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在網路上找到的螺旋齒輪計算公式

螺旋齒輪畫法02  

 

螺旋齒輪畫法01  


畫圖用的到的只有幾個


法面(刀具)模數:mn


螺旋角:βo


節圓直徑:do=mn*z/cosβo


外徑:da=π*do+2mn

 

 


在網路上找到的AutoCAD畫螺旋齒輪的方法幾乎都大同小異,歸納一下大概有3種:


第1種:基本上先畫出單一齒形輪廓,把齒形輪廓複製往Z軸偏移齒厚的距離,把偏移的齒型輪廓隨便旋轉一個角度,然後用斷面混成指令把2個齒型輪廓處理成實體;剩下的就是環形陣列和聯集處理來完成螺旋齒輪實體;多數找到的範例都屬於這一種


第2種:也是先畫出齒形輪廓,在輪廓中心畫一條齒厚長度的垂直線。然後使用掃掠指令,擠出齒厚的高度,加上設定的扭轉角度,完成螺旋齒輪實體;範例不多,只有文字說明,沒有圖片過程


第3種:用以上方法畫出單一齒形或齒隙實體,環形陣列後,再對做為粗胚的圓柱實體聯集或差集處理;實際畫時,使用齒隙來畫後續比較好處理;沒有實際範例,文字只有提到有這方法,但沒有詳細畫圖過程


實際畫出來的結果外觀差很大,網路上的範例螺旋角很小,看不出差異,當螺旋角加大後差異就很明顯,尤其是第1種畫法;之前的文章有提過,AutoCAD似乎沒辦法以指定螺旋角的方式產生螺旋線,至少目前我找不到方法來畫。要畫特定螺旋角的3D齒輪還是只能靠計算,畫出的是尺寸近似的圖形


目前市面上能買到的螺旋齒輪標準品,幾乎都是齒直角的螺旋齒輪產品。第1和第2種畫法畫出的都算是軸直角的螺旋齒輪,只有第3種畫法能畫出齒直角的螺旋齒輪

 


以下就分別以3種畫法來畫"模數2齒數20螺旋角45度"的螺旋齒輪


第1種畫法:先以漸開線齒輪的近似畫法畫出單一完整齒形輪廓

螺旋齒輪畫法03  


往Z軸方向複製齒形輪廓,距離為20(標準品尺寸);以輪廓中心點為中心,把複製的齒形輪廓旋轉40.51度(螺旋角45度計算後的偏移角度)

螺旋齒輪畫法04  


使用斷面混成指令把2個齒形輪廓處理成實體

螺旋齒輪畫法05  


接下來把齒形實體環形陣列成20個,中間加上和齒根圓同大的圓柱,再聯集處理;最後按照標準品尺寸加上肚臍圓柱和中央圓孔,完成螺旋齒輪

螺旋齒輪畫法06  


第2種畫法:先以漸開線齒輪的近似畫法畫出完整齒形輪廓,中心加上20高的垂直線作為掃掠路徑

螺旋齒輪畫法07  


使用掃掠指令,設定扭轉40.51度(螺旋角45度計算後的扭轉角度),將齒形輪廓掃掠成實體

螺旋齒輪畫法08  


最後按照標準品尺寸加上肚臍圓柱和中央圓孔,完成螺旋齒輪

螺旋齒輪畫法09  


第3種畫法:先以漸開線齒輪的近似畫法畫出完整齒隙輪廓,齒頂圓的外徑部分要增加尺寸,這是因為在掃掠時會斷面會旋轉角度,不加大的話,在差集後會留下不必要的輪廓;另外齒隙輪廓及節圓的2個交點和節圓中心夾角不再是9度(360除以2倍齒數),而是約6.2度,這是螺旋角45度斷面投影的結果。若這邊角度沒有縮小,最後的齒形會過切不正確

螺旋齒輪畫法10  


在輔助線圖層以建立齒隙輪廓的圓心為圓心畫節圓,再從同一中心畫直線到齒隙輪廓外圍中點,直線和圓的交點是掃掠時的對齊點

螺旋齒輪畫法11  


以節圓圓心為中心,使用螺旋線指令畫螺旋線。設定上下半徑等於節圓,旋轉高度約等於177.71(節圓乘以PI),旋轉圈數0.168圈(螺旋角45度,高度為30的計算結果);螺旋線一定要設定比齒厚還大,因為段掃掠時斷面偏轉自動對齊路徑。至於要大多少?根據經驗模數乘以5的大小就足夠

螺旋齒輪畫法12  


UCS座標切換到"前視圖"方向;在主圖層依標準品尺寸畫齒輪的外圍剖面,中心線對齊節圓,剖面下方比螺旋線下方端點高5

螺旋齒輪畫法13  


把齒隙輪廓用旋轉指令移到螺旋線下方對齊

螺旋齒輪畫法14

 

使用掃掠指令,以螺旋線為路徑,直線和圓的交點為對齊點,把齒隙輪廓掃成實體;若沒有把齒隙輪廓對齊螺旋線,掃出的有很大的機率是形狀錯誤的扭曲實體;把螺旋線用旋轉指令移到齒隙輪廓上方對齊也可以

 螺旋齒輪畫法15 


使用迴轉指令把齒輪斷面轉成實體  

螺旋齒輪畫法16  


關閉輔助線圖層;把齒隙實體環形陣列成20個,再以差集指令完成螺旋齒輪

螺旋齒輪畫法17  

 

 


把這3種畫法的成果擺在一起可以看出其中的差別,從右邊開始是第1種畫法,最左邊是第3種畫法


從上視圖來看,第1和第2種畫法齒形似乎較正常,軸直角的螺旋齒就是這種特徵。第3種齒形略胖,看起來也不太像是漸開線輪廓,這是齒直角齒形斷面投影到平面的結果;是否有注意到右邊第1種畫法的外圍有點怪?

螺旋齒輪畫法18  


從前視圖來看,第1種畫法齒形扭曲的很嚴重,在螺旋角很小時是看不太出其中的差異。第3種畫法則最接近市售的標準品

螺旋齒輪畫法19  


螺旋角45度的螺旋齒輪是可以直角相交傳動的,把畫好的3個齒輪分別複製一份移到上面轉90度。可以看到第1種畫法因為齒形扭曲嚴重,所以嚙合的地方縫隙很大

螺旋齒輪畫法20  

 

 


實際畫完的比較結果


第1種畫法若要畫出齒形不扭曲的成品,就必需增加斷面的數量,並擺放在正確位置才能達到


第2種畫法較簡單就可畫出相當好的結果,可惜只有在畫平面齒輪比較好用,畫傘齒輪之類的派不上用場


第3種畫法設定較複雜,但所有種類齒輪都適用,畫出的結果也最接近市售標準品

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