常用件建模实例

时间：2022-10-20 百科知识版权反馈

【摘要】：相应的，可以采用拉伸的方法创建螺栓头，采用圆台特征创建螺杆，执行螺纹命令创建螺纹。齿轮机构依靠轮齿啮合传动，不仅传动比稳定、寿命长、效率高，而且工作可靠性高。几乎所有回转运动的机器，都使用齿轮作为传动件。只要建立起一个轮齿或轮槽，再通过环形阵列即可创建整个齿轮模型。〇11检验模型的参数化。

4．4．2　标准件、常用件建模实例

1）螺栓的建模（1）构形分析

螺栓的结构大致如图4－111所示。从图中可以看出，螺栓由螺栓头、螺杆和螺杆上的螺纹组成。相应的，可以采用拉伸的方法创建螺栓头，采用圆台特征创建螺杆，执行螺纹命令创建螺纹。为了简化螺纹的画法但又要表现其特征，UG NX软件提供了一种创建螺纹的简便方式———符号螺纹。

螺母的结构大致如图4－112所示。从图中可以看出，螺母的结构类似于带孔的螺栓头，其造型方法可以直接参考螺栓。

图4^－111　六角头螺栓

图4－112　六角螺母

（2）基于UG软件的设计思路

螺栓的结构比较简单。一般的，可以参照下列步骤进行：

①查国家标准，明确螺栓的结构尺寸，了解其结构特征。

②依据螺栓结构尺寸，建立相应的表达式。

③绘制螺栓头截面草图，通过拉伸创建螺栓头。

④执行圆台（Boss）命令，创建螺杆。

⑤执行螺纹（Thread）命令，创建螺纹。

（3）建模操作

建立六角头螺栓GB 5782M10×40的参数化模型。六角头螺栓各部分结构尺寸标识如图4－113所示。

图4－113　六角头螺栓各部分结构尺寸标识

图4－114　六角头螺栓各部分尺寸表达式

①由标准GB　5782—2000，查得六角头螺栓各部分尺寸。选择Tools→Expressions命令，打开表达式对话框，在对话框中，建立各部分尺寸的表达式。如图4－114所示。

②建立螺栓头。

a．选择Insert→Datum／Point→Datum CSYS命令，建立基准坐标系，如图4－115所示。

图4－115　基准坐标系

图4－116　六边形草图对象

b．以基准坐标系的XC－YC面为草图面，建立如图4－116所示的六边形草图对象；并建立图示几何约束、尺寸约束。

c．选择Insert→Design Feature→Extrude…命令，拉伸草图，并使拉伸距离等于k－c，如图4－117所示。

③建立螺栓头的倒圆角特征。

a．以拉伸体的底面为草图平面，建立如图4－118所示的六边形的内切圆草图对象。

图4－117　螺栓头

图4－118　六边形内切圆

b．选择Insert→Design Feature→Extrude…命令，以建立的草图对象六边形的内切圆为拉伸曲线，使拉伸距离等于k－c＝5．8；以草图所在平面为起始拔锥面、拔锥角为－60°；并与螺栓头做“交”布尔运算。结果如图4－119所示。

图4－119　建立倒圆角特征

④创建螺杆。

a．建立凸台，在对话框中，输入Diameter＝dw＋2＊c，输入Height＝c，采用点到点的中心定位方式，使凸台与六边形的内切圆同心，结果如图4－120所示。

b．选择刚建立的凸台作为安放表面，在对话框中，输入Diameter＝d，输入Height＝l，采用点到点的中心定位方式，使凸台与刚建立的凸台同心。并倒角C1。结果如图4－121所示。

图4－120　建立凸台

图4－121　建立螺杆

图4－122　建立符号螺纹

⑤建立外螺纹。选择Insert→Design Feature→Thread命令，选择圆柱外圆面，建立符号螺纹，并输入螺纹长度b，选择右旋，其他参数接受系统默认值，单击OK按钮。建立的符号螺纹如图4－122所示。

⑥保存文件。至此，已完成六角头螺栓的参数化模型。

2）齿轮的建模

（1）构形分析

齿轮机构依靠轮齿啮合传动，不仅传动比稳定、寿命长、效率高，而且工作可靠性高。几乎所有回转运动的机器，都使用齿轮作为传动件。在这个常用零件的设计和制造中，人们通常会花费大量的时间和精力。随着CAD／CAM技术的发展，齿轮零件的设计已由手工设计转向由计算机设计自动完成，减少了设计工作量，提高了设计质量，同时为现代高速、多变、中小批量的设计提供了必要的保障手段。

（2）基于UG软件的设计思路

齿轮一般由轮胚、轮齿、辐板、轮毂等组成。齿轮类零件的造型设计难点在于轮齿的生成，因此在设计之初，应首先分析轮齿曲线，必要时还要给出数学描述。只要建立起一个轮齿或轮槽，再通过环形阵列即可创建整个齿轮模型。

利用UG软件进行齿轮造型设计的一般步骤如下：

①根据设计要求确定齿轮的基本参数，包括模数、齿数、压力角、轴孔径、齿轮厚度等。

②依据齿顶圆直径和齿轮厚度等参数以及选定的齿轮形式，创建齿轮齿胚。

③利用参数化曲线绘制轮齿轮廓曲线，生成齿槽曲面。

④执行拉伸或扫描命令，从齿胚上切除材料，形成齿槽。

⑤执行圆周阵列命令，形成所有齿槽，相应也就创建了所有轮齿。

（3）建模操作

建立渐开线直齿圆柱齿轮的三维模型。在生产实践中，渐开线齿轮应用最为广泛。以图4－123所示渐开线直齿圆柱齿轮为例，说明齿轮的造型设计过程。已知齿轮的参数为：模数m＝3，齿数z＝20，压力角a＝20°，齿轮厚度为30。设计要求：建立齿轮的三维模型，要求实现完全的参数化驱动。

图4－123　渐开线齿轮

建模过程：

①启动UG程序后，新建一个名称为Gear．prt的部件文件，其单位为毫米。选择Start →All Applications→Modeling命令，进入建模应用模块。

②建立渐开线齿轮的表达式。

a．根据已知条件：z（齿数）＝20、m（模数）＝3、pressure＿angle（压力角）＝20°、thickness（齿轮厚度）＝30，参照表4－11计算标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸，如r_b（基圆半径）、p_c（齿距）、r_a（齿顶圆半径）、r_f（齿顶圆半径）等。并建立下列表达式，描述渐开线：

t＝1（系统常数，其值从0到1之间变化）a＝0（展角的最小值）

b＝60（展角通常小于60°）e＝（1－t）＊a＋t＊b（展角）

x_t＝r_b＊cos（e）＋r_b＊e＊pi／180＊sin（e）　（渐开线上某一点的x坐标）y_t＝r_b＊sin（e）－r_b＊e＊pi／180＊cos（e）　（渐开线上某一点的y坐标）b．选择Tools→Expression命令，在表达式对话框中，输入渐开线齿轮的计算公式，要注意各表达式的单位（角度、常数或长度等），如图4－124所示。