项目4齿轮零件三维建模与工程图设计项目说明通过齿轮零件的三维建模及工程图设计，读者应了解机械常见齿轮分类；掌握圆柱直齿轮、斜齿轮的基本参数与尺寸的关系；掌握特征的镜像及阵列操作；掌握GC工具箱齿轮建模操作齿轮工程图简化视图的编辑。
建议学习课时：4+2。
4.1案例任务——直齿轮三维建模及工程图设计直齿轮零件如图4.1所示。
图4.1 直齿轮4.1.1 任务分析直齿轮是指轮齿平行于轴线的齿轮。
齿形轮廓曲线有渐开线、摆线、圆弧等，一般采用渐开线齿廓。
通过UG NX10.0的GC工具箱可直接进行齿轮的创建、修改和删除。
零件的主体特征除了圆柱直齿轮基本体，还需通过拉伸创建凸台轮毂、中间的轴孔和键槽，最后倒边角。
在零件工程图中，通过GC工具箱设置齿轮的简化画法。
4.1.2 直齿轮三维建模步骤一：文件创建单击菜单栏的“文件”→“新建”，在弹出“新建”窗口输入文件名称为“XM4-1.prt”，并指定的文件保存文件夹，单击【确定】。
步骤二：直齿轮基本体的创建（1）单击“主页”菜单下“齿轮建模—GC工具箱”工具栏中的“柱齿轮建模”；（2）选择默认的“创建齿轮”→选择默认的“直齿轮”、“外啮合齿轮”、“滚齿”→在弹出的“渐开线圆柱齿轮参数”对话框中分别输入齿轮名称“gear_1”、模数“2.5”、牙数“24”、齿宽“16”及压力角“20”等参数→设置齿轮创建的矢量方向及起始点位置→单击【确定】，完成齿轮基本体的创建，如图4.2所示。
图4.2 直齿轮基本体的创建步骤三：轮毂圆柱特征创建（1）单击“主页”菜单下“特征”工具栏中的“更多”→选择“圆柱”特征工具；（2）以坐标原点为“指定点”，“XC”方向为“指定矢量”，创建直径“30”、高度“19”的圆柱体，并“求和”→单击“完成”。
步骤三：轴孔及键槽拉伸特征创建（1）单击工具栏“拉伸”，在“拉伸”对话框中单击“绘制截面”，以“Z-Y平面”为草绘面，绘制如图4.3所示拉伸截面；（小技巧：键槽位于Z轴负方向；约束矩形上方的两点在圆弧上，标定“22.8”的尺寸时点开“象限点”捕捉工具“”）（2）拉伸特征的“限制结束”为“贯通”，布尔“求差”。
图4.3 轴孔及键槽拉伸截面草绘步骤四：轴孔边倒斜角将轴孔两侧边倒“1×45°”的斜角。
4.1.3 直齿轮工程图设计步骤一：进入“制图”任务环境。
（1）在“应用模块”下单击“制图”，进入“制图”任务环境，隐藏基准坐标；（2）在弹出的“视图创建向导”对话框中，单击“取消”。
步骤二：手动创建主视图。
单击工具栏“基本视图”工具“”→在弹出“基本视图”对话框后选取“右视图”，比例为2:1→鼠标拖动视图至合适位置后单击左键放置。
步骤三：创建剖视图。
（1）单击“视图”工具栏中的“剖视图”工具“”，弹出剖视图对话框；（2）在绘图区选取坐标原点（或中心圆的圆心）为“截面线段”通过点→拖动跟随鼠标的视图至右视图左侧的合适位置→单击左键放置视图→单击“剖视图”对话框“关闭”。
如图4.4所示。
图4.4 左视图及剖视图的创建步骤四：齿轮简化表示。
（1）单击“制图工具－GC 工具箱”栏中的“齿轮简化”工具；（2）在弹出的“齿轮简化”对话框后，“类型”为默认的“创建”→分别选取两个视图→选取齿轮“gear_1”→单击【确定】，如图4.5所示。
①②图4.5 齿轮简化设置步骤五：添加简化视图剖面线。
左侧剖视图设置为简化表示后，剖面线被删除，需要重新添加。
（1）单击“注释”工具栏中“剖面线”，弹出“剖面线”对话框；（2）选取左侧剖视图的两个需要添加剖面线的区域→单击【确定】，如图4.6所示。
图4.6 添加简化视图剖面线步骤六：尺寸标注与注释创建。
参照图4.1完成各尺寸的标注、注释的创建及文本字体的设置。
4.2 训练任务——斜齿轮三维建模及工程图设计传动轴零件如图4.7所示。
图4.7斜齿轮（修改）4.2.1 任务分析斜齿轮（helical gear）是螺旋齿轮啮合方式的一类组成部分，具有啮合性好，传动平稳、噪声小等特点，常用用于高速重载。
图4.7所示为腹板式斜齿轮，整体为左右对称结构，腹板上开出了6个“ 26”的减重孔，中间轮毂为长度为50，略大于齿轮宽度42。
斜齿轮工程图有三个视图，都要设置成齿轮简化表示。
4.2.2 斜齿轮三维建模步骤一：文件创建新建“模型”文件“XM4-2.prt”，指定的文件保存文件夹，单击【确定】。
步骤二：斜齿轮基本体的创建（1）单击“主页”菜单下“齿轮建模—GC工具箱”工具栏中的“柱齿轮建模”；（2）选择默认的“创建齿轮”→选择“斜齿轮”、“外啮合齿轮”、“滚齿”→在弹出的“渐开线圆柱齿轮参数”对话框中分别输入齿轮名称“gear_1”、法向模数“5”、牙数“34”、齿宽“42”、法向压力角“20”、螺旋方向“左手”、Helix angle（螺旋角）“15”→设置齿轮创建的矢量方向为“XC”→设置起始点位置为“x＝－21，y＝0，z＝0”→单击【确定】，完成斜齿轮基本体的创建，如图4.8所示。
（提示：将起始点设在“-21，0，0”的目的是保证基准坐标在齿轮的中间，齿轮中间的“ZY平面”为对称面，方便后续所进行的特征镜像等操作。
）图4.8 斜齿轮基本体创建步骤三：齿轮腹板创建（1）单击工具栏中的“拉伸”→以齿轮的一个侧面为截面草绘面，绘制一个“ 132”的圆→完成草绘后，在“拉伸”对话框中设置拉伸高度为13，布尔“求差”→单击【确定】完成一侧圆凹孔切除；（2）单击“特征”工具栏中的“更多”→在下拉菜单的“关联复制”栏中选择“镜像特征”→在弹出的“镜像特征”对话框后，在绘图区选取前面的拉伸特征为“要镜像的特征”，选取基准坐标系的“ZY平面”为“镜像平面”→单击【确定】，如图4.9所示。
图4.9 拉伸特征镜像步骤四：减重孔的创建（1）单击工具栏中的“拉伸”→以腹板侧面为截面草绘面，绘制一个“φ26”的圆→约束圆心在竖直方向的坐标轴上，标定圆心到坐标原点距离为“45”；（2）单击“阵列曲线”工具，选取绘制的圆为“要阵列的曲线”，设置为“圆形”阵列布局，“旋转点”为坐标系原点，输入阵列数量“6”和节距角“60” →单击【确定】，如图4.10所示。
（3）完成草绘后，在“拉伸”对话框中，设置拉伸限制为“贯通”，布尔“求差”。
（提示：六个减重孔的创建也可以通过面的阵列来创建。
即先拉伸创建其中一个孔，再利用“关联复制”栏中的“阵列面”将圆孔面进行阵列，读者可自行练习。
）图4.10 草绘圆的曲线阵列 步骤五：轮毂及键槽拉伸（1）以“ZY ”平面为截面草绘平面，拉伸一个“φ50”的圆柱，拉伸限制为“-25”到“25”，布尔“求和”；（2）以轮毂端面为截面草绘平面，拉伸中心孔及键槽，设置拉伸限制为“贯通”，布尔“求差”。
完成后的斜齿轮三维模型如图4.11所示。
图4.11 斜齿轮三维模型4.2.3 斜齿轮工程图设计步骤一：进入“制图”任务环境。
（1）在“应用模块”下单击“制图”，进入“制图”任务环境，隐藏基准坐标； ①②③④⑤（2）在弹出的“视图创建向导”对话框中，单击“取消”。
步骤二：主视图及投影视图创建。
（1）单击工具栏“基本视图”工具“”→在弹出“基本视图”对话框后选取“右视图”，比例为1:1→鼠标拖动视图至合适位置后单击左键放置；（2）在自动弹出“投影视图”对话框后，拖动鼠标垂直往下创建一个投影视图，如图4.12所示。
图4.12 主视图及投影视图的创建步骤三：创建剖视图。
（1）单击“视图”工具栏中的“剖视图”工具“”，弹出剖视图对话框；（2）在绘图区选取坐标原点（或中心圆的圆心）为“截面线段”通过点→拖动跟随鼠标的视图至主视图左侧的合适位置→单击左键放置视图→单击“剖视图”对话框“关闭”。
步骤四：齿轮简化表示。
（1）单击“制图工具－GC工具箱”栏中的“齿轮简化”工具；（2）在弹出的“齿轮简化”对话框后，“类型”为默认的“创建”→分别选取三个视图→选取齿轮“gear_1”→单击【确定】，完成后的工程图如图4.13所示。
图4.13 斜齿轮工程图简化步骤五：视图相关修改。
（1）添加剖视图的剖面线→选取剖视图齿上的“截面边曲线”，单击右键“隐藏”→双击注释“SECTON A-A”，在标签栏中将前缀“SECTON”去除；（2）将主视图自动标出的六个减重孔中心标记删除（将中心标记全部选取后，按“Delete”键）→单击“注释”工具栏中“中心标记”下拉菜单中的“螺栓圆中心线”工具→在弹出“螺栓圆中心线”对话框后，依次选取六个减重孔，单击【确定】，完成规范的中心标记创建，如图4.14所示。
图4.14 “螺栓圆中心线”创建（3）隐藏剖视图中的齿上的轮廓曲线，并在剖切区添加剖面线。
步骤六：尺寸标注与注释创建。
参照图4.7完成各尺寸的标注、注释的创建及文本字体的设置。
项目拓展完成如图4.15所示锥齿轮零件三维建模及工程图设计。
图4.15 锥齿轮要点与难点提示：1．齿轮主体创建。
GC工具箱创建“锥齿轮”→类型为“直齿轮”、齿高形式为“等顶隙收缩齿”→在“圆锥齿轮参数”对话框内单击下方的“默认值”按钮→修改大端模数、牙数和齿宽等参数，如图4.16所示。
图4.16 圆锥齿轮参数设置2．简化工程图的创建与修改。
主视图和剖视图经过GC工具箱简化后，可能出现部分线段不显示的情况，可根据图形实际需要，激活“活动草图视图”自行绘制添加。
项目小结1．齿轮是重要的机械零件，掌握GC工具箱创建齿轮基本实体，再根据要求在主体基础上创建其它特征以完成齿轮的三维建模；2．通过齿轮的三维建模，进一步熟悉齿轮基本参数、尺寸计算及视图表示方法等相关知识；3．三维建模时，首先分析零件的结构对称性，尽量将基准坐标原点设置于零件的对称位置，利用特征镜像和阵列等操作完成对称特征的创建；。