2018/6/9

Inventor 齒輪組設計

早期Autodesk有買下一些 CAD 外掛公司,
其中一個就是Mechsoft
然後將其功能內建在Inventor中,也就是在組合環境下看到的"設計"功能。


當初Autodesk台灣分公司跟代理商大塚決定把這個功能稱為機械便覽魔法師,
其實這是一個無知的誤會,
原因是有人以為這個功能提供了台灣機械工程師經常使用的 小栗富士雄 編著的機械便覽 類似的功能,
但是其實是不同的,所以我一直不太喜歡用這個名稱,當初定名稱的人不懂就算了,我翻了超過十年的機械便覽若還跟著用感覺很像騙子,所以我通常會直接講英文的縮寫 DA
英文版的原名是 "Design Accelerator",如果用字義來翻譯應該是"設計加速器"。

好,不管名稱是甚麼,Design Accelerator 提供了一些機械設計上經常用到的設計輔助工具,
例如接下來要介紹的"齒輪產生器"。

齒輪產生器的使用很簡單,
但是觀念上卻很有難度,
工程師必須懂一些齒輪相關的專業名詞,例如模數、節圓、壓力角等等。

像我本身都是直接選擇廠商作好的減速機,
從沒作過齒輪組設計,
這些相關名詞對我來說就有點陌生,
因此在使用上就會碰上盲點。

所以如果有需要使用齒輪產生器,
又不了解相關的專業名詞,
可以參考日本齒輪大廠小原齒輪工業 KHK 的齒輪大學相關技術說明文件,
內容非常的多,看到會脫窗

基本上念機械的如果還有點印象,
應該會知道模數乘以齒數等於節圓直徑,
節圓直徑乘以圓周率等於周長,再除以齒數等於節距。

這邊不可能去跟大家介紹齒輪的專業知識,
主要介紹兩個功能:
1. 產生正齒輪組
2. 匯出齒輪齒型

產生正齒輪組的方法很簡單,首先需要一個已經存檔的組合,
接下來的步驟以產生一對正齒輪組:
首先點選"正齒輪":

接下來會跳出一個對話視窗如下:


其中的"設計指南"這一項非常容易讓我誤會意思,
例如以上,選擇"中心距離"時,
我會以為是需要設定中心距離來產生齒輪組,
但是實際上卻完全無法修改“中心距離”的值;
原來在軟體功能中,“設計指南”的設定是指要計算的項目;
例如選擇“中心距離”時,
表示要輸入比例、模數、齒數等資料,
軟體會計算出兩個齒輪的中心距離;
這跟我直覺上的想法要輸入中心距離有點顛倒,因此在使用上就經常踢到鐵板,
所以使用上要注意“設計指南”的選項是要讓我們選擇軟體進行自動計算的項目。

在以“中心距離”設定為例,
這時候我們可以輸入:
1. 比例
2. 模數
3. 齒輪 1 的齒數

按下計算以後,軟體就會自動幫忙計算中心距離與齒輪 2 的齒數。

另外需要關連到模型產生的是:
1. 面寬:也就是齒輪的寬度
2. 單元更正:中文上慣稱是移位係數或轉位係數,目的是當齒輪直徑相對模數太小,或者是齒比造成中心距離不是整數值,可以使用“單元更正”降低或增高齒,以防止齒隙過大或齒過切的問題。
要注意的是單元修正值會造成齒根跟齒尖的寬度改變,也就是齒的強度跟磨損會改變。

所以計算時,若“單元修正”過大,軟體會出現警告。

這時可以使用"總計單元更正"欄位旁的"預覽"按鈕來檢視齒輪經過修正後的形狀與嚙合情形:

總計單元更正為 0,中心距離為76
兩齒輪節圓相切
總計單元更正為0.524,中心距離變更為77



小齒輪單位更正值為0
小齒輪單元更正值為0.524
如果按下快轉鈕還可以看到齒輪嚙合的動畫。

雖然出現警告,但是還是可以產生齒,只要按下確定就可以產生一組齒輪。

也可以指定到既有的軸或圓柱上去產生齒輪。

步驟可以參考以下影片:



進階設定:

中心距離的調整可以使用"總單元修正"進行改變,
增加總單元修正值,計算後就會看到中心距離增加,
並且可以指定齒輪1 的單元修正值來調整齒輪2 的單元修正值,
修正後按下計算就可以看到中心距離的微幅調整,
但是要注意的是,經過單元修正的齒輪就不是標準齒輪,通常需要訂製,
所以少量訂購最好是"單位修正"最好是放在其中一個齒輪上,
如果製造量很大,又希望將單元修正適當分配到兩個齒輪上,就可以去調整兩個齒輪的單元更正。

除了以上的基本操作計算以外,其實軟體都還提供了一些更進階的設定與結果:

包括可以修改輸入比例跟齒數1,改為輸入齒數1跟齒數2等等,就看設計者的需求決定。


產生的齒輪齒型是一條直線,跟真實齒輪的漸開線有差異,
軟體有支援產生近似漸開線的功能,
可以使用滑鼠右鍵點選瀏覽器中產生的齒輪,
可以看到有一個“匯出齒輪造型”選項,如下圖示:


選擇後會出現以下對話視窗:

對話視窗中的左上角可以選擇小齒論或大齒輪,
公差設定可以指定漸開線輸出的精度(點數),
其他的設定如圖上的標示。




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