catia齿轮画法全解

本章将介绍在CATIA V5R12中进行空间曲面类零件建模的方法，主要练习复杂图形的草图绘制方法及拉伸成形、拉伸切割等特征造型工具的使用方法。

【实例】

实例1：创建空间曲面类零件——蜗杆。 实例2：创建空间曲面类零件——链轮。 实例3：创建空间曲面类零件——齿轮。 【目的】

通过本章的学习，使用户了解在CATIA V5R12中进行简单的空间曲面类零件建模的方法，掌握空间曲面类零件建模的一般规律。

8.3 渐开线圆柱齿轮

渐开线圆柱齿轮是最常用的传动件。渐开线圆柱齿轮轮齿的齿廓曲线为渐开线。

渐开线的方程式可用直角坐标方程式和极坐标方程式表示，在这里应用于齿轮实体建模的过程中，使用极坐标方程式表示比较方便。

渐开线的极坐标方程式为



θinvαktanαkαkrk根据此方程式便可以进行渐开线齿廓曲线草图的绘制及渐开线圆柱齿轮造型设计（具体

计算可查阅《机械设计手册》渐开线函数表）。

在这里介绍模数为5mm、齿数为19的齿轮轴及相同模数、齿数为51的直齿圆柱齿轮的实体造型方法。

rbcosαk8.3.2 大齿轮

成形的齿轮如图8.163所示。其建模操作步骤如下： 1．拉伸成形齿轮本体

（1）单击如图8.164所示的“File（文件）”下拉菜单，选择“New…（新建）”命令，在如图8.165所示的对话框中选择“Part（零件）”选项，进入零件设计模块。

图8.163 齿轮实体造型

图8.164 “文件”下拉菜单

图8.165 选择“零件”选项

（2）选择yz平面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画齿根圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图8.166所示。

（3）草图绘制完成后，单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸成形）工具，系统显示预览画面，并在窗口中显示如图8.167所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Dimension（特定距离）”，在“Length（长度）”文本框中输入65mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“OK（确定）”按钮，拉伸成形结果如图8.168所示。

图8.166 画齿根圆并标注

图8.167 “拉伸成形”对话框

图8.168 拉伸成形结果

2．渐开线齿形草图绘制

（1）选择如图8.169所示的端面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（中心线）工具，画水平、垂直中心线。单击草图绘制工具栏中的（几何模式）工具，启用几何模式。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画基圆、分度圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图8.170所示。

（2）单击草图绘制工具栏中的（几何模式）工具，关闭几何模式。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画齿根圆、齿顶圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，结果如图8.171所示。

图8.169 选择绘图平面

图8.170 画基圆、分度圆

图8.171 画齿根圆、齿顶圆

（3）单击轮廓工具栏中的（样条曲线）工具，用描点法绘制如图8.172所示的曲线，描点法选点的多少将影响渐开线的准确程度，选择的点数可随意确定。

（4）使用《机械设计手册》中的渐开线函数表查阅并计算各点的极坐标值，如表8.1所示。双击如图8.173所示曲线上的点，在如图8.174所示的对话框的极坐标文本框内输入新值，直接改动点的位置即可。用描点法画出的渐开线如图8.175所示。

图8.172 用描点法绘制曲线

图8.173 双击曲线上的点

图8.174 输入点的极坐标值

表8.1 各点的极坐标值

取点 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 极径rb /mm 119.81 121.65 124.04 127.5 129.22 132.2 135.69 极角θ/° 90 90.103 90.35 90.854 91.15 91.72 92.465 （5）单击轮廓工具栏中的（中心线）工具，将坐标原点与渐开线在分度圆上的点连

线，并过坐标原点画一条中心线作为渐开线齿廓的对称中心线，如图8.176所示。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注两中心线间的夹角，再修改尺寸，确定渐开线齿廓的对称中心线位置，结果如图8.177所示。

图8.175 用描点法画曲线

图8.176 画中心线

图8.177 标注两中心线间的夹角

（6）单击操作工具栏中的（镜像）工具，单击用描点法绘制的渐开线曲线，并选择对称中心线，形成如图8.178所示的渐开线齿廓形状。

（7）单击操作工具栏中的（剪切）工具，单击如图8.179所示的渐开线上欲保留部分1处及齿根圆上欲保留部分2处，选定的边线以高反差的颜色显示，并自动删除多余部分。单击如图8.180所示的圆弧上部欲保留部分3处及渐开线上欲保留部分1处，多余部分线条被自动删除。用同样的方法完成其它位置草图的修剪，结果如图8.181所示。

图8.178 形成渐开线齿廓

图8.179 选择1、2处边线

图8.180 选择1、3处边线

3．齿轮轮齿成形

（1）草图绘制完成后，单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸成形）工具，系统显示如图8.182所示的预览画面，并在窗口中显示如图8.183所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Dimension（特定距离）”，在“Length（长度）”文本框中输入65mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“OK（确定）”按钮，完成拉伸成形操作。

图8.181 草图修剪结果

图8.182 拉伸成形预览画面

图8.183 “拉伸成形”对话框

（2）在模型树上选择拉伸成形的实体，单击变换特征工具栏中的（圆形阵列）工具，系统显示如图8.184所示的“设定阵列方式”对话框，在“Parameters（参数）”选项框中选择“Instance（s）&angular spacing（实体数与角度间隔）”，在“Instance（s）（阵列个数）”文本框中输入51，在“Angular Spacing（角度间隔）”文本框中输入7.059°，然后单击圆柱面作为参考面，此时系统将会显示阵列预览画面，如图8.185所示。若位置正确，单击“OK（确定）”按钮，圆形阵列结果如图8.186所示。

图8.184 “设定阵列方式”对话框

图8.185 阵列预览画面

图8.186 圆形阵列结果

4．凸台成形

（1）选择如图8.187所示的端面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图8.188所示。

图8.187 选取绘图平面

图8.188 绘制草图并标注尺寸

（2）草图绘制完成后，单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸成形）工具，系统显示如图8.189所示的预览画面，并在窗口中显示如图8.190所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Dimension（特定距离）”，在“Length（长度）”文本框中输入15mm。若预览画面中显示的拉伸方向正确，单击“OK（确定）”按钮。拉伸成形结果如图8.191所示。

5．中心孔成形

（1）选择如图8.192所示的端面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画圆，单击（矩形）工具画矩形，绘制完成的草图如图8.193所示。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图8.194所示。

图8.189 拉伸成形预览画面

图8.190 “拉伸成形”对话框

图8.191 拉伸成形结果

图8.192 选择绘图平面 图8.193 草图绘制 图8.194 修改尺寸

（2）单击操作工具栏中的（剪切）工具，用鼠标选择欲保留部分，选定的边线以高反差的颜色显示，并自动删除多余部分，形成全封闭图形，结果如图8.195所示。 （3）单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸切割）工具，系统显示如图8.196所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Up to next（成形至下一面）”，预览画面如图8.197所示。若预览画面中显示的拉伸切割方向不正确，则显示如图8.198所示的提示框。单击对话框中的“Reverse Direction（反向）”按钮，然后单击“OK（确定）”按钮，完成拉伸切割操作。

图8.195 形成全封闭图形

图8.196 “拉伸切割”对话框

图8.197 拉伸成形预览画面

图8.198 提示框

6．凹槽成形

（1）单击如图8.199所示的齿轮端面作为基准面，然后单击参考元素工具栏中的（参考平面）工具，系统显示如图8.200所示的对话框，在“Offset（偏移距离）”文本框中输入32.5mm，如图8.201所示。单击“OK（确定）”按钮，完成的基准面就是一个相对齿轮端面偏置的平面。

图8.199 单击齿轮端面

图8.200 “参考平面”对话框

图8.201 平面偏置

（2）选择yz平面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注尺寸，再双击尺寸线修改尺寸，结果如图8.202所示。

（3）单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸切割）工具，系统显示如图8.203所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Dimension（特定距离）”，在“Depth（深度）”文本框中输入15mm，预览画面如图8.204所示。若拉伸切割方向正确，单击“OK（确定）”按钮，完成拉伸切割操作，结果如图8.205所示。

图8.202 修改尺寸

图8.203 “拉伸切割”对话框

图8.204 拉伸切割预览画面

（4）在模型树上选择拉伸切割成形的实体，选择完成后如图8.206所示。单击特征工具栏中的（镜像）工具，系统显示如图8.207所示的对话框，选择基准面1作为镜像对称面，系统显示镜像预览画面，单击“OK（确定）”按钮完成镜像操作，结果如图8.208所示。

图8.205 拉伸切割结果

图8.206 选择实体

图8.207 “镜像”对话框

图8.208 镜像结果

（5）选择如图8.209所示的凹槽平面作为绘图平面，单击（草图绘制）工具，进入草图绘制模块。单击轮廓工具栏中的（圆）工具画圆。单击约束工具栏中的（约束）工具，标注并修改尺寸，结果如图8.210所示。

图8.209 选择绘图平面

图8.210 画圆并修改尺寸

（6）单击（退出）工具，退出草图绘制模块。单击特征工具栏中的（拉伸切割）工具，系统显示如图8.211所示的对话框。在“Type（类型）”选项框中选择“Up to next（成形至下一面）”，预览画面如图8.212所示。若拉伸切割方向正确，单击“OK（确定）”按钮，完成拉伸切割操作，结果如图8.213所示。

图8.211 “拉伸切割”对话框

图8.212 拉伸切割预览画面

图8.213 拉伸切割结果

（7）在模型树上选择拉伸成形的实体，单击变换特征工具栏中的（圆形阵列）工具，系统显示如图8.214所示的“设定阵列方式”对话框。在“Parameters（参数）”选项框中选择“Instance（s）&angular spacing（实体数与角度间隔）”，在“Instance（s）（阵列个数）”文本框中输入4，在“Angular Spacing（角度间隔）”文本框中输入90°，然后单击圆柱面作为参考面，此时系统将会显示阵列预览画面，如图8.215所示。若位置正确，单击“OK（确定）”按钮，圆形阵列结果如图8.216所示。

图8.214 “设定阵列方式”对话框

图8.215 阵列预览画面

图8.216 圆形阵列结果

7．倒角特征

（1）单击特征工具栏中的（倒圆角）工具，用鼠标选择欲产生圆角处，选定的边线以红色显示，如图8.217所示。系统显示如图8.218所示的对话框，在“Radius（半径）”文本框中输入5mm，指定圆角半径，单击“OK（确定）”按钮，产生圆角的大齿轮如图8.219所示。

（2）单击特征工具栏中的（倒角）工具，系统显示如图8.220所示的对话框。在“Mode（模式）”选项框中选择“Length1/Angle（长度/角度）”，在“Length1（长度）”文本框中输

入1mm，在“Angle（角度）”文本框中输入45°，用鼠标选择需倒角的边线，如图8.221所示。单击“OK（确定）”按钮，完成倒角特征设计。

（3）在“Tools（工具）”下拉菜单中，依次单击“Hide（隐藏）”→“All Plane（所有参考面）”命令，隐藏基准面。最终完成的齿轮实体造型如图8.222所示。

图8.217 选择欲产生圆角处

图8.218 “倒圆角”对话框

图8.220 “倒角”对话框

图8.221 选择需倒角的边线

8.219 产生圆角的大齿轮

图8.222 齿轮实体造型

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