CN110263445B - 齿轮传动系统三维建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了齿轮传动系统三维建模方法，涉及机械设计技术领域，方法包括：构建轴系二维参数化模型，通过交互式方式确定不同轴系上齿轮间的啮合关系，形成齿轮传动系统二维参数化模型，构建功率输入点模型和输出点模型，并装配在轴系二维参数化模型中，根据齿轮传动系统二维参数化模型自动构建三维模型。本发明中各零件的二维模型和三维模型共用一套基本参数，通过二维模型确定各零件的基本参数和相对位置，以及装配关系和啮合关系，基于此自动构建出平行轴齿轮传动系统的三维模型，从而提高平行轴齿轮传动系统的建模速度，进而达到了节约设计时间和提高设计效率的目的。

Description

齿轮传动系统三维建模方法
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，特别是涉及齿轮传动系统三维建模方法。
背景技术
平行轴齿轮传动系统在减速装置中的应用十分广泛，而目前2D和3D的CAD软件在建模时操作复杂、繁琐，且不能快速的实现2D模型到3D模型的变换。
发明内容
本发明实施例提供了齿轮传动系统三维建模方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了齿轮传动系统三维建模方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，构建待建模轴系的二维参数化模型，该模型中包括轴的二维参数化模型以及与该轴装配在一起的零件的二维参数化模型；
步骤2，通过交互式方式确定不同轴系的二维参数化模型中齿轮间的啮合关系，将多个轴系的二维参数化模型按照啮合关系装配在一起，得到齿轮传动系统二维参数化模型；
步骤3，根据输入信息构建功率输入点模型和功率输出点模型，并将功率输入点模型和功率输出点模型装配到齿轮传动系统二维参数化模型中；
步骤4，根据齿轮传动系统二维参数化模型自动构建对应的三维模型。
本发明中的齿轮传动系统三维建模方法，有益效果为：通过参数化建模可以快速实现各模型外形尺寸的变化；通过交互式装配关系和啮合关系的定义可以快速确定各模型的相对位置；同时实现了从二维模型到三维模型的快速变换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为构建的二维光轴模型；
图2为划分轴段后的结果；
图3为调整各轴段轴径后得到的轴二维模型；
图4为构建的齿轮、轴承、轴的二维模型；
图5为交互式装配过程及直径调整方式和水平方向调整方式；
图6为交互式装配后的结果；
图7为交互式啮合关系过程；
图8为啮合关系定义后的结果；
图9为模型检测结果；
图10为构建的一级减速机构的二维模型；
图11为构建的一级减速机构的三维模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了齿轮传动系统三维建模方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，构建待建模轴系的二维参数化模型，该模型中包括轴的二维参数化模型以及与该轴装配在一起的零件的二维参数化模型。
该步骤包括以下子步骤：
子步骤11，按照输入的轴的内径、外径及长度在二维空间中构建光轴模型，如图1所示，该光轴模型轴向沿着二维模型空间的X轴方向即水平方向，模型中虚线表示孔。
子步骤12，在光轴模型的基础上通过交互式方法划分轴段，各轴段通过垂直于X轴长度为外径的分割线加以分割，图2中表示的为通过四条分割线将光轴模型划分为五个轴段的结果。
子步骤13，根据输入信息选择某一轴段的上下边界修改轴径，修改后得到轴的二维参数化模型。轴径包含两个值分别用于表示该轴段左右边界处的轴径值，当这两个值相同时表示该轴段为阶梯轴段，当这两个值不同时表示该轴段为锥形轴段，如图3所示为构建得到的轴的二维参数化模型，命名为轴1。
子步骤14，通过参数化建模方法分别构建需要与轴1装配在一起的零件的二维参数化模型，包括齿轮和轴承，如图4所示。
子步骤15，按照输入信息选择待装配零件二维参数化模型P，将其移动至待装配的轴二维参数化模型的某个轴段k上，此时可选择尺寸调整方式，即直径调整方式和水平方向调整方式，如图5所示，图中选择的直径调整方式，即表示调整孔径适应轴段外径，水平方向调整方式中设置零件二维参数化模型P和轴段k的安装面皆为中点，安装距离为0，自动化装配后的结果如图6所示。本发明中，直径调整方式为：
(1)调整轴段外径适应孔径，即自动将轴段k的外径设置为模型P的孔径；
(2)调整孔径适应轴段外径，即自动将模型P的孔径设置为轴段k的外径；
(3)不调整外径和孔径，即模型P的孔径和轴段k的外径保持其原有值。
水平方向调整方式为：
(1)设置模型P和轴段k的安装面各有三种，为左端面、中点和右端面；
(2)设置模型P和轴段k安装面间的距离d，该距离表示装配时两个安装面间的距离。
子步骤16，重复子步骤11～15构建另一轴系上所有零件的二维模型，并装配形成轴系的二维参数化模型。
步骤2，通过交互式方式确定不同轴系的二维参数化模型上齿轮间的啮合关系，将多个轴系的二维参数化模型按照啮合关系装配在一起，得到齿轮传动系统二维参数化模型。具体过程为，如图7所示，选择轴系S1上得齿轮G1，将其移动至与轴系S2上待啮合齿轮G2有部分重叠的位置，此时会自动检测G1、G2的模数值是否相同，旋向是否相反，若不满足条件则提示相冲突的参数，以供修改，图7中检测出G1、G2的螺旋角参数不匹配，修改后，再次进行交互式装配过程，此时可自动调整G1在二维建模空间的位置，使G1的水平中心线平行于G2的水平中心线，G1的垂直中心线与G2的垂直中心线共线，同时自动调整轴系S1中除G1外的其他模型在二维建模空间中的位置，以保证轴系S1上各模型的相对位置不变，装配后的结果如图8所示。
步骤3，进行平行轴齿轮传动系统二维参数化模型的自动检查，并按照输入数据对模型进行修改。如图9所示，图中检测出所构建的齿轮传动系统二维参数化模型包含两个错误，即没有定义功率输入点(驱动)和输出点(负载)。本发明中，自动检查的内容包括：
(1)轴系n上是否包含轴承、齿轮模型；
(2)所构建的齿轮传动系统二维参数化模型是否包含功率输入点和功率输出点模型；
(3)所构建的功率输入点和功率输出点模型是否位于同一个轴上；
(4)所构建的轴承、齿轮模型是否确定了装配关系；
(5)所构建的不同轴系的二维参数化模型上齿轮是否确定了啮合关系。
步骤4，根据输入信息构建功率输入点(驱动)模型和输出点(负载)模型，并将功率输入点模型和输出点模型装配到齿轮传动系统二维参数化模型中，如图10所示，图中功率输入点(驱动)模型和输出点(负载)模型中，上部轴的二维参数化模型的右端为功率输出点，下部轴的二维参数化模型左端为功率输入点，同时图10还表示出所构建的一级减速齿轮传动系统的二维模型。
步骤5，根据齿轮传动系统二维参数化模型自动构建对应的三维模型，在进行三维模型的构建时首先将三维空间的坐标原点作为各零件三维模型的中心(轴的中心设置为其前端面中心)，将三维空间的X轴设置为各零件三维模型的轴向构建各零件的三维模型；其次根据齿轮传动系统二维参数化模型中通过交互式方式以及装配关系所确定的各零件中心坐标(x，y)，将相应零件的三维模型沿三维空间的X和Y轴分别平移x和y距离，从而确定相应零件在三维空间中的位置；最后根据齿轮传动系统二维参数化模型中所确定的各齿轮的啮合关系，确定相互啮合的齿轮副，通过固定一个齿轮姿态不变，将另一个齿轮绕X轴旋转θ角的方式实现齿轮副轮齿的自动啮合，其中θ角的计算方法为：
Figure BDA0002104783470000051
式中，式中Z1、Z2分别为齿轮G1、G2的齿数，
Figure BDA0002104783470000052
表示齿轮G2两轮齿之间的夹角，α定义为主动轮和从动轮中心线和X轴的夹角。图11表示的为自动构建的三维模型。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，构建待建模轴系的二维参数化模型，该模型中包括轴的二维参数化模型以及与该轴装配在一起的零件的二维参数化模型；
步骤2，通过交互式方式确定不同轴系的二维参数化模型中齿轮间的啮合关系，将多个轴系的二维参数化模型按照啮合关系装配在一起，得到齿轮传动系统二维参数化模型；
步骤3，根据输入信息构建功率输入点模型和功率输出点模型，并将功率输入点模型和功率输出点模型装配到齿轮传动系统二维参数化模型中；
步骤4，根据齿轮传动系统二维参数化模型自动构建对应的三维模型；
其中，步骤2具体为：选择轴系二维参数化模型S1中的齿轮G1，将其移动至与轴系二维参数化模型S2中待啮合齿轮G2有部分重叠的位置，此时自动检测齿轮G1、G2的模数值是否相同，旋向是否相反，若模数值相同并且旋向相反则自动调整齿轮G1在二维建模空间的位置，使齿轮G1的水平中心线平行于齿轮G2的水平中心线，齿轮G1的垂直中心线与齿轮G2的垂直中心线共线，同时自动调整轴系二维参数化模型S1中除齿轮G1外的零件二维参数化模型在二维建模空间中的位置，以保证轴系二维参数化模型S1上各模型的相对位置不变。
2.如权利要求1所述的齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，步骤1具体包括包括：
子步骤11，按照输入的轴内径、外径及长度在二维空间中构建光轴模型；
子步骤12，在光轴模型的基础上通过交互式方法划分轴段；
子步骤13，根据输入信息选择某一轴段的上下边界修改轴径，修改后得到轴的二维参数化模型；
子步骤14，通过参数化建模方法分别构建需要与已得到的轴二维参数化模型装配在一起的零件的二维参数化模型；
子步骤15，按照输入信息选择待装配的零件二维参数化模型，将其移动至待装配的轴二维参数化模型的某个轴段上，按照选择的尺寸调整方式将轴二维参数化模型和零件二维参数化模型装配在一起，形成轴系二维参数化模型；
子步骤16，重复子步骤11～15构建其他轴系中轴和零件的二维参数化模型，并装配形成轴系二维参数化模型。
3.如权利要求2所述的齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，尺寸调整方式包括直径调整方式和水平方向调整方式，直径调整方式表示调整孔径适应轴段外径，水平方向调整方式表示设置零件二维参数化模型和轴段的安装面皆为中点，安装距离为0。
4.如权利要求1所述的齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，在步骤3构建功率输入点模型和功率输出点模型之前，还对齿轮传动系统二维参数化模型进行自动检查。
5.如权利要求1所述的齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，步骤4中在进行三维模型的构建时，首先将三维空间的坐标原点作为各零件三维模型的中心，将三维空间的X轴设置为各零件三维模型的轴向构建各零件的三维模型；其次根据齿轮传动系统二维参数化模型中通过交互式方式以及装配关系所确定的各零件中心坐标(x，y)，将相应零件的三维模型沿三维空间的X和Y轴分别平移x和y距离，从而确定相应零件在三维空间中的位置；最后根据齿轮传动系统二维参数化模型中所确定的各齿轮的啮合关系，确定相互啮合的齿轮副，通过固定一个齿轮姿态不变，将另一个齿轮绕X轴旋转θ角的方式实现齿轮副轮齿的自动啮合。
6.如权利要求5所述的齿轮传动系统三维建模方法，其特征在于，θ角的计算方法为：
Figure FDA0002641005970000031
式中，式中Z1、Z2分别为齿轮G1、G2的齿数，
Figure FDA0002641005970000032
表示齿轮G2两轮齿之间的夹角，α定义为主动轮和从动轮中心线和X轴的夹角。
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