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，以設計某一型號減速器的直齒圓柱齒輪為例，介紹了利用CAXA、UG軟件對齒輪進行快速精確建模設計的過程，并根據(jù)實際設計需求，用軟件對所設計齒輪進行了仿真分析。過程表明，這2種軟件結合對齒輪進行設計建模快捷、有效，為其他類似產(chǎn)品研發(fā)設計提供了有效的依據(jù)。

　　齒輪傳動具有效率高、結構緊湊、工作可靠壽命長和傳動平穩(wěn)等顯著特點，是機械傳動中最主要的一類傳動，應用很廣泛，最常用的傳動齒輪是漸開線齒輪。

　　由于齒廓曲線是漸開線，在設計齒輪進行三維建模時，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，費工費時，精度也有限，且建模的精度將會影響到后續(xù)的有限元分析、仿真結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)來實現(xiàn)其建模或利用三維建模軟件本身提供的強大建模功能完成對齒輪的建模，其中，二次開發(fā)的方法投入大，周期長，通用性差，而利用CAD軟件可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)形狀復雜零件的三維建模，并進行相應的后續(xù)仿真分析等。UG是被廣泛使用的CAD軟件，它具有強大的三維建模功能，并能對所建模型進行后續(xù)的受力分析、運動仿真及進行數(shù)控加工等。而CAXA 電子圖板是帶有種類齊全的參量國標圖庫的高效、方便、智能化的國產(chǎn)二維繪圖CAD軟件。因此在設計齒輪時，常可以把2個軟件結合起來使用，實現(xiàn)建模的快速準確，提高產(chǎn)品的研發(fā)設計效率，下面以實例來介紹這種方法。

　　1 創(chuàng)建齒輪的三維實體模型

　　1.1 建立齒輪端面齒廓曲線

　　如為某型號減速器設計圓柱直齒齒輪，齒廓曲線是漸開線。齒輪設計參數(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可以利用UG 中本身具有基于特征、尺寸約束、數(shù)據(jù)相關、尺寸驅(qū)動設計修改的參數(shù)化設計的功能來設計。但需要首先利用UG的“表達式(Expression)”模塊把漸開線方程表示出來，再用“曲線(Curve)”模塊生成一個單齒1側的漸開線曲線，通過齒輪的齒頂圓、齒根圓等參數(shù)修剪出一個輪齒1側的齒廓曲線;再畫出該單輪齒的中心線，利用“鏡像”命令可以做出對應側的齒廓曲線，即做出了單個輪齒的齒廓曲線;再用“變換”、“多重復制”等命令即可畫出所有齒的輪廓曲線，即齒輪端面齒廓曲線。但這個建造過程比較繁瑣，容易出錯，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標圖庫的特點直接用其畫齒輪命令，只要輸入齒輪的相應參數(shù)，即可直接繪制出相應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，導人到UG 中。用CAXA電子圖板參數(shù)化參量國標圖庫畫的齒輪端面齒廓曲線生成過程及結果示意圖如圖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 完成齒輪的實體模型

　　用UG建齒輪的實體模型時，直接把CAXA電子圖板生成的二維齒輪端面齒廓曲線文件導入，用“拉伸”命令對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”等相關命令完成鍵槽等相關幾何尺寸，即完成齒輪的精確實體模型的建造，過程如圖3所示。

　　2 齒輪的仿真分析

　　應用UG 自身帶的“高級仿真”模塊對所設計的齒輪進行仿真分析。首先，定義齒輪的材料，該例中根據(jù)齒輪的實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/℃，強度極限取650MPa，屈服極限取360 MPa。根據(jù)齒輪實際工況條件，加約束，加載荷，選擇定義的材料，分單元網(wǎng)格，然后進行仿真分析。仿真分析的結果可以以圖示或報告的形式給出，根據(jù)結果可以分析輪齒在載荷作用下變形量的大小及應力應變的大小，看是否滿足設計的要求。若不滿足要求，則可以通過更改其材料或其它相應的尺寸參數(shù)等，重新進行設計分析，直到滿足設計要求為止。

　　3 結語

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