Inventor 齿轮全攻略：从入门到精通
齿轮是机械设计中非常常见的零件，在Inventor中，我们有多种方法来创建齿轮，从最简单的拉伸到功能强大的“生成齿轮”工具，本教程将重点介绍功能最强大、最规范的“生成齿轮”方法,并辅以其他方法的讲解。
（图片来源网络，侵删）
第一部分：核心方法 - 使用“生成齿轮”工具
这是Inventor官方推荐的专业方法，它通过生成一个精确的渐开线齿廓，然后进行阵列，从而创建出参数化的齿轮模型。注意：此功能需要安装“Inventor Professional”版本。
步骤 1：准备工作 - 创建工作轴和工作平面
“生成齿轮”工具需要一个旋转轴和一个用于放置齿的平面。
- 新建零件：启动Inventor，新建一个“Standard.ipt”零件文件。
- 创建旋转轴：
- 在“草图”选项卡中，选择“中心点圆”命令。
- 在原点
(0,0,0)处绘制一个任意大小的圆。 - 退出草图。
- 在“模型”选项卡中，选择“旋转”命令，选择刚刚绘制的圆作为截面轮廓，默认的Y轴或Z轴作为旋转轴，点击“确定”，创建一个圆柱体,这个圆柱体的中心线就是我们需要的旋转轴。
- 创建放置平面：
- 切换到“模型”选项卡。
- 在“定位特征”面板中，选择“工作平面”。
- 将鼠标悬停在圆柱体的端面上，会自动出现一个与端面重合的工作平面，单击鼠标左键,创建这个工作平面。
步骤 2：生成齿轮
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启动工具：
- 切换到“设计”选项卡。
- 在“齿轮生成器”面板中，点击“生成齿轮”按钮。
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设置齿轮参数：
（图片来源网络，侵删）- 这时会弹出“齿轮生成器”对话框，这是最关键的一步,我们需要输入齿轮的基本参数。
- 类型：选择“直齿轮”。
- 值：输入你需要的齿轮参数。
- 模数：这是齿轮最重要的参数，决定了齿轮的大小，标准模数有 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3... 等。
- 齿数：齿轮的牙齿数量。
20。 - 齿宽：齿轮的厚度。
20 mm。 - 压力角：标准值为
20度。 - 齿顶高系数：通常为
1。 - 顶隙系数：通常为
25。
- 放置：
- 旋转轴：在图形区域选择我们之前创建的圆柱体的中心线。
- 放置平面：选择我们创建的端面工作平面。
- 齿轮齿廓：你可以选择“外部”或“内部”，外部是常见的啮合齿轮,内部是内齿轮。
- 预览：设置好参数后,右侧会实时显示齿轮的预览。
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生成齿轮：
- 点击“确定”。
- Inventor会自动计算并生成一个包含精确渐开线齿廓的齿轮特征，这个特征是参数化的，如果你在浏览器中双击它,可以重新修改参数。
步骤 3：完成齿轮设计
现在你得到了一个基础齿轮,但通常还需要进行一些后续设计。
-
添加轴孔和键槽：
- 在浏览器中，右键点击刚刚生成的“齿轮”特征，选择“抑制”或“可见性”暂时隐藏它,以便于在基础圆柱体上操作。
- 在圆柱体的端面上创建一个新的草图。
- 绘制一个圆作为轴孔，并绘制一个矩形作为键槽（记得添加尺寸和同心、相切等几何约束）。
- 使用“拉伸”命令，选择“求差”操作,切出轴孔和键槽。
- 再次显示齿轮特征。
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添加倒角或圆角：
（图片来源网络，侵删）- 使用“倒角”或“圆角”命令，对齿轮的齿顶、轴孔边缘等进行修饰,使其更符合实际加工和装配要求。
至此,一个完整的直齿轮就制作完成了。
第二部分：进阶齿轮类型
“齿轮生成器”同样支持创建其他类型的齿轮。
A. 斜齿轮
斜齿轮的牙齿是螺旋形的,传动更平稳。
- 创建基础圆柱体：与直齿轮相同,先创建一个圆柱体。
- 启动工具：点击“生成齿轮”。
- 设置参数：
- 类型：选择“斜齿轮”。
- 除了直齿轮的参数外，还需要设置：
- 螺旋角：
15度，角度越大，传动越平稳,但会产生轴向力。 - 旋向：选择“左旋”或“右旋”。
- 螺旋角：
- 放置：同样选择旋转轴和放置平面。
- 生成：点击“确定”,Inventor会自动生成螺旋状的齿。
B. 锥齿轮
锥齿轮用于传递两相交轴之间的动力。
- 创建基础圆锥体：
- 新建零件。
- 在“草图”中绘制一个等腰梯形（代表锥齿轮的截面）。
- 使用“旋转”命令，绕其中心线旋转,得到一个圆锥体。
- 创建放置平面：
创建一个与圆锥体底面重合的工作平面。
- 启动工具：点击“生成齿轮”。
- 设置参数：
- 类型：选择“锥齿轮”。
- 输入模数、齿数等参数。
- 节锥角：这个角度通常由你的传动比决定，如果你不确定，可以先输入一个估算值,生成后根据实际效果调整。
- 放置：选择圆锥体的中心线和底面工作平面。
- 生成：点击“确定”。
C. 蜗轮蜗杆
蜗轮蜗杆用于传递空间交错轴（通常成90度）的动力,可以实现大的传动比。
注意：在Inventor中，蜗轮和蜗杆是分开生成的。
生成蜗杆
- 创建基础圆柱体：同上。
- 启动工具：点击“生成齿轮”。
- 设置参数：
- 类型：选择“蜗杆”。
- 输入模数、头数（通常为1或2）、压力角等参数。
- 导程角：由模数、头数和分度圆直径计算得出,工具会自动计算。
- 放置：选择旋转轴和放置平面。
- 生成：点击“确定”。
生成蜗轮
蜗轮的生成需要依赖已经创建好的蜗杆,这是最关键的一步！
- 新建装配体：新建一个“Standard.iam”装配体文件。
- 放置蜗杆：将刚刚创建的蜗杆零件导入装配体。
- 创建蜗轮：
- 在装配体中，不要关闭“齿轮生成器”。
- 在“齿轮生成器”对话框中，类型选择“蜗轮”。
- 关键步骤 - 选择参考：
- 蜗杆：在图形区域直接点击你已经放入装配体的那个蜗杆零件。
- 旋转轴：系统会自动识别并选择蜗杆的旋转轴。
- 放置平面：创建一个新的工作平面,作为蜗轮的放置面。
- 参数：模数等参数通常会自动从蜗杆继承，你只需调整蜗轮的齿数、齿宽等。
- 生成：点击“确定”，Inventor会根据你选择的蜗杆，自动计算出正确的蜗轮参数,并生成与之正确啮合的蜗轮。
第三部分：替代方法 - 使用“iPart”或“拉伸”
A. 使用 iPart 创建齿轮库
如果你需要一系列参数相同但尺寸不同的齿轮（例如模数和压力角固定，只改变齿数）,iPart是最佳选择。
- 创建一个基础齿轮：使用“生成齿轮”工具,创建一个包含所有参数的齿轮。
- 创建 iPart：
- 在“模型”选项卡中，点击“创建 iPart”。
- 在弹出的对话框中，选择需要作为“成员”变化的参数，主要是“齿数”。
- 为每个成员（不同的齿数）设置一个唯一的名称（如
Z20,Z25）。 - 点击“确定”。
- 使用：现在你拥有了一个齿轮“工厂库”，在装配体中插入时，可以直接选择你需要的型号（如Z25）,Inventor会自动生成对应齿数的齿轮。
B. 简单方法 - 拉伸
这种方法不精确,仅适用于对齿形要求不高的演示或教学模型。
- 创建草图：在XY平面上绘制一个单个齿的轮廓,你可以简化成一个梯形或者一个带圆角的形状。
- 阵列：
- 使用“环形阵列”命令，将单个齿拉伸体围绕Z轴阵列,阵列数量就是你的齿数。
- 合并：将所有阵列后的齿和一个作为齿轮主体的圆柱体“合并”成一个整体。
缺点：齿形是近似的，没有渐开线,无法用于精确的啮合仿真。
总结与技巧
| 方法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 生成齿轮 | 精确、参数化、专业，支持多种齿轮类型，可生成啮合副 | 需要安装Inventor Professional，参数设置需要一定专业知识 | 所有专业机械设计，尤其是需要精确建模和仿真的场合。 |
| iPart | 快速生成系列化、标准化的零件库 | 依赖于一个基础模型 | 建立企业或个人的标准件库，如螺栓、齿轮、轴承等。 |
| 拉伸 | 简单、快速，无需高级版本 | 不精确，齿形错误 | 概念设计、教学演示、对齿轮啮合无要求的3D渲染。 |
专业技巧：
- 参数关联：在生成齿轮前，最好先设置好单位（毫米）,并确保所有尺寸参数的单位统一。
- 抑制特征：在添加轴孔、键槽等特征时，先抑制齿轮特征,可以避免草图创建时的复杂性。
- 检查干涉：生成齿轮副（如直齿轮或蜗轮蜗杆）后，最好将它们放入装配体中，使用“干涉检查”工具验证是否真的可以正确啮合而不会发生干涉。
- 保存为设计加速器：对于特别复杂的齿轮，生成后可以右键点击特征，选择“保存为设计加速器”,方便以后重复使用。
希望这份详尽的教程能帮助你熟练掌握Inventor的齿轮设计！
