差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)（太原）,差速器,參數(shù),設(shè)計(jì),太原 畢業(yè)設(shè)計(jì) 差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 曲良 學(xué)號(hào)： 102012135 系 部： 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械電子工程 指導(dǎo)教師： 劉嘉 二零一四年 六 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目：差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì) 系部： 機(jī)械工程系 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué)號(hào)：102012135 學(xué)生：曲良 指導(dǎo)教師（含職稱(chēng)）： 劉嘉（講師） 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人： 張煥梅 1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo) （1）分析影響差速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成差速器的設(shè)計(jì)步驟確定； （2）利用高級(jí)語(yǔ)言完成差速器參數(shù)化設(shè)計(jì)。 2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容 （1）完成對(duì)差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份； （2）完成參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件一份； （3）完成差速器部件的三維建模和裝配。 3．主要參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社 《C++程序設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社 《汽車(chē)設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 4．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)各階段名稱(chēng) 起 止 日 期 1 開(kāi)題準(zhǔn)備 2013.12.15-2014.3.01 2 完成差速器的設(shè)計(jì) 2014.3.01-2014.4.15 3 完成參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件 2014.4.16-2014.5.30 4 完成說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě) 2014.6.01-2014.6.10 5 提交設(shè)計(jì)，答辯 2014.6.11-2014.6.20 誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 本人簽名： 年 月 日 差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì) 摘要：直齒圓錐齒輪廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)差速器上，由于其形狀很復(fù)雜, 設(shè)計(jì)過(guò)程中需要計(jì)算的參數(shù)很多。一般是先計(jì)算其相關(guān)參數(shù), 然后在CAD 軟件中手工造型。其設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜繁瑣，重復(fù)性勞動(dòng)太多，并且對(duì)于同一類(lèi)型但尺寸不同的圓錐齒輪不能實(shí)現(xiàn)模型的自動(dòng)更新。 如果對(duì)CAD 軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā), 編制專(zhuān)用的圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)則可以解決這個(gè)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)選擇采用UGNX軟件，利用UG二次開(kāi)發(fā)工具UG OPEN API和VC++聯(lián)合開(kāi)發(fā)了汽車(chē)差速器圓錐齒輪的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng), 該系統(tǒng)能夠根據(jù)輸入的參數(shù)精確而快速地生成齒輪實(shí)體模型，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。 關(guān)鍵詞：差速器 ，直齒圓錐齒輪，UG，二次開(kāi)發(fā)，參數(shù)化 Parametric design of differential Abstract：Straight bevel?gears?are widely used in? differential,?because its?shape is very complicated,?a lot of???the design process.?Is generally the first to??related parameters,?and then manually?in the CAD softwaremodeling.?The design?process is complex,?repetitive work?too much,?and t update the?same type but sizes?of bevel gear?can not?achieve model. If ?the two?secondary development of CAD?software,?making?the bevel gear?parametri design system??can solve this problem.?This design?uses UGNX?software,parameterized solid modeling?system using the UG?two?development tool UG?OPENAPI and?VC++ joint development?of automobile?differential bevel gear,?the system canaccording to the input parameters?accurately and?quickly generate?gear solid model,greatly?improve the design quality?and design efficiency. Keywords: Differential ，Straight bevel?gear， UG，Re-develop，Parametric 目 錄 1 前言 1 1.1課題研究背景 1 1.2課題研究的目的以及研究?jī)?nèi)容 1 1.3本課題研究的主要工作 2 2 差速器參數(shù)化系統(tǒng) 3 2.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件簡(jiǎn)介 3 2.1.1 UG軟件簡(jiǎn)介 3 2.1.2 VC++簡(jiǎn)介 3 2.2 UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介 3 2.2.1 UG/OPEN API 4 2.2.2 UG OPEN UIStyler 4 3 差速器的設(shè)計(jì) 6 3.1汽車(chē)差速器的功用及其分類(lèi) 6 3.2設(shè)計(jì)差速器的選型 8 3.3設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來(lái)源與依據(jù) 8 3.4差速器結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)圖 8 3.4.1差速器結(jié)構(gòu)方案圖 8 3.4.2差速器的結(jié)構(gòu)分析 9 3.4.3差速器的工作原理 10 3.5差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計(jì) 12 3.6錐齒輪最終設(shè)計(jì)方案 15 3.7 差速器殼體的建模 19 4 差速器的三維參數(shù)化建模 20 4.1直齒錐齒輪的手工建模 20 4.1.1直齒錐齒輪的建模思路 20 4.1.2齒輪常用的齒形曲線(xiàn)—漸開(kāi)線(xiàn) 21 4.1.3漸開(kāi)線(xiàn)的形成及其特性 21 4.1.4繪制思路 23 4.2繪制過(guò)程 24 4.2.1建立漸開(kāi)線(xiàn)齒廓曲線(xiàn) 24 4.3差速器的整體模型 27 4.4直齒錐齒輪的參數(shù)化建模 28 4.4.1創(chuàng)建人機(jī)交互界面——對(duì)話(huà)框 28 4.4.2 編寫(xiě)菜單文件 29 4.5 創(chuàng)建應(yīng)用程序框架 30 結(jié)論 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 附錄 37 55 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 1.1課題研究背景 差速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件之一,主要安裝在驅(qū)動(dòng)橋內(nèi),其各構(gòu)件的強(qiáng)度和力矩的分配,對(duì)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向性能、通過(guò)性和可靠性有決定性的影響。汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中,兩側(cè)車(chē)輪在相同時(shí)間滾過(guò)的距離往往是不同的,內(nèi)側(cè)車(chē)輪滾過(guò)的距離短，外側(cè)車(chē)輪滾過(guò)的距離遠(yuǎn)[1]。即使汽車(chē)作直線(xiàn)行駛,也會(huì)由于各種原因，例如，路面不平、輪胎的磨損而高低不平、汽車(chē)內(nèi)部的磨損導(dǎo)致汽車(chē)傾斜等種種原因?qū)е伦笥臆?chē)輪行駛距離的不同。在這種工況下,如果兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪剛性連接,其速度只能是相等的,則在轉(zhuǎn)彎或是直線(xiàn)行駛時(shí),都可能引起車(chē)輪的滑移或滑轉(zhuǎn)。如果輪胎經(jīng)常處于滑移或滑轉(zhuǎn)狀態(tài),不僅會(huì)加劇輪胎磨損,功率和燃料消耗,而且使轉(zhuǎn)向沉重,影響汽車(chē)的通過(guò)性和操縱穩(wěn)定性。因此,為了使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪可用不同的速度旋轉(zhuǎn),一般在兩半軸間安裝差速器[2]。 差速器如此重要，其設(shè)計(jì)也很繁瑣復(fù)雜，直齒錐齒輪、殼體設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜。如果對(duì)CAD 軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā), 編制專(zhuān)用的圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)則可以解決這個(gè)問(wèn)題。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法就是將模型中的定量信息變量化, 使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對(duì)于變量化參數(shù)賦予不同的數(shù)值, 就可得到不同大小和形狀的零件模型, 從而加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)效率，減少重復(fù)勞動(dòng)。 在目前流行的三維CAD/ CAE/ CAM 軟件中, Pro/E 、UGNX 、CATIA 和SolidWorks以其強(qiáng)大的三維建模功能以及優(yōu)秀的參數(shù)化技術(shù), 在制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)其部件，可以大大減輕工作量，提高工作效率，加快工作完成進(jìn)度。本設(shè)計(jì)選擇采用UGNX軟件，利用UG二次開(kāi)發(fā)工具UG OPEN API和VC++聯(lián)合開(kāi)發(fā)了汽車(chē)差速器圓錐齒輪的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)[3], 該系統(tǒng)能夠根據(jù)輸入的參數(shù)精確而快速地生成齒輪實(shí)體模型，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。 1.2課題研究的目的以及研究?jī)?nèi)容 研究目的：完成差速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)，從而能夠在UG中快速生成差速器部件模型。 本設(shè)計(jì)主要是基于WINDOWS平臺(tái)在VC++環(huán)境下創(chuàng)建UGNX三維設(shè)計(jì)軟件的二次開(kāi)發(fā)工程。其具體內(nèi)容為： （1）三維造型—在UG建模系統(tǒng)里面進(jìn)行直齒錐齒輪和差速器的三維造型； （2）搭建框架—用VC++創(chuàng)建二次開(kāi)發(fā)工具應(yīng)用程序基本框架； （3）編譯與連接—用已經(jīng)做好的兩個(gè)庫(kù)文件來(lái)執(zhí)行； （4）菜單設(shè)計(jì)—在UG OPEN UI系統(tǒng)的菜單欄里添加新的菜單； （5） UI(用戶(hù)界面) 對(duì)話(huà)框—通過(guò)資源文件的編寫(xiě)和控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)界面對(duì)話(huà)框的生成； （6）模型生成—通過(guò)在對(duì)話(huà)框中輸入所需參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)三維模型的生成[3]。 1.3本課題研究的主要工作 (1) 差速器的設(shè)計(jì) 選擇某種車(chē)輛的差速器，分析其驅(qū)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算得到差速器部件的各種數(shù)據(jù)。再根據(jù)其數(shù)據(jù)，完成一種差速器的設(shè)計(jì)。 (2) 直齒圓錐齒輪以及差速器的建模 根據(jù)計(jì)算得到的差速器數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的直齒錐齒輪參數(shù)。根據(jù)此數(shù)據(jù)，在UG建模系統(tǒng)中，完成錐齒輪的三維建模。在此基礎(chǔ)上，完成與錐齒輪的配合的差速器殼體的三維建模，并完成齒輪與殼體的裝配，完成差速器的整體建模。 (3)User-Function函數(shù)的應(yīng)用以及代碼編譯 學(xué)習(xí)UF函數(shù)，并在VC++框架中實(shí)現(xiàn)函數(shù)的調(diào)用，能夠完成簡(jiǎn)單的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，逐步完成設(shè)計(jì)所需代碼的編譯。 (4) UG OPEN API模塊完成二次開(kāi)發(fā) 首先，在UG OPEN UIStyler模塊完成用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)；然后在VC++中建立關(guān)于UG的工程，編譯代碼，實(shí)現(xiàn)User-Function函數(shù)的調(diào)用；最后實(shí)現(xiàn)用戶(hù)界面與UG工程的接口函數(shù)的編譯，實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)的利用。完成參數(shù)化設(shè)計(jì)。 (5) 調(diào)試檢驗(yàn) 二次開(kāi)發(fā)編譯的代碼可能存在問(wèn)題，逐步分析代碼，找出并修正錯(cuò)誤。同時(shí)調(diào)試二次開(kāi)發(fā)生成的文件，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化出圖。 2 差速器參數(shù)化系統(tǒng) 2.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件簡(jiǎn)介 2.1.1 UG軟件簡(jiǎn)介 UG是Unigraphics的縮寫(xiě)，這是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，主要功能有：工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、NC設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶(hù)的迅速增長(zhǎng)，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。 2.1.2 VC++簡(jiǎn)介 VC++全稱(chēng)Microsoft Visual C++，是微軟公司推出的開(kāi)發(fā)WIN32環(huán)境程序，面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)。它不但具有程序框架自動(dòng)生成、靈活方便的類(lèi)管理、代碼編寫(xiě)和界面設(shè)計(jì)集成交互操作、可開(kāi)發(fā)多種程序等優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置就可使其生成程序框架支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)接口、OLE2、WinSock網(wǎng)絡(luò)、3D控制界面[4]。 2.2 UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介 UG軟件作為CAD/CAE/CAM一體化軟件系統(tǒng),不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、參數(shù)化造型、裝配和工程圖創(chuàng)建等功能,還提供了功能強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)工具UG/OPEN。 UG/OPEN隨UG一起發(fā)布,以開(kāi)放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺(tái)提供靈活的開(kāi)發(fā)支持用戶(hù)或第三方可以使用該開(kāi)發(fā)工具,開(kāi)發(fā)出基于UG系統(tǒng)的應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)與UG系統(tǒng)的無(wú)縫集成,從而滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊需求[5]。UG/OPEN開(kāi)發(fā)工具主要包括4個(gè)模塊,即UG/OPEN API、UG/OPEN GRIP、UG/OPEN MenuScrip、UG/OPEN UIStyler。 本次設(shè)計(jì)主要選用UG/OPEN API和UG/OPEN UIStyler，以下是兩種模塊簡(jiǎn)介。 2.2.1 UG/OPEN API UG/Open API(UG開(kāi)放應(yīng)用程序接口)，也稱(chēng)作User API，也稱(chēng)作User Function(用戶(hù)函數(shù))。它是UG/Open二次開(kāi)發(fā)軟件包 Function(用戶(hù)函數(shù))的一個(gè)重要組成部分。其核心包括了約2000個(gè)C函數(shù)， 分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)大部分的UG操作。通過(guò)調(diào)用這些C函數(shù)，用戶(hù)自編的程序能查詢(xún)并修改UG對(duì)象模型，處理使用者和UG界面的交互, 控制UG的行為等。 UG/Open API提供了比GRIP更多的對(duì)UG及其模塊進(jìn)行操作的功能，包括建模、裝配、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、制造等。它支持C/C++語(yǔ)言，可以充分發(fā)揮C語(yǔ)言編譯、運(yùn)行效率高，功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。并且，這些API函數(shù)可以無(wú)縫地集成到C++程序中，并利用強(qiáng)大的Microsoft Visual C++集成環(huán)境進(jìn)行編譯。這樣，就可以充分地發(fā)揮出VC強(qiáng)大的功能和極其豐富的資源，包括MFC類(lèi)庫(kù)，使用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ǎ瑑?yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)。根據(jù)程序運(yùn)行環(huán)境的不同，UG/Open?API程序可分為兩種模式： ?(1)外部(External)程序模式：UG/Open?API外部程序可以脫離UG環(huán)境．在操作系統(tǒng)下單獨(dú)運(yùn)行，運(yùn)行的結(jié)果通常不能在UG圖形界面中顯示，也無(wú)用戶(hù)交互界面，所以應(yīng)用較少。通常用于不需要圖形界面的后臺(tái)應(yīng)用程序，如打印機(jī)或繪圖儀輸出。? (2)內(nèi)部(Internal)程序模式：UG/Open?API內(nèi)部程序只能在UG環(huán)境下運(yùn)行，用VC++將應(yīng)州程序編譯鏈接生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(*.dll)文件，UG啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，供用戶(hù)菜單調(diào)用，用戶(hù)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序能與UG軟件無(wú)縫集成。并且這種模式下有較好的人機(jī)交互性，因此應(yīng)用較為廣泛。 2.2.2 UG OPEN UIStyler UG/Open UIStyler是一個(gè)構(gòu)建UG風(fēng)格對(duì)話(huà)框的直觀(guān)可視化的編輯器。通過(guò)選擇和放置對(duì)話(huà)框控件，能實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得，可以避免復(fù)雜的圖形用戶(hù)接口(GUI)編程。而且，UIStyler創(chuàng)建的對(duì)話(huà)框可以在MenuSeripl中調(diào)用，因此可以實(shí)現(xiàn)在UG菜單項(xiàng)上調(diào)用UIStyler創(chuàng)建的對(duì)話(huà)框，從而將用戶(hù)應(yīng)用程序和UG完全融合。 對(duì)話(huà)框創(chuàng)建完成后，會(huì)在具存放的目錄下自動(dòng)生成3個(gè)文件，分別是*.dig、*.template.C和*.h文件[6]。其中*.dlg是對(duì)話(huà)框資源文件，定義了對(duì)話(huà)框樣式及控件事件的響應(yīng)函數(shù)名稱(chēng)，存放在用戶(hù)目錄下面的\applleation目錄內(nèi)，供用戶(hù)菜單調(diào)用；*.template.c是C語(yǔ)言源文件模板，它包含了對(duì)話(huà)框所有回調(diào)函數(shù)的定又，提供了一個(gè)具有對(duì)話(huà)框應(yīng)用的程序框架，該程序框架通過(guò)調(diào)用UG/Open API函數(shù)和訪(fǎng)問(wèn)對(duì)話(huà)框資源文件，實(shí)現(xiàn)最初的對(duì)話(huà)框界面功能，在程序標(biāo)明的位置添加用戶(hù)代碼，編寫(xiě)問(wèn)調(diào)函數(shù)即可以實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用功能；*.h文件是對(duì)話(huà)框頭文件。它包含了對(duì)話(huà)框控件標(biāo)識(shí)的定義以及控件事件響應(yīng)函數(shù)原型的聲明，供Visual C++編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)使用。  3 差速器的設(shè)計(jì) 3.1汽車(chē)差速器的功用及其分類(lèi)? 在汽車(chē)行業(yè)發(fā)展初期，法國(guó)雷諾汽車(chē)公司的創(chuàng)始人雷諾發(fā)明了汽車(chē)差速器，汽車(chē)差速器作為汽車(chē)必不可少的部件之一曾被汽車(chē)專(zhuān)家譽(yù)為“小零件大功用”。差速器的功用是當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 差速器的種類(lèi)趨于多元化，功用趨于完整化，目前汽車(chē)上最常用的是對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器，還有現(xiàn)在各種各樣的功能多樣的差速器。如：輪間差速器、防滑差速器、強(qiáng)制鎖止式差速器、高摩擦自鎖式差速器、托森差速器[2]。其中的托森差速器是一種新型差速器機(jī)構(gòu)，它能解決在其他差速器內(nèi)差動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)不能起差速作用的問(wèn)題和轉(zhuǎn)矩較大時(shí)不能自動(dòng)將差速器鎖死的問(wèn)題。 差速器按其結(jié)構(gòu)不同可以分為以下幾種形式：? （1）齒輪式：汽車(chē)上廣泛采用的是對(duì)稱(chēng)錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)鎖止式差速器等。? （2）凸輪式：現(xiàn)在常見(jiàn)的是滑塊凸輪式差速器，它是一種高摩擦自鎖差速器，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。? （3） 蝸輪式：蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器，這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。? （4） 牙嵌式：牙嵌式自由輪差速器是自鎖式差速器的一種，該差速器工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。 下面介紹普通對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器：普通的對(duì)稱(chēng)式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星齒輪(少數(shù)汽車(chē)采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車(chē)多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差速器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成[7]。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車(chē)、客車(chē)和各種公路用載貨汽車(chē)上．有些越野汽車(chē)也采用了這種結(jié)構(gòu)。  如圖3.1所示普通錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu)圖。 圖3.1普通錐齒輪差速器 如圖3.2所示普通錐齒輪差速器的結(jié)構(gòu)分解圖。 圖3.2普通錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)分解圖 3.2設(shè)計(jì)差速器的選型 汽車(chē)上廣泛采用的是對(duì)稱(chēng)錐齒輪式差速器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。它又分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)鎖止式差速器等[2]。 本設(shè)計(jì)選取某轎車(chē)上的普通錐齒輪式差速器，差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，2個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸,半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。 如上圖3.1和圖3.2。 3.3設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)的來(lái)源與依據(jù) 目標(biāo)車(chē)型參數(shù)如下表3.1： 表3.1 目標(biāo)車(chē)型參數(shù)表 軸距 2.62m 整車(chē)重量 2382Kg 車(chē)軸載荷分配 60/40 最大車(chē)速 192Km/h 輪胎半徑 0.35m 最低檔傳動(dòng)比 4.453 主傳動(dòng)比 2.18 發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)變速箱后輸出轉(zhuǎn)矩 3500Nm 3.4差速器結(jié)構(gòu)分析簡(jiǎn)圖 3.4.1差速器結(jié)構(gòu)方案圖 如圖3.1,對(duì)稱(chēng)式行星錐齒輪主要是由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪1和3，兩個(gè)行星齒輪2和2’，主動(dòng)齒輪5，從動(dòng)齒輪4組成。動(dòng)力傳輸?shù)街鲃?dòng)齒輪5，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝在從動(dòng)齒輪的軸支架又帶動(dòng)安裝在它上面的行星齒輪2和2’轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪與半軸齒輪相互嚙合，所以又將轉(zhuǎn)矩傳遞給半軸齒輪1和3，半軸齒輪與半軸相連，半軸又將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng),完成汽車(chē)的行駛[5]。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、安裝方便、調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 差速器結(jié)構(gòu)方案圖如如下圖3.3： 圖3.3 差速器結(jié)構(gòu)方案圖 3.4.2差速器的結(jié)構(gòu)分析 （1）行星齒輪2的背面大都做成球面，與差速器殼配合，保證行星齒輪具有良好的對(duì)中性，以利于和兩個(gè)半軸齒輪1和3正確地嚙合； （2）由于行星齒輪2和半軸齒輪3是錐齒輪傳動(dòng)，在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，沿行星齒輪和半軸齒輪的軸線(xiàn)有很大的軸向作用力，而齒輪和差速器殼之間又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為減少齒輪和差速器殼之間的磨損，在半軸齒輪背面與差速器殼相應(yīng)的摩擦面之間裝有平墊圈，而在行星齒輪和差速器殼之間裝有球面墊圈[7]。當(dāng)汽車(chē)行駛一定得里程。墊圈磨損后可以通過(guò)更換墊圈來(lái)調(diào)整齒輪的嚙合間隙，以提高差速器的壽命。 （3）在中、重型汽車(chē)上由于需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，所以要安裝四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸也要用十字軸。 此次選用的差速器是某轎車(chē)，為小型汽車(chē)，故只安裝兩個(gè)行星齒輪，中間用軸連接支撐。 3.4.3差速器的工作原理 差速器采用對(duì)稱(chēng)式錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖3.4所示 圖3.4 差速器差速原理圖 差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為ω0。半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為ω1和ω2。A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離均為r。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑r上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為ω0r.于是，ω1=ω2=ω0，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度[7]。 行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)也在進(jìn)行自傳，如圖當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度ω4自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的圓周速度為ω1r=ω0r+ω4r，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為ω2r=ω0r-ω4r。于是有： ω1r+ω2r=（ω0r+ω4r）+(ω0rr-ω4r) 即 ω1+ω2=2ω0 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示，則： n1+n2=2n0 （3-1） 式（3-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱(chēng)式齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)性方程式。它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)[7]。 由式（3-1）可得知： (1)當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍； (2)當(dāng)差速器殼轉(zhuǎn)速為零時(shí)，若一側(cè)半軸齒輪受到其他外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配M0：由主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩M0平均分配給左、右兩半軸齒輪，即 M1=M2=M0/2 （3-2） 當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速n1大于右半軸轉(zhuǎn)速n2，則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時(shí)行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩Mr方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力，因此當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)， M1=（M0-Mr）/2，M2=（M0+Mr）/2. （3-3） 左、右車(chē)輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Mr。 為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表示 K=（M2-M1）/M0=Mr/M0 （3-4） 差速器內(nèi)摩擦力矩Mr和其輸入轉(zhuǎn)矩M0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù)K?？炻胼S的轉(zhuǎn)矩之比M2/M1定義為轉(zhuǎn)矩比，以 Kb=M2/M1=(1+ K) /(1- K) （3-5） 目前廣泛使用的對(duì)稱(chēng)式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù) K =0.05～0.15，轉(zhuǎn)矩比Kb為1.1～1.4。可以認(rèn)為，無(wú)論左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。 在圖3.5容易看出汽車(chē)在直線(xiàn)行駛時(shí)候兩半軸的轉(zhuǎn)速相等和在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)兩半軸轉(zhuǎn)速不等： 圖3.5 差速器工作時(shí)轉(zhuǎn)矩變化圖 當(dāng)汽車(chē)在直線(xiàn)行駛時(shí)，此時(shí)行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車(chē)輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時(shí)左右車(chē)輪的轉(zhuǎn)速時(shí)相等的。 而當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，其中一個(gè)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)速大，一個(gè)轉(zhuǎn)速小，此時(shí)汽車(chē)就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。 3.5差速器非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)選用的差速器為兩個(gè)行星齒輪，一根直銷(xiāo)軸的整體式殼體差速器。非標(biāo)準(zhǔn)件主要有行星圓錐齒輪和行星齒輪軸。 對(duì)于安裝在半軸之間的差速器它的尺寸受到軸承座的限制，而影響差速器尺寸的主要就是齒輪的尺寸，所以如何把齒輪設(shè)計(jì)得更加優(yōu)化就顯得更加重要。如下圖3.6為行星齒輪初步方案圖。 圖3.6行星齒輪的方案圖 （1）行星齒輪數(shù)目n的選擇 轎車(chē)常用2個(gè)行星齒輪,載貨汽車(chē)和越野汽車(chē)多用4個(gè)行星齒輪,少數(shù)汽車(chē)采用3個(gè)行星齒輪。 本次設(shè)計(jì)選用兩個(gè)行星齒輪。即行星齒輪數(shù)n=2. （2）行星齒輪球面半徑RB的確定以及節(jié)錐距A0的計(jì)算 行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力。 球面半徑可按照如下公式確定： RB=KB3T mm （3-6） 上式中： KB— 為行星齒輪球面半徑系數(shù)?？扇?.52～2.99，對(duì)于有兩個(gè)行星齒輪的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，取大值，對(duì)于有4個(gè)行星齒輪的汽車(chē)取小值。此處取2.58。 T—為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）,T=min［Tce, Tcs］；取Tce和Tcs的較小值。 RB—球面半徑。 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： T = G2.φ.rrηLB.iLB （3-7） = 2860×9.8×60%×0.350.95×1 = 3960Nm 上式中： T—計(jì)算轉(zhuǎn)矩； G2—汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，此處取2382N。（根據(jù)轎車(chē)參數(shù)選取經(jīng)驗(yàn)值） φ——輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，一般取0.85。 rr——車(chē)輪的滾動(dòng)半徑，此處取0.35m。 ηLB，iLB——分別為由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)效率和減速比，傳動(dòng)效率為0.95，減速比為1。 則球面半徑RB=2.58×33960=40.8mm。 差速器行星齒輪球面半徑 RB確定后，則可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)計(jì)算節(jié)錐距A0： A0=（0.98~0.99）RB = 0.99×40.8=40.39mm 則可以初步選取節(jié)錐距為40mm。 （3）行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)計(jì)算 為了得到較大的模數(shù)從而使齒輪有較高的強(qiáng)度,應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(yīng)少于10。半軸齒輪的齒數(shù)采用14～25。半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比多在1.5～2范圍內(nèi)。 在任何圓錐行星齒輪式差速器中，左右兩半軸齒輪的齒數(shù)Z2L和Z2R之和能被行星齒輪的數(shù)目n所整除，否則將不能安裝，即應(yīng)滿(mǎn)足： （Z2L+Z2R）/ n=整數(shù) 上式中： Z2L、Z2R——為左右半軸齒輪的齒數(shù)，對(duì)于對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪差速器來(lái)說(shuō)，有： Z2L=Z2R n——為行星齒輪數(shù)目； 綜上，本課題設(shè)計(jì)中取行星齒輪齒數(shù)10，半軸齒輪齒數(shù)15。 （4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定 先初步求出行星齒輪和半軸齒輪的節(jié)錐角γ1和γ2： γ1=arctan（z1z2）=33.69° （3-8） γ2= arctan（z2z1）=56.31° （3-9） 上式中，z1，z2行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)。 然后可以初步確定圓錐齒輪的大端模數(shù)： m=2A0Z1sinγ1=2A0Z2sinγ2=4.4 上式中，A0，Z1，Z2在前面已初步確定。 算出模數(shù)后，節(jié)圓直徑d即求得： d=mz （3-10） 則可得出：d1=mz1=4.4×10=44； d2=mz2=4.4×15=66。 （5）壓力角的確定 過(guò)去汽車(chē)差速器齒輪都選用20°的壓力角,這時(shí)齒高系數(shù)為1,而最少齒數(shù)是13。目前汽車(chē)差速器齒輪大都選用22°30′的壓力角,齒高系數(shù)為0.8,最少齒數(shù)可減至10,并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下還可由切向修正加大半軸齒輪的齒厚,從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度[2]。 由于這種齒形的最少齒數(shù)比壓力角為20°的少,故可用較大的模數(shù)提高齒輪的強(qiáng)度。某些重型汽車(chē)和礦用汽車(chē)的差速器也可采用25°的壓力角。在具體設(shè)計(jì)方案中我們綜合考慮壓力角為22.5°和25°情況。在本次設(shè)計(jì)中，由于本設(shè)計(jì)的車(chē)型整車(chē)重量比普通微型車(chē)大很多，為了增加齒輪強(qiáng)度，因此我們考慮將齒輪的壓力角25°的壓力角。 3.6錐齒輪最終設(shè)計(jì)方案 由以上計(jì)算的可選擇得到圓錐齒輪的參數(shù)，如下表3.2所示： 表3.2 圓錐齒輪幾何參數(shù)計(jì)算表 行星齒輪數(shù)目選擇 2 行星齒輪球面半徑RB的確定 Tje=Temax.iTL.K0.ηT=3500×（2.18～4.05）×1×0.9 =6867～12758Nm rr=1000/（2×504×3.1416）=0.316m Tjφ=G2.φ. rr/（ηLBiLB）=2382×9.8×60%×0.85×0.316/0.95=3960Nm 取Tj=Tjφ 3960Nm 行星齒輪球面半徑系數(shù) KB=2.52～2.99 KB=2.58 RB=KB3Tj 40.82mm 行星齒輪齒數(shù) Z1 10 半軸齒輪齒數(shù) Z2 15 模數(shù) m 4.5mm 預(yù)選節(jié)錐距 A0=（0.98～0.99）RB 40.00mm 齒面寬 F=（0.25～0.3）A0=10～12 取F=12mm 齒工作高 hg=1.6m 7.2mm 齒全高 h=1.788m+0.051 8.10mm 壓力角 α 25° 軸交角 90° 節(jié)圓直徑 d1=mZ1 45mm  續(xù)表3.2圓錐齒輪幾何參數(shù)計(jì)算表 d12=mZ2 67.5mm 節(jié)錐角 γ1=arctan（Z1/Z2） 33.69° γ2=90-γ1 56.31° 節(jié)錐距 A0=d/（2sinγ1） 40.56mm 周節(jié) t=3.1416m 14.14mm 齒頂高 h1'=hg-h2' 4.53mm h2'=[0.43+0.370/(Z2/Z1)2]m 2.68mm 齒根高 h1″=1.788m-h1' 3.52mm h2″=1.788m-h2' 5.37mm 徑向間隙 C=h-hg 0.90mm 齒根角 δ1=arctan(h1″/A0) 4.96° δ2=arctan(h2″/A0) 7.55° 齒頂角 θ1=arctan(h1'/A0) 6.37° θ2=arctan(h2'/A0) 3.77° 面錐角 γ01=γ1+θ1 40.06° γ02=γ2+θ2 60.08° 根錐角 γR1=γ1-δ1 28.73° γR2=γ2-δ2 48.76°  續(xù)表3.2圓錐齒輪幾何參數(shù)計(jì)算表 外圓直徑 d01=d1+2h1'cosγ1 52.53mm  d02=d2+2h2'cosγ2 70.47mm 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外援距離： χ01=d2/2-h1'sinγ1 31.24 χ02=d1/2-h2'sinγ2 20.28mm 理論弧齒厚 S1=t-S2 7.69mm S2=t/2-(h1'-h2')tanα-τm 6.44mm 齒側(cè)間隙 B：0.127～0.178 B=0.15mm 弦齒厚 Sx1=S1-S13/(6d12)-B/2 7.58mm Sx2=S2-S23/(6d22)-B/2 6.36mm 弦齒高 hx1=h1'+S12cosγ1/(4d1) 4.80mm hx2=h2'+S22cosγ2/(4d2) 2.76mm 切向變位修正系數(shù) τ -0.0524 當(dāng)量齒輪分度圓半徑 rv1=d1/(2cosγ1) 27.04mm rv2=d2/(2cosγ2) 60.80mm 當(dāng)量齒輪齒頂圓半徑 rva1=rv1+h1' 31.56mm rva2=rv2+h2' 63.47mm 當(dāng)量齒輪齒頂壓力角 αva1=arcos(rv1cosα/rva1) 39.06° αva2=arcos(rv2cosα/rva2) 29.75°  續(xù)表3.2圓錐齒輪幾何參數(shù)計(jì)算表 大端齒頂圓齒厚 Sa1=S1rva1/rv1-2rva1(invαva1- invα) 2.69mm Sa2=S2rva2/rv2-2rva2(invαva2- invα) 3.90mm 以上是行星齒輪的參數(shù)，可以依據(jù)此參數(shù)在UG建模中實(shí)現(xiàn)行星齒輪的三維建模。 3.7 差速器殼體的建模 對(duì)于差速器殼體,其主要功用是支撐齒輪組的質(zhì)量,并承受主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩和振動(dòng),因此它應(yīng)該滿(mǎn)足如下設(shè)計(jì)要求: (1)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度； (2)在保證強(qiáng)度和剛度的前提下,盡量減小質(zhì)量以提高汽車(chē)行駛的平順性； (3)結(jié)構(gòu)工藝性好,成本低； (4)拆裝、調(diào)整、維修保養(yǎng)方便。 根據(jù)設(shè)計(jì)好的齒輪組的輪廓尺寸并且考慮一定的壁厚以及必要的工藝要求,采用經(jīng)典的整體式差速器殼體，其三維模型如下圖3.5： 圖 3.5 差速器殼體模型 4 差速器的三維參數(shù)化建模 4.1直齒錐齒輪的手工建模 4.1.1直齒錐齒輪的建模思路 圓錐齒輪是一種形狀復(fù)雜的三維實(shí)體，其造型精度的高低將直接影響到后續(xù)的有限圓分析、仿真結(jié)果以及齒輪的制造精度。目前，工程中常用的圓錐齒輪三維造型方法主要有兩種：一種是利用二次開(kāi)發(fā)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其造型；二是利用三維造型軟件提供的強(qiáng)大的造型功能完成齒輪的造型。其中，二次開(kāi)發(fā)的方法要求設(shè)計(jì)人員有一定的編程水平，造型周期相對(duì)較長(zhǎng)，而且編出的軟件也僅適用于特定的齒輪造型；而利用三維造型軟件可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜零件的三維造型[3]。 首先繪出錐齒輪的軸截面草圖，然后對(duì)草圖進(jìn)行尺寸約束，在設(shè)計(jì)錐齒輪時(shí)要確定主要參數(shù)，這樣才能使成型的物體驅(qū)動(dòng)。我確定的主要參數(shù)是模數(shù)m，齒數(shù)z，頂錐角δ。其他的尺寸都應(yīng)該用主要參數(shù)表示。然后對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，形成齒輪坯。然后利用規(guī)律曲線(xiàn)功能在齒輪背錐面的切平面上生成齒廓線(xiàn)，接著在同一平面上做齒底弧草圖。錐齒輪的齒廓曲線(xiàn)在理論上是球面曲線(xiàn)，但是球面不能展開(kāi)成平面，這給圓錐齒輪的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了很多困難，所以人們便采用一種近似的方法來(lái)研究圓錐齒輪的齒廓曲線(xiàn)：用背錐上的齒形來(lái)代替大端球面上的理論齒形，背錐可以展開(kāi)成平面，把背錐上的齒形展開(kāi)到與之相應(yīng)的平面上，補(bǔ)全齒輪，即可得到一圓拄齒輪齒形[9]。該齒輪稱(chēng)為相應(yīng)圓錐齒輪的當(dāng)量齒輪，用當(dāng)量齒輪的齒形來(lái)代替直齒圓錐齒輪大端球面上的理論齒形，其誤差是很小的，所以，可以先求出當(dāng)量齒輪的齒形曲線(xiàn)，然后纏繞到背錐上，即可得到圓錐齒輪大端齒廓曲線(xiàn)。我無(wú)法利用齒頂圓，分度圓和齒根圓確定齒底弧。后來(lái)我想分錐角是一定的，而分度圓可以用分錐角和齒頂高表示，同樣齒根圓可以用分錐角和齒根高表示，而齒頂圓可以利用軸截面草圖確定，所以我利用這種關(guān)系間接的用齒頂高和齒根高確定齒底弧草圖。然后對(duì)齒底弧進(jìn)行掃描，接著做出引導(dǎo)線(xiàn)，然后進(jìn)行剪切，生成一個(gè)單個(gè)的齒，然后對(duì)齒進(jìn)行陣列，這樣就完成了錐齒輪的三維參數(shù)化建模。再作出孔和鍵槽。 4.1.2齒輪常用的齒形曲線(xiàn)—漸開(kāi)線(xiàn) 首先分析漸開(kāi)線(xiàn)齒形曲線(xiàn)的特性，建立了相應(yīng)的漸開(kāi)線(xiàn)數(shù)學(xué)模型，以此指導(dǎo)漸開(kāi)線(xiàn)齒廓的參數(shù)化建模。 目前齒輪齒形曲線(xiàn)通常采用漸開(kāi)線(xiàn)、擺線(xiàn)及變態(tài)擺線(xiàn)，近年來(lái)還有圓弧和漸開(kāi)線(xiàn)齒形等。齒形齒廓除了要滿(mǎn)足定傳動(dòng)比外，還必需從設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、安裝及使用等方面要求，和其它的齒形相比，漸開(kāi)線(xiàn)擁有保持瞬時(shí)傳動(dòng)比恒等和可分離性等優(yōu)點(diǎn)，因此絕大部分的齒輪都是采用漸開(kāi)線(xiàn)作為齒形齒廓的[10]。齒輪的齒廓曲線(xiàn)包括齒頂圓部分、齒形曲線(xiàn)部分、過(guò)渡曲線(xiàn)及齒根圓部分如圖4.l所示。其中齒形曲線(xiàn)部分為齒輪嚙合傳動(dòng)接觸的重要部分，也是構(gòu)造齒廓的重要曲線(xiàn)。 圖 4.1 齒廓曲線(xiàn)組成 4.1.3漸開(kāi)線(xiàn)的形成及其特性 1、漸開(kāi)線(xiàn)的形成的原理當(dāng)有一條直線(xiàn)(常稱(chēng)發(fā)生線(xiàn))在一個(gè)半徑為rb的固定圓的圓周上作純滾動(dòng)時(shí)，如下圖，直線(xiàn)上任意點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)軌跡線(xiàn)AA。就是形成的漸開(kāi)線(xiàn)。圖中半徑為rb的固定圓稱(chēng)為漸開(kāi)線(xiàn)的基圓。由圖可知，當(dāng)發(fā)生線(xiàn)在基圓上做純滾動(dòng)時(shí)，發(fā)生線(xiàn)上的一些任意點(diǎn)如B、C都會(huì)展出漸開(kāi)線(xiàn)。盡管這些漸開(kāi)線(xiàn)的位置不同，但漸開(kāi)線(xiàn)的形狀相同[11]，如圖所示。 漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的輪齒齒形就是由兩條對(duì)稱(chēng)的漸開(kāi)線(xiàn)所形成: 圖4.2 漸開(kāi)線(xiàn)的形成 2、漸開(kāi)線(xiàn)特性： （1）漸開(kāi)線(xiàn)自基圓開(kāi)始，基圓外面才有漸開(kāi)線(xiàn)，基圓以?xún)?nèi)無(wú)漸開(kāi)線(xiàn)； （2）漸開(kāi)線(xiàn)上任意點(diǎn)的法線(xiàn)必切于基圓，切于基圓的直線(xiàn)必為漸開(kāi)線(xiàn)上一點(diǎn)的法線(xiàn)； （3）發(fā)生線(xiàn)與基圓的切點(diǎn)G。是漸開(kāi)線(xiàn)在點(diǎn)A的曲率中心，線(xiàn)段AG。是漸 開(kāi)線(xiàn)在點(diǎn)A的曲率半徑，漸開(kāi)線(xiàn)上越接近基圓的點(diǎn)，其曲率半徑越小； （4）同一基圓上任意兩條漸開(kāi)線(xiàn)之間各處的公法線(xiàn)長(zhǎng)相等； （5）漸開(kāi)線(xiàn)的形狀取決于基圓的大小。在相同展開(kāi)角處，基圓半徑越大，其漸開(kāi)線(xiàn)的曲率半徑越大，當(dāng)基圓半徑為無(wú)窮大時(shí)，其漸開(kāi)線(xiàn)變成直線(xiàn)。故齒條的齒廓曲線(xiàn)就是變?yōu)橹本€(xiàn)的漸開(kāi)線(xiàn)； （6）漸開(kāi)線(xiàn)上任意點(diǎn)的法線(xiàn)長(zhǎng)度(也是曲率半徑)等于發(fā)生線(xiàn)在基圓上滾過(guò)的弧長(zhǎng)[12]。 3、齒輪的齒形曲線(xiàn) 對(duì)于定傳動(dòng)比的齒輪機(jī)構(gòu)，選擇的齒形曲線(xiàn)除了要滿(mǎn)足定傳動(dòng)比外，還必需從設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、安裝及使用等方面綜合考慮[1]。其中漸開(kāi)線(xiàn)齒形能夠較為全面地滿(mǎn)足上述方面的要求，漸開(kāi)線(xiàn)齒形的優(yōu)點(diǎn)如下: （1）漸開(kāi)線(xiàn)齒形能夠保證瞬時(shí)傳動(dòng)比不變； （2）漸開(kāi)線(xiàn)齒輪傳動(dòng)具有“可分離性”。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪傳動(dòng)，如果把兩輪的中心距離稍微增大或減小些，此時(shí)，兩輪的嚙合時(shí)的傳動(dòng)比仍能保持不變。即:漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的瞬時(shí)傳動(dòng)比不因中心距稍有變化而發(fā)生變化。這種性質(zhì)稱(chēng)為漸開(kāi)線(xiàn)齒輪傳動(dòng)的“可分離性”； （3）因?yàn)闈u開(kāi)線(xiàn)的形成原理較其它齒形曲線(xiàn)簡(jiǎn)單，并可用直線(xiàn)廓形的工具進(jìn)行加工，所以制造精度也容易提高； （4）互換性好 漸開(kāi)線(xiàn)齒輪只要模數(shù)和壓力角相同都可以互換。加工刀具的通用性也廣，一種模數(shù)的刀具可加工任意齒數(shù)的齒輪。而其他齒形曲線(xiàn)的齒輪基本上沒(méi)有互換性，常成對(duì)調(diào)換，并且加工刀具都為專(zhuān)用刀具，設(shè)計(jì)制造的工作量大[12]。 故目前絕大部分的齒輪都是采用漸開(kāi)線(xiàn)作為齒形。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的齒形有著嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方程軌跡，造型復(fù)雜，而一般的軟件均不提供漸開(kāi)線(xiàn)和其他高級(jí)曲線(xiàn)的功能[13]。目前，繪制漸開(kāi)線(xiàn)齒輪齒形的方法有三種，一種是用圓弧近似代替漸開(kāi)線(xiàn)，這樣雖然能夠近似畫(huà)出齒輪輪廓，但存在如下缺點(diǎn):繪制過(guò)程復(fù)雜，費(fèi)時(shí)并且容易出錯(cuò);修改過(guò)程困難，不能形成系列化修改不能直接在圖中得出漸開(kāi)線(xiàn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。第二種方法是先調(diào)用繪制工程圖形的專(zhuān)用軟件，然后把圖形文件導(dǎo)入CAD系統(tǒng)。如果只是為了繪制漸開(kāi)線(xiàn)而花高價(jià)錢(qián)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用軟件顯然不合算。第三種方法是利用CAD的二次開(kāi)發(fā)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)漸開(kāi)線(xiàn)齒輪齒廓的精確繪制，此種方法能夠比較精確的繪制出漸開(kāi)線(xiàn)齒輪齒廓。此次我們就使用這種方法來(lái)繪制漸開(kāi)線(xiàn)齒輪齒廓[14]。 4.1.4繪制思路 首先利用UG中的規(guī)律曲線(xiàn)(Law Curve)功能生成齒廓曲線(xiàn)———漸開(kāi)線(xiàn),然后利用掃掠和抽取幾何元素特征操作,建立錐齒基本齒形,接著對(duì)該齒形和錐臺(tái)進(jìn)行求和特征操作、陣列操作得到相應(yīng)的直齒錐齒輪三維模型。 4.2繪制過(guò)程 4.2.1建立漸開(kāi)線(xiàn)齒廓曲線(xiàn) 以下是繪制漸開(kāi)線(xiàn)步驟： 1、啟動(dòng)UG，進(jìn)入主界面，單擊“New”命令，選擇毫米作為工作單位，設(shè)置存儲(chǔ)路徑，新建名為“zhuichilun”的文件（文件名不能用中文名稱(chēng)，路徑名稱(chēng)也不能包含中文名稱(chēng)）。 2、進(jìn)入“model”工作界面，選擇“Tools”菜單欄中“Expression”（表達(dá)式）菜單命令，彈出【Listed Expression】對(duì)話(huà)框，如下圖4.3所示，依次在“Name”（名稱(chēng)）中輸入?yún)?shù)符號(hào)，在“Formula”（公式）中依次輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)初始值，輸入完成，單擊“OK”。如下圖4.4所示。 其中，漸開(kāi)線(xiàn)方程為： Xt= (Db/2)*cos(s)+(Db/2)*rad(s)*sin(s) Yt=(Db/2)*sin(s)-(Db/2)*rad(s)*cos(s) Zt=03[14] 以“t”為變量，坐標(biāo)原點(diǎn)為基點(diǎn)。利用“Insert”中“Curve”（曲線(xiàn)）的“Law Curve”（規(guī)律曲線(xiàn)）生成漸開(kāi)線(xiàn)，如下圖4.5： 圖4.3 【Listed Expression】對(duì)話(huà)框 圖4.4 齒輪表達(dá)式（Expression）建立 圖4.5 生成漸開(kāi)線(xiàn) 4、以坐標(biāo)原點(diǎn)為基點(diǎn)，依次繪出齒頂圓，齒根圓，分度圓，基圓，如下圖4.6所示： 圖4.6齒頂圓、分度圓、基圓、齒根圓 5、進(jìn)行剪切，鏡像、拉伸、陣列，布爾求和等命令，先得到一個(gè)齒形，如圖4.7再陣列得到基本的錐齒輪模型，如下圖4.8所示： 圖 4.7 一個(gè)齒形 圖4.8 基本錐齒輪模型 4.3差速器的整體模型 由第3章可得到差速器行星錐齒輪和半軸錐齒輪的數(shù)據(jù)，依據(jù)此數(shù)據(jù)在UG中建立三維模型。然后與差速器殼體裝配，可得到差速器的三維模型，如下圖4.9所示： 圖4.9 差速器三維模型 4.4直齒錐齒輪的參數(shù)化建模 4.4.1創(chuàng)建人機(jī)交互界面——對(duì)話(huà)框 對(duì)話(huà)框的創(chuàng)建需要用到UG/Open UIStyler，用以編輯對(duì)話(huà)框的控件。首先進(jìn)入U(xiǎn)G“model”模式，進(jìn)入快樣式編輯器，添加如下圖4.10所示的控件、按鈕、文本輸入框等所需控件。然后設(shè)置對(duì)話(huà)框本身的屬性及其回調(diào)函數(shù)，如下表4.1所示： 表4.1 對(duì)話(huà)框?qū)傩约捌浠卣{(diào)函數(shù) 屬性 屬性值 回調(diào)函數(shù) 對(duì)話(huà)框標(biāo)題 錐齒輪參數(shù) 構(gòu)造函數(shù)：XINGXING _construct_fun 線(xiàn)索 由參數(shù)生成模型 應(yīng)用：XINGXING _apply _fun 前綴名 XINGXING OK：XINGXING _ok _fun 對(duì)話(huà)框類(lèi)型 底部 CANCLE:XINGXING _CANCLE _fun 調(diào)用對(duì)話(huà)框 回調(diào) 按鈕樣式 OK 、APPLY、CANCLE 可重設(shè)對(duì)話(huà)框大小 是 圖 4.10 錐齒輪參數(shù)對(duì)話(huà)框 其中模塊包括： 1、齒輪參數(shù)計(jì)算模塊 該模塊根據(jù)輸入的基本參數(shù)計(jì)算齒輪的形狀參數(shù)。由于汽車(chē)差速器直齒錐齒輪的齒制均為格里森制，故計(jì)算所用的公式采用格里森制。 2、齒輪齒形生成模塊 該模塊用來(lái)計(jì)算生成齒廓曲線(xiàn)所需的一些參數(shù),并根據(jù)這些參數(shù)生成齒廓曲線(xiàn), 然后由齒輪大端和小端的齒廓曲線(xiàn)生成齒廓曲面, 最后由兩相對(duì)齒廓曲面生成齒形實(shí)體。 3、齒輪實(shí)體生成模塊 首先由齒輪的形狀參數(shù)生成齒輪中心實(shí)體, 然后根據(jù)齒輪齒數(shù), 調(diào)用齒輪齒形生成模塊, 在中心實(shí)體上生成沿圓周均勻分布的齒形實(shí)體并與中心實(shí)體合并,最后根據(jù)齒輪形狀參數(shù)裁減齒輪輪廓, 得到最終的齒輪實(shí)體[14]。 對(duì)話(huà)框文件編輯完成后，會(huì)在具存放的目錄下自動(dòng)生成3個(gè)文件，分別是*.dig、*.template.C和*.h文件。其中*.dlg是對(duì)話(huà)框資源文件，定義了對(duì)話(huà)框樣式及控件事件的響應(yīng)函數(shù)名稱(chēng)，存放在用戶(hù)目錄下面的＼applleation目錄內(nèi)，供用戶(hù)菜單調(diào)用；*.template.c是C語(yǔ)言源文件模板，它包含了對(duì)話(huà)框所有回調(diào)函數(shù)的定又，提供了一個(gè)具有對(duì)話(huà)框應(yīng)用的程序框架，該程序框架通過(guò)調(diào)用UG/Open?API函數(shù)和訪(fǎng)問(wèn)對(duì)話(huà)框資塬文件，實(shí)現(xiàn)最初的對(duì)話(huà)框界而功能，在程序標(biāo)明的位置添加用戶(hù)代碼，編寫(xiě)問(wèn)調(diào)函數(shù)即可以實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用功能；*.h文件是對(duì)話(huà)框頭文件．它包含了對(duì)話(huà)框控件標(biāo)識(shí)的定義以及控件事件響應(yīng)函數(shù)原型的聲明，供Visual?C++編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)使用。 4.4.2 編寫(xiě)菜單文件 UG/OPEN 提供的MenuScript和UIStyler兩個(gè)模塊用于制作應(yīng)用程序的用戶(hù)界面。菜單文件名是擴(kuò)展名為.men的文本文件，可以用記事本文件進(jìn)行編輯。在UG的“Application”（應(yīng)用）菜單下，包含一些應(yīng)用模式按鈕,單擊這些按鈕可以在其他菜單添加與應(yīng)用模式相關(guān)的按鈕,甚至添加一個(gè)新菜單[9]。 使用記事本創(chuàng)建應(yīng)用程序的菜單文件,該菜單文件包括汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、齒輪相關(guān)參數(shù)，按鈕用于齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，具體編程如下: VERSION120 EDIT UG_GATEWAY_MAIN__MENUBAR BEFORE UG_HELP CASCADE_BUTTON PARAMETER LABEL參數(shù)化設(shè)計(jì) END_OF_BEFORE!生成“參數(shù)化設(shè)計(jì)”菜單 MENU PARAMETER BUTTON XINGXING LABEL ACTIONS PARAMETER_XINGXING! 生成“行星齒輪”子菜單 BUTTON BANZHOU LABEL ACTIONS PARAMETER_BANZHOU! 生成“半軸齒輪”子菜單 END_OF_MENU 具體應(yīng)用如下圖4.11： 圖 4.11 “參數(shù)化設(shè)計(jì)”菜單文件 4.5 創(chuàng)建應(yīng)用程序框架 使用VC++創(chuàng)建應(yīng)用程序工程，具體步驟如下： 1、設(shè)置工作環(huán)境； 當(dāng)用VC++與UG/OPEN UI Styler對(duì)UG進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)，UG NX2.0及以上版本中無(wú)法找到ugopen.awx和ugopen.hlp文件[11]。需要將這兩個(gè)文件復(fù)制到VC++目錄下，才可保證應(yīng)用工程的成功創(chuàng)建，否則將無(wú)法鏈接VC++與UG。 方法如下：將ugopen.awx和ugopen.hlp文件復(fù)制到D:\Program Files \Microsoft Visual Studio\Common\MSDev98\Bin\IDE目錄中，其中D:\Program Files\Microsoft Visual Studio為VC完整安裝目錄。這樣就可以保證應(yīng)用工程的成功創(chuàng)建。 2、創(chuàng)建應(yīng)用工程； 進(jìn)入VC++，點(diǎn)擊“File”，彈出菜單，點(diǎn)擊“New”，會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)建的對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊“Projects”，會(huì)多出一項(xiàng)工程“Unigraphics NX AppWizard V1”。這就是新添加的VC++與UG連接的工程。選中這一項(xiàng)，設(shè)置名稱(chēng)、路徑，建立工程。如下圖4.12所示： 圖 4.12 建立工程 3、對(duì)話(huà)框文件的調(diào)用； 在UG安裝目錄下找到applleation目錄，可以看到，里面有兩個(gè).c和.h文件，名稱(chēng)分別重命名為“zhuichilun.c”，和“zhuichilun.h”。把這兩文件分別復(fù)制到所建VC++工程的Source File和Header File文件夾里，并加入工程中。 4、編寫(xiě)程序代碼； 根據(jù)菜單文件,在zhuichilun.c主文件中定義ufsta入口函數(shù)的主要程序?yàn)? staticUF_MB_cb_status_t zhuichilun-zhuichilun (UF_MB_widget_t,UF_MB_data_t,UF_MB一activated_button_p_t)； static UF_MB_action_t_actionTable[]= { {“PARAMETER-ZHUICHILUN”, zhuichilun-zhuichilun,NULL}, {NULL,N