)果可以分析輪齒在載荷作用下變形量的大小及應(yīng)力應(yīng)變的大小，看是否滿足設(shè)計(jì)的要求。若不滿足要求，則可以通過更改其材料或其它相應(yīng)的尺寸參數(shù)等，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。

　　3 結(jié)語

　　利用CAXA 電子圖板具有參量國(guó)標(biāo)齒輪圖庫精確快捷繪制齒輪端面齒廓曲線的功能和UG三維軟件強(qiáng)大的建模及設(shè)計(jì)分析功能，實(shí)現(xiàn)了齒輪的快速精確建模及設(shè)計(jì)分析，提高了產(chǎn)品的研發(fā)效率，為類似產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)提供了有效的方法。