1、郑州信息科技职业学院毕业设计1目 录第 1 章 设计准则 .11.1 设计背景 .11.1.1 齿轮工业介绍 .11.1.2 国内外发展状况 .11.2 综合分析设计目的 .2第 2 章 CATIA 的参数化齿轮设计 .42.1 CATIA V5R20 软件简介 .42.1.1 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍) .42.1.2 产品结构、文档与工作台（菜单工具组）Workbench .42.2 齿轮参数化设计 .52.2.1 参数与公式的设置 .52.2.2 新建零件 .62.2.3 定义原始参数 .62.2.4 定义计算参数 .72.2.5 核查已定义的固定参数与计算参数 .82.2.
2、6 定义渐开线的变量规则 .82.2.7 制作单个齿的几何轮廓 .102.2.8 创建整个齿轮轮廓 .172.2.9 创建齿轮实体 .182.2.9.1 创建直齿轮 .182.2.9.2 创建斜齿轮 .18第 3 章 建立齿轮零件库 .213.1 相关术语的介绍 .213.2 齿轮命名方法 .223.3 齿轮设计表的建立 .233.4 齿轮 Catalog 的目录建立 .253.4.1 Catalog 的建立 .253.4.2 章节(Chapters)的建立 .25郑州信息科技职业学院毕业设计23.4.3 类(family)的建立 .263.4.4 关键字(keywords)的建立 .273.
3、4.5 添加齿轮到 Catalog.283.5 齿轮库的使用方法 .293.6 齿轮库的管理 .30第 4 章 结论与展望 .314.1 结论 .314.2 存在的不足 .314.3 展望 .31致 谢 .33参考文献 .34郑州信息科技职业学院毕业设计3摘要：齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。齿轮通过与其它齿状机械零件（如另一齿轮、齿条、蜗杆）传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在工业产品中广泛应用，其设计与制造水平直接影响到齿轮产品的质量。本文针对齿轮在机械设计中应用的广泛性和通用性，根据机械零件中有关
4、齿轮的设计原理，利用 CATIA V5 的参数化函数设计功能建立各种类型齿轮的三维模型；并结合 CATIA V5 的知识工程，利用 CATIA V5 的 Catalog 库功能，建立了一套较完整的齿轮库。该齿轮库能够在机械设计中进行直接调用，为机械设计工作提供了极大的便利。关键字：齿轮，CATIA，参数化设计，零件库郑州信息科技职业学院毕业设计4第 1 章 设计总则1.1 设计背景1.1.1 齿轮工业介绍齿轮常见于现代工业设备中，它甚至通过家用车辆和家用器械渗入到寻常百姓的日常生活中。因此，齿轮作为工业的象征，被画在我国庄严的国徽上。50 年代我国齿轮工业几乎从零起步，第一个五年计划期间我国开
5、始发展齿轮制造业，至 60 年代中期奠定了初步基础，在不同行业中建立了若干具有代表性的齿轮制造车间。70、80 年代后，通过国家重点投入和数量可观的技术引进，以及改革开放政策的深入贯彻，我国齿轮工业又有了新的发展，形成了一个门类齐全，颇具规模的工业。1.1.2 国内外发展的状况二十一世纪是一个高速发展的世纪，我国的各行各业正以惊人的速度向世界看齐，特别是机械制造业正以一个前所未有的速度在向前发展。在面向装配设计过程中，为提高设计效率，减少重复劳动，缩短产品开发周期，建立三维零件库是必不可少的一个重要环节。在基于 CATIA V5、PRO/E、UG 为平台的三维参数化机械产品的设计中，标准件、常
6、用件，它们在结构、尺寸方面都已标准化或部分重要参数已标准化、系列化了，为了避免设计人员花费大量时间来进行这些重复性的工作，提高设计效率和产品的开发速度，降低产品的开发成本，并实现组件快速、准确的装配，按我国的有关设计标准，通过利用 CATIA V5 中的 Catalog、PRO/E 中的族表、UG 中的 Part families 等开发工具来建立标准件、常用件的三维参数化图库尤为重要和必要。为此，许多企业经常自己建立一些小型的标准件库或专业零件库。从制造业全行业的角度来看，这样做不仅导致大量人力、物力和时间被耗费在重复的工作中，而且由于各单位条件限制及使用目的不同，很难建立一个完整、通用的零
7、件库，对于因标准改变等情况引起的零件库更新也无法很好地解决。网络环境及其开发技术的飞速发展为企业共享零件库服务提供了手段，在开发网络环境下 ASP.NET 技术与 Web 数据库技术相结合的虚拟零件库及相应的 ASP 服务平台，将能够使企业以较少的资金得到范围更加广泛、分类更加精细的零件库服务，达到支持网络化设制造和企业间技术协作，提高企业产品创新能力和郑州信息科技职业学院毕业设计5开发效率的目的。例如，杭州新迪数字工程系统有限公司开发的：三维资源在线网 http:/ 。在这个平台上，设计人员可以轻松找到我们国家现有的各类标准件、行业常用件以及供应商产品目录，动态配置、预览、并最终下载这些三维
8、产品实体模型。设计人员在机械设计中齿轮是最常用的零件，但是齿轮的曲线形状复杂在很多软件中是不能直接生成的，需要设计人员一步一步地操作，过程极其繁琐，设计的效率很低，因此对于齿轮库的建模提出了要求。1.2 综合分析以及设计目的本文对目前国内外在这方面的研究情况作了简单的调研，并查阅了大量的相关文献，目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化的研究较为成熟。对复杂的三维实体的参数化的造型研究还不多见，特别是像齿轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体的参数化的造型设计更为少见。其原因，一是齿轮二维图形参数化设计能够满足传统的齿轮加工要求，另一方面是运用低档 CAD 软件对复杂的三维实体很难实现参数
9、化虚拟造型设计。随着虚拟制造技术的迅速发展，用大型通用的 CAD 软件对齿轮的三维实体进行参数化虚拟造型设计已成为设计者的迫切需要。 CATIA V5、PRO/E、UG 等提供的二次开发工具给三维实体造型提供了极大的方便，它可以避免对三维实体的重复造型，极大地提高设计效率。在计算机辅助设计与图形学学报2005 年 8 月第 17 卷第 8期李原基于 CATIA V5 的标准件库设计与实现 对基于 CATIA V5 软件的航空产品标准件库的关键技术和实现方案进行研究，提出一种基于 CATIA V5 的标准件库实现方法，对基于 CAA-API 的标准件实体建模、零件参数表设计、基于 Catalog
10、 的标准件层次结构设计，以及标准件的数据库存储模式设计等创建标准件库的关键技术进行了描述，开发了标准系统标准件库，覆盖国标、航标、企标、军标的紧固件、机体构件、系统构件、管路系统构件、电气操纵构件等零件类型。目前为止，国内对齿轮 CAD 已作了一定的工作，如郑州机械研究所开发的“齿轮传动 CAD 集成系统” ，天津大学毕玉玲开发的“仪表圆弧齿轮 CAD 模型” 。但是多数是二维系统，燕山大学路鼓、陈修龙开发虽然是三维的系统，但是仅限于圆锥齿轮。还有一些齿轮方面的专家基于 SUN 工作站以 I-DEAS MS5 为支撑软件建立了一套齿轮的参数化造型系统程序，可以实现内外齿轮的参数化造型，但这些软
11、件功能也仅限于直齿轮。而且针对机械设计中通用郑州信息科技职业学院毕业设计6齿轮研究与建模尚处于空白，齿轮库建立会使我们更多的精力放在产品的核心零部件以及它们之间的接口上。综上所述，基于 CATIA V5 的齿轮库建模有重大的理论和实际意义。CAD 是目前世界上最流行的计算机辅助设计软件平台，它以功能强大、操作简便、支持多平台以及体系结构开放等优点得到了工程界的广泛应用特别是 CATIA V5 允许用户对其进行扩充和修改即二次开发极大限度地满足了用户的特殊要求。 CATIA V5 是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM 协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的
12、产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。模块化的 CATIA V5 系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA V5 产品基于开放式可扩展的 V5 架构。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA V5 解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA V5 系列产品已经在七大领域里成为首选的 3D 设计和仿真解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电
13、力与电子、消费品和通用机械制造。CATIA V5 软件以其强大的曲面设计功能在飞机、汽车等设计领域享有很高的声誉。与 PRO/E、UG 相比，CATIA V5 提供了更加丰富的建库工具以满足用户的需求。CATIA V5 采用统一的数据库，集三维实体、曲面造型、装配造型、三维工程图、数控加工、有限元分析等，特别是其全参数化和相关功能强大的实体造型技术为一体，为设计提供了很大的方便。因此，本课题选择 CATIA V5 为操作平台，使用方便、操作简单。只要通过鼠标拖曳悬着的齿轮即可获得直齿轮的实体，也可通过简单的复制到设计环境中，就形成独立的实体，与齿轮库脱离关系，因此可以利用该齿轮实体进行设计。本
14、课题研究的重点是对直齿轮进行简单设计，并完成齿轮库的建立。郑州信息科技职业学院毕业设计7第 2 章 catia 的参数化齿轮设计2.1 CATIA V5R20 软件简介2.1.1 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍)CATIA 软件的用户界面分为五个区域：顶部菜单区(Menus)左部为产品/部件/零件树形结构图，或称为“历史树”(Tree & associated geometry)中部图形工作区(Graphic Zone)右部为与选中的工作台相应的功能菜单区(Active work bench toolbar)下部为标准工具菜单区(Standard Toolbars)工具菜单下为命令提示区
15、(Dialog Zone)2.1.2 产品结构、文档与工作台（菜单工具组）Workbench产品结构（Product Structure）：将客户产品逻辑性地组织起来的一种结构形式，用户可以在这种结构内浏郑州信息科技职业学院毕业设计8览并选择不同的元件作为工作对象，这是启动 CATIA 时进入的缺省模式。文档（Document）：一个文件，用来管理并保存用户产生的与某工作相关的数据。Part 是存储CATIA 模型数据的基本文件，通常以 *.CATPart 为后缀。工作台（Workbench）：产生某种指定类型构件（component）的一系列菜单工具组，即完成 CATIA某类功能（或产品模块
16、）的菜单集合。例如，零件(Part)菜单是实体设计模块的构件（ Part Design component） ，二维图菜单 （drawing） 是二维图设计模块构件（Drafting component） ，产品菜单(Product)是装配设计模块的构件（Assembly component） 。CATIA 的菜单工具组位于屏幕右侧。点中右部菜单区最上部的图标，即出现一个大的图标集合（favorite workbenches lists） ，可从中选择所需的工作台 Workbench 以获得实现相关功能的菜单工具组；也可从顶部菜单区 Start 的下拉菜单中点选所需的工作台 Workbench。2.2 齿轮参数化设计2.2.1 参数与公式的设置郑州信息科技职业学院毕业设计92.2.2 新建零件依次点击 点击按钮 现在零件树看起来应该如下：2.2.3 定义原始参数点击按钮 ，如图下所示：郑州信息科技职业学院毕业设计10这样就可以创建齿轮参数：1. 选择参数单位（实数，整数，长度，角度）2. 点击按钮3. 输入参数名称4. 设置初始值（只有这个参数为固定值时才用）现在零件树看起来应该如下：
