基于Pro/E的内齿轮三维参数化造型设计

0 引言

    钻杆动力钳是一种较为理想的石油钻井井口工具，广泛适用于海洋、陆地钻井、修井作业时上卸管作业。这种动力钳的主钳和背钳为一体结构，开口形钳头能自由脱开钻杆，机动性强。使用钻杆动力钳上卸螺纹，不需要猫头、吊钳和旋绳（或旋链），能大大降低钻井工人的劳动强度。其传动系统要求精确而灵活，挂挡齿轮和内齿套就是有效的传动配合之一。

    Pro/ENGINEER是一套由设计到生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，其最基本的功能就是构建零件的3D实体型。

    在此次钻杆动力钳的设计中，要求生产出一系列4种不同型号的设备，以适应各种工况。若是对每套产品逐一设计，任务繁重，易出错。利用Pro/ENGINEER参数化造型功能和特征设计，建立各基本零件，本文阐述了内齿套的三维参数化造型过程。

1 内齿套模型的建立

    1.1 参数分析及设置在利用Pro/ENGINEER进行三维参数化设计时，首先要分析和设置参数。齿轮的控制参数包括齿数z、模数m、顶隙系数c、压力角a、齿顶高系数ha、变位系数x、基圆直径db、齿顶圆直径da、齿根圆直径df及齿厚b，在我国，通常ha、c、a分别取1、0.25、20°可视为常数。m、z、x 是要进行齿轮计算时的一些驱动参数，剩下的即为计算参数，可以利用驱动参数来获得。参数设置如表1。

    1.2 建立参数间关系

    单击主菜单工具—关系，进入关系编辑状态，在对话框内输入如下关系式：

    然后，单击“校对”，严正关系式无误后，单击确定。

    1.3 零件模型的建立

    第1步，单击绘制基准曲线工具，利用关系式绘出基圆、齿顶圆、齿根圆、分度圆如图1。这些尺寸均受参数和关系驱动。

    第2步，绘制渐开线齿廓。选择插入基准曲线工具，在弹出的对话框中选择从方程，在弹出的文本框中输入如式（2）的渐开线方程，完成渐开线齿廓的绘制。

    第3步，利用拉伸特征创建单个轮齿。如图2所示。

    第4步，利用阵列工具生成所有轮齿，再利用旋转特征和Dw，Dn参数的驱动绘制出内齿套的外轮廓，再生零件如图3所示。

2 结语

    在本次钻杆动力钳设计中，用参数化方法进行内齿套的设计大大节省了时间，降低了劳动强度。在需要其他型号的零件时，只需在关系中将驱动尺寸赋予新值即可。如输入m=5；z=19;x=0.55;Dw=166;Dn=142,再生即生成，如图4所示。

    若该钻杆动力钳以后需大批量投入生产，还可在该零件模型上利用Pro/E的program编制程序对驱动参数进行控制即可得到所需的产品，随后还可进行自动生成工程图等操作，充分利用Pro/E的参数自动化设计功能。