SolidWorks 是美國 Windows 原創(chuàng)的三維立體設(shè)計軟件。它具有獨特的特征管理樹，可以進行草圖繪制，構(gòu)建零件模型，實現(xiàn)由零件自動生成工程圖和裝配圖。SolidWorks 包含有各種功能的插件：高級渲染軟件 PhotoWorks、特征識別FeatureWorks、動畫制作 Animator、管道設(shè)計Toolbox 和齒輪設(shè)計 Gear 軟件包。

　　基于 SolidWorks 的齒輪設(shè)計軟件對變位齒輪進行分析與設(shè)計是該文的討論核心。

　　1 變位齒輪

　　在齒輪加工過程中，為了防止用標準刀具切制齒數(shù)較少的齒輪而發(fā)生根切現(xiàn)象，通過改變刀具與輪坯的相對位置來切制齒輪，避免了齒輪加工中的根切，這種方法就是所謂的變位修正法，利用這種方法加工的齒輪即為變位齒輪。

　　變位齒輪的應(yīng)用可以解決如下問題：① 用范成法加工齒輪時，當被切齒輪齒數(shù) z﹤zmin時，避免發(fā)生的根切;② 在中心距 a~≠a=1/2m∑z的情況下實現(xiàn)正確嚙合;③ 提高齒輪傳動的承載能力，減少或均衡齒面的磨損以提高傳動使用壽命;④ 滿足某些特殊要求，如增大重合度等。加工變位齒輪時，刀具由切制標準齒輪的位置沿徑向從輪坯中心向外移開的距離用 xm 表示，m 為模數(shù)，x 稱為徑向變位系數(shù)。x>0 為正變位齒輪，x<0 為負變位齒輪，x=0 為標準齒輪，3 種不同的齒輪齒形關(guān)系如圖 1 所示。變位齒輪的幾何尺寸：

　　齒頂高 ha=(ha*+x)m，(ha*為齒輪的齒頂高系數(shù))

　　齒根高 hf=(hf*-x)m, (hf*為齒輪的齒根高系數(shù))

　　齒厚 s=(π/2+2xtanα)m(s 為齒輪分度圓上的輪齒厚度，圖 1)

　　齒槽寬 e=(π/2-2xtgα)m

　　可見變位系數(shù)對齒輪齒形的影響是不能忽視的。當 x>0 時，正變位齒輪的齒厚 s 加大，齒頂高增大，齒根高減少;x<0 時，負變位齒輪的齒厚 s 變薄，齒頂高減少，齒根高增大。為了直觀地反映變位系數(shù)對齒形變化的影響，以SolidWorks 軟件為平臺，研究和設(shè)計直齒變位齒輪是問題的核心。

　　2 建立變位齒輪模型

　　2.1 構(gòu)建不同的變位齒輪

　　啟動齒輪設(shè)計軟件包：打開"新建零件"→工具(tool)→宏操作(M)→運行→齒輪.swp→出現(xiàn)齒輪設(shè)計參數(shù)控制件，如圖 2 所示，設(shè)置齒數(shù) z、模數(shù) m 相同，但變位系數(shù)不同的 3 組齒輪參數(shù)，即 z=20、m=3，而 x 分別取 0.25、0、- 0.25時，其正變位齒輪各部分的參數(shù)信息如圖3所示。分別輸入 3 組數(shù)據(jù)可生成正變位齒輪圖 4(a)、標準齒輪圖 4(b)和負變位齒輪圖 4(c)模型。

　　2.2 分析變位系數(shù) x 和齒數(shù) z 對齒輪齒形的影響

　　(1) 當 x>0 時，齒頂厚 sa(齒頂圓上輪齒厚度，圖 1 所示)減薄，齒高增加;而 x<0時，齒頂厚 sa加厚，齒高減少。

　　(2) 當正變位系數(shù) x 過大(特別是齒數(shù) z較少時)就可能出現(xiàn)齒頂過薄，或者出現(xiàn)頂切現(xiàn)象，如圖 5 所示。其 z=16，m 和 x 與圖 4(a)相同，但齒形不同，其頂切較明顯;

　　(3) 當負變位系數(shù) x 過大或者 z

　　以上圖像可以直觀的反映變位齒輪的變位系數(shù) x 對齒輪幾何尺寸的影響，又對變位齒輪的頂切作出分析。

　　2.3 對變位齒輪進行一些限制，避免出現(xiàn)以上現(xiàn)象

　　3 變位齒輪的設(shè)計

　　SolidWorks 不但能設(shè)計出形狀逼真的三維立體 ，而且可以利用已經(jīng)設(shè)計的三位模型創(chuàng)建所需的各個視圖，包括剖視圖、局部放大視圖等，極大地方便了產(chǎn)品的設(shè)計。以 CM6154 車床床頭箱變位齒輪(z=40，m=3，x=0.42)為例，討論基于 SolidWorks 設(shè)計變位齒輪的實體和工程圖。

　　3.1 設(shè)計齒輪實體的流程

　　(1) 形體設(shè)計

　　啟動齒輪插件 → 設(shè)置齒輪參數(shù)(圖 6)→生成齒輪模型→拉伸 → 輪轂→切挖 →輻板(圖 7)→切鍵槽→倒角 → 倒圓角 →生成齒輪模型。

　　(2) 外部特征設(shè)置

　　齒輪模型外部特征的設(shè)置可以使虛擬模型更加真實，模型的外部特征決定形體具有的顏色和材質(zhì)等。在 SolidWorks 中利用外觀(Appearance)命令可以控制模型的顏色，還可以對模型的加工紋理(Texture)、材質(zhì)(Material)進行設(shè)置使模型更加真實、效果更好。利用場景(scene)、光源(light)等可以設(shè)置合適的光線及光源，襯托模型。利用材質(zhì)(Material)設(shè)定材料的屬性。SolidWorks 提供了各種材質(zhì)，可根據(jù)齒輪的特性選擇材質(zhì)。外部特征的設(shè)置使齒輪模型更加逼真，如圖 8 所示。

　　3.2 生成工程圖

　　在文件菜單中選擇由實體圖生成工程圖 →選擇工程圖格式 → 生成標準的工程圖→ 編輯視圖 → 設(shè)置剖切位置，生成剖視圖 →標注尺寸→填寫標題欄。完成的工程圖如圖 9 所示。

　　4 結(jié) 束 語

　　以 SolidWorks 為設(shè)計平臺進行的直齒變位齒輪的研究和設(shè)計，從理論和實際兩個方面分析了變位系數(shù)對齒形的影響，有利于變位齒輪的設(shè)計和教學(xué)工作，齒輪模型生成的工程圖極大地方便了齒輪設(shè)計。