SolidWorks齿轮模型绘制教程：从入门到精通

SolidWorks齿轮模型绘制教程：从入门到精通

在SolidWorks软件中绘制齿轮模型是机械设计中的常见任务。本文将详细介绍多种绘制齿轮模型的方法，包括描点法、参数法、插件法以及不使用插件的快速构建方法等。每种方法都配有具体的操作步骤和示意图，帮助读者掌握不同场景下的齿轮建模技巧。

1. 描点法

描点法是构建齿轮参数化模型的通用方法。在SolidWorks中进行齿轮零件建模时，绘制精确的齿廓曲线草图是关键一步。首先需要将齿轮渐开线方程转换成直角坐标形式，并将坐标数值保存为齿轮.txt格式的文件。然后打开SolidWorks软件，先制作齿轮基圆体，使用“通过XYZ点的曲线”命令调入齿轮.txt文件。最后，使用SolidWorks的基本绘图命令画出齿形，通过放样或扫描等特征生成三维齿轮模型。采用描点法的建模过程较为繁琐，但其优点是只要建立精确的数学模型，多取些点就可以获得较高的曲线精度，从而提高三维模型的精度。

2. 参数法

参数法是建立一个通用的齿轮模板文件，模板文件可以将描点法中的分析曲线、建立数学模型、计算型值点坐标等过程编写好程序，将程序内置，通常应用界面比较简单，用户只需输入齿轮相应参数，就可以方便而迅速地建立起模型。采用参数法建模时难点在于模板文件的建立，但对于创建直齿圆柱齿轮及斜齿轮等常用标准齿轮可在网络上下载适用SolidWorks软件的齿轮模板，如果要创建新的齿轮机构就须先创建新的模板。

3. 插件法

利用插件法是一种很便捷的建模方法，但必须获得开发商授权。在SolidWorks2007版本以前没有Toolbox。在SolidWorks2008版本及以后版本的安装时需要安装Toolbox才能使用此功能。Toolbox里可以插入齿轮，不过最好是在装配界面里面操作，才可以修改所需齿数和模数等参数。生成的齿轮齿形为圆弧，无变位，一般场合适用。使用geartrax时要注意所用SolidWorks版本的语言，有的需要在英文版本中使用geartrax插件，使用该插件可以快速生成一对齿轮，精确齿形，可加入变位、齿宽等。FNT三维齿轮插件是很好的齿轮副设计工具，具有精确齿形，可加入变位、齿宽等参数，可进行强度校核、生成检验公差值及生成齿轮设计报告，是齿轮三维设计的理想工具。

4. 不采用插件快速构建齿轮模型方法

现以构建一个齿数为18，模数2.5，压力角为20°的渐开线直齿圆柱齿轮为例，具体操作描述如下。

4.1 借助CAXA软件

该方法可操作性强，方便快捷，借助CAXA电子图板，可以快速精确绘制齿轮齿形轮廓线。运行CAXA电子图板，点击主菜单“绘制＼齿轮”，弹出如图1所示的齿形参数对话框。在对话框中输入相应参数，点击下一步，弹出如图2所示对话框，有效齿数输入18，点击完成，出现齿轮齿形轮廓线如图3所示，将此图形以“齿形.dwg”格式保存。

图1 齿轮参数对话框

图2 齿形预显对话框

运行SolidWorks，打开以“齿形.dwg”格式保存的齿轮齿形轮廓线图形，弹出如图4所示对话框，打开方式选择“输入到新零件”，点击完成，完成在SolidWorks中绘制齿形轮廓线草图。利用SolidWorks拉伸功能，按齿宽尺寸对草图进行拉伸，建立渐开线圆柱直齿轮三维模型如图5所示。借助CAXA电子图板绘制齿轮齿形轮廓线图形，绘制的轮廓线是非常精确的，建立的齿轮三维模型也是非常准确的，最后通过SolidWorks的切除功能，可建立齿轮轴孔及键槽部分的结构，并且可多次引入生成多联齿轮，但操作较为麻烦。

图4 调入齿形图形文件

图5 齿轮模型

4.2 用圆弧替代渐开线

直接在SolidWorks中可以将渐开线进行简化，用圆弧画法近似，然后再进行圆周阵列。

步骤1：在特征树中选择“前视基准面”作为草图绘制基准面，分别绘制齿顶圆、齿根圆、分度圆和基圆，如图6所示，命名为齿轮草图。

步骤2：选择“齿轮草图”所在平面作为草图绘制基准面，在分度圆上取一点A，连接OA并取中心点O1，以O1为中心O1A为半径作圆，交基圆于B点，以B点为圆心，BA为半径作圆，在齿顶圆与基圆之间得到CD弧，在基圆与齿根圆之间以r＝0.2m（m为模数）圆弧光滑连接，如图7所示，命名为“齿形绘制草图”。

步骤3：过圆心O作与OA夹角为5°（齿距弧度360°/18＝20°的1/4）的两条线段OA1和OA2，保留A1A2段，裁剪和删除掉其他的线条，即可得到半边齿形，用镜像命令形成另一半齿形，最终单齿齿形草图如图8所示。

步骤4：采用圆周阵列命令，完成图9所示齿轮轮齿草图。

步骤5：齿廓完成后，利用拉伸方式完成齿轮建模。

5. 方程式驱动的曲线

SolidWorks2007版本以后可采用“方程式驱动的曲线”工具，这种方法可以帮助用户设计生成所需要的精确数学曲线图形。对于有些在其他坐标系下定义的曲线方程，例如极坐标系方程，使用者可以使用基本的数学方法先将该坐标系下的曲线方程转换到笛卡尔坐标系，以后就可以重新定义该曲线了。关于“方程式曲线”对话框其他的选项功能可以参照SolidWorks帮助文件详细了解使用方法。

在SolidWorks界面中调出方程式曲线对话框，如图10a所示，输入相应参数后绘制渐开线曲线如图10b所示。然后在特征树中选择“前视基准面”作为草图绘制基准面，分别绘制齿顶圆、齿根圆、分度圆和基圆，如图11所示。当齿轮齿数大于或等于42时，基圆直径小于齿根圆直径，齿轮齿廓曲线自齿根圆至齿顶圆均为渐开线。当齿轮齿数小于42时，基圆直径大于齿根圆直径，齿轮齿廓曲线自基圆开始直至齿顶圆为渐开线，如图12所示，基圆以内的齿廓曲线即齿根的过渡曲线部分不是渐开线，可以在基圆与齿根圆之间以r＝0.2m（m为模数）圆弧光滑连接，作出齿根过渡曲线。接下来可采用镜像得到齿形，完成齿轮建模。