proe內(nèi)齒輪三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文</b></p><p>　　Pro/e內(nèi)齒輪三維參數(shù)化造型設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p><b>　　所在學(xué)院：工程學(xué)院</b&

2、gt;</p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p><b>　　中國·大慶</b></p><p>　　2009 年 6 月</p><p><b>　　摘 要<

3、/b></p><p>　　以Pro/E Wildfire2.0為開發(fā)平臺,以直齒圓柱內(nèi)齒輪為研究對象,利用關(guān)系式約束的空間曲線,以拉伸、鏡像及陣列等方法創(chuàng)建直齒圓柱內(nèi)齒輪實(shí)體。并以Pro/program模塊為開發(fā)工具,進(jìn)行圓柱內(nèi)齒輪三維參數(shù)化程序設(shè)計(jì),用戶可根據(jù)人機(jī)交互界面的提示,輸入相關(guān)參數(shù),即可自動生成圓柱齒輪的三維實(shí)體,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　

4、　在設(shè)計(jì)的過程中舉例介紹了在開發(fā)一種新型鉆桿動力鉗過程中利Pro/E的三維參數(shù)化造型功能進(jìn)行內(nèi)齒套的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程。采用這種方法可以通過改變齒輪的驅(qū)動參數(shù)直接得到不同型號零件,簡化了設(shè)計(jì)過程,節(jié)約了時間。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Pro/E；內(nèi)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)；Pro/program</p><p><b>　　Abstract</b></p><

5、;p>　　Taking Pro/E Wildfire2.0 as a development environment, taking spur internal gear as research object, the author made use of stretch and mirror method, the entity of gear is attained. Then taking Pro/program as de

6、velopment tool, the 3D-solid parameterized design for the spur in-</p><p>　　ternal gear is attained. Inputting some basic parameters of the gear, the strict 3D-solid of the spur gear is automatically generat

7、ed. So it can shorten the period of development and improve the efficiency.</p><p>　　So ,for example,Based on the software Pro/E,a process of parametric design of the internal gear used in drill pipe tone is

8、 introduced. By this method, different types of the parts can be gained by inputting different power pa-rameters easily. It has simplified the design procedure and save the time</p><p>　　Key words：Pro/E；inte

9、rnal gear；parametric design；Pro/ program</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p

10、><p>　　1.1 PRO/E參數(shù)化造型設(shè)計(jì)的意義1</p><p>　　1.2 PRO/E 軟件的介紹1</p><p>　　1.2.1參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能2</p><p>　　1.3 PRO/E 的二次開發(fā)2</p><p>　　1.3.1自動特征建模實(shí)例4</p><p>　

11、　1.3.2 PRO/E與MFC的接口開發(fā)4</p><p>　　1.3.3 關(guān)于PRO/E二次開發(fā)小結(jié)4</p><p>　　1.4 PRO/E軟件研究動態(tài)5</p><p>　　2 內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)方法7</p><p>　　2.1內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)的分析7</p><p>　　2.2．基于Pro/Program二次

12、開發(fā)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的步驟7</p><p>　　2.2.1 齒輪齒槽形狀的精確確定7</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)舉例8</p><p>　　2.4現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)理論方法9</p><p>　　3、參數(shù)化實(shí)際的研究動態(tài)10</p><p>　　3.1參數(shù)化設(shè)計(jì)方法10</p><p&

13、gt;　　3.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢10</p><p>　　3.3參數(shù)化設(shè)計(jì)意義10</p><p>　　3.4參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法和實(shí)現(xiàn)原理11</p><p>　　3.5參數(shù)化模型的建立13</p><p>　　3.5.1程序參數(shù)化13</p><p>　　3.5.2交互參數(shù)化法14</p>&l

14、t;p>　　3.5.3構(gòu)造過程法14</p><p>　　3.5.4離線參數(shù)化方法14</p><p>　　3.5.5圖形的局部參數(shù)化15</p><p>　　3.5.6工程圖樣的參數(shù)化15</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)步驟16</b></p><p>　　4.1研究思路

15、16</p><p>　　4.2漸開線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)16</p><p>　　4.3設(shè)計(jì)內(nèi)容16</p><p>　　4.3.1 參數(shù)分析及設(shè)置16</p><p>　　4.3.2　零件模型的建立17</p><p>　　4.3.3　建立參數(shù)間關(guān)系17</p><p>　　4.3.5　結(jié)語

16、23</p><p>　　4.4 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷24</p><p>　　4.4.1.不能支持設(shè)計(jì)過程的完整階段24</p><p>　　4.4.2.不符合工程設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣24</p><p>　　4.4.3.無法支持并行設(shè)計(jì)過程25</p><p><b>　　結(jié) 論26</b>

17、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 PRO/E參數(shù)化造型設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域，越來越多

18、地把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、制造、數(shù)據(jù)管理與信息技術(shù)融為一體，以此提高工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。以前，三維產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)都是首先由設(shè)計(jì)師在圖板上畫出圖樣，然后由圖形軟件使用人員根據(jù)圖樣繪制出產(chǎn)品模型，這樣既浪費(fèi)了人力和物力，設(shè)計(jì)效率也比較低。隨著PRO/E軟件的廣泛應(yīng)用，以其開放性體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用高級編程語言設(shè)計(jì)程序來實(shí)現(xiàn)三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這樣無疑提高了設(shè)計(jì)的自動化水平。本文正是以PRO/E通過高級語言程序設(shè)計(jì)進(jìn)行圖形繪制軟件的二次開發(fā)，

19、使用戶通過友好的參數(shù)設(shè)定界面輸人齒輪參數(shù)，根據(jù)不同的參數(shù)，自動生成一系列齒輪模型，既節(jié)省了資源，也縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，對工業(yè)產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展有重要意義。</p><p>　　1.2 PRO/E 軟件的介紹</p><p>　　Pro／Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線

20、框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（ Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意

21、建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這些都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)的，用戶更可以配上Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以</p

22、><p>　　1.2.1參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 </p><p>　　Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CA

23、D/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，

24、成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。</p><p>　　1.3 PRO/E 的二次開發(fā)</p><p>　　近年來，模具工業(yè)發(fā)展迅速，CAD／CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面的應(yīng)用，起到了至關(guān)重要的作用，它被認(rèn)為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要的發(fā)展方向。Pro／ENGINEER(以下簡稱Pro／E)作為全球最完善的模具設(shè)計(jì)軟件，廣泛應(yīng)用在我國模具行業(yè)中。 不過，在國內(nèi)的一些公司

25、和企業(yè)中，Pro／E作為一種軟件工具，主要還是集中在輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用之上，而對于該軟件的二次開發(fā)卻相對嚴(yán)重滯后，其他軟件的情況也是一樣。所以以商品化的CAD／CAM軟件為平臺進(jìn)行二次開發(fā)，使國外這些軟件工具適合我國生產(chǎn)的設(shè)計(jì)要求，是很有必要的，這也是目前國內(nèi)在使用國外的CAD軟件時的一項(xiàng)重要工作。對Pro／E進(jìn)行二次開發(fā)，對于我國的企業(yè)來說，有著很大的意義，它不僅可以使軟件適合國內(nèi)企業(yè)的設(shè)計(jì)要求，還可以大大地節(jié)省設(shè)計(jì)成本和人力物力，縮短生

26、產(chǎn)周期，給我國的模具工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的方便。 一般來說，對Pro／E進(jìn)行開發(fā)有兩種方法，第一種是利用該軟件自帶的PROGRAM語句進(jìn)行開發(fā)，第二種是利用Pro／E的Pro／TOOLKIT模塊，通過編寫C語言代碼來進(jìn)行開發(fā)。Pro／TOOLKIT為用戶程序、軟件及第三方程序提供了與Pro/e的二次</p><p>　　Pro/E是一種采用了特征建模技術(shù)，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的參數(shù)化的通用CAD系統(tǒng)。利用它提供的二次開發(fā)工

27、具Pro/TOOLKIT，在Pro/E的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，可以比較方便地實(shí)現(xiàn)面向特定產(chǎn)品的程序自動建模功能，并且可以把較為豐富的非幾何特征如材料特征、精度特征加入所產(chǎn)生的模型中，所有信息存入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，是實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文分別對幾何特征和非幾何特征的程序自動建模技術(shù)進(jìn)行論述。CAD系統(tǒng)要和其它系統(tǒng)集成往往需要通用數(shù)據(jù)庫接口。然而直到2.0版的Pro/TOOLKIT仍沒有提供數(shù)據(jù)庫編程接口。另外，彈出式

28、對話框是目前最先進(jìn)最流行的一種人機(jī)交互界面，能向用戶提供圖形與文字共存的可視化環(huán)境，使操作更為自然、簡便和快速，但Pro/TOOLKIT只提供下拉式菜單（包括菜單欄標(biāo)題及其菜單項(xiàng)）的編程接口，而沒有提供開發(fā)對話框的編程接口。本文研究并開發(fā)了Pro/TOOLKIT與MFC的接口，利用MFC強(qiáng)大的功能實(shí)現(xiàn)對話框的開發(fā)與數(shù)據(jù)庫的訪問。</p><p>　　幾何特征的程序自動建模方法分析對于幾何特征的程序自動建模，Pro

29、/TOOLKIT提供了以下三種方法來實(shí)現(xiàn)：特征描述每一個特征由不同的特征元素樹（featureelementtree）來定義。在程序中對每個特征元素樹的全部變量賦值一次，就可以產(chǎn)生一個特征，多個特征的積累就形成產(chǎn)品模型。特征元素樹包含的信息分為四類：（1）特征本身的所有選項(xiàng)和屬性。如特征類型名稱、隆起或切槽特征等的深度計(jì)量方式、孔的放置方式等。（2）特征與已存在的幾何實(shí)體的參考關(guān)系。（3）用于構(gòu)造特征的平面圖形的起始位置。（4）所有的尺

30、寸值。目前這種方法還不成熟，因?yàn)樗幸韵氯齻€缺點(diǎn)：（1）要由程序產(chǎn)生模型，程序必須包含產(chǎn)品模型的所有信息，從底層起由程序構(gòu)建模型，編程量十分大。（2）因?yàn)槊糠N特征由不同的特征元素樹來描述，所以編程難度大而且所編程序非常難于理解。（3）并不是所有的特征都可以用這種方法產(chǎn)生。</p><p>　　族表這種方法的步驟是：預(yù)先手工構(gòu)建產(chǎn)品模型，把它作為族表的類屬件（genericpart），然后在族表中定義各個控制參數(shù)來

31、控制模型的外形大小，這樣就可在程序中通過改變各個參數(shù)的值來得到所需要的衍生件。這個衍生件的產(chǎn)生是獨(dú)立存在的，不需要為它定義參考基準(zhǔn)。</p><p>　　用戶定義特征與族表法相同之處是同樣要預(yù)先手工構(gòu)建產(chǎn)品模型。模型創(chuàng)建后定義要包含的幾何特征、參考基準(zhǔn)、可變尺寸以及可變尺寸的記號（symbol），然后將這些信息存為一個后綴為gph的文件。這樣就可以在程序中通過這個文件來改變可變尺寸，產(chǎn)生所需的衍生件。與族表法不同

32、的是，這種方法所編的程序過程與手工建模過程比較相似，因而易于理解且編程較易，因而在本文著重探討運(yùn)用這種方法的技巧。</p><p>　　非幾何特征的附加運(yùn)用Pro/TOOLKIT提供的庫函數(shù)，可以十分方便地將一些非幾何特征包括材料特征以及精度特征附加到已建模型中。要由程序自動地設(shè)置材料特征，較為方便直觀的辦法是先在pro/e界面上手工編輯多個材料文件，輸入它所要求的各種參數(shù)值（例如密度、泊松率等），并存為后綴為m

33、at的文件。所輸入?yún)?shù)的格式不限，因?yàn)榇姹P后pro/e會自動將參數(shù)格式轉(zhuǎn)化為它規(guī)定的格式。定義好材料文件后，就可以在程序中將多種材料特征賦給產(chǎn)品模型，并設(shè)定其中一種材料為模型的當(dāng)前使用材料。材料特征信息與產(chǎn)品模型的其它特征信息存于同一數(shù)據(jù)庫中，而模型的當(dāng)前使用材料的各種參數(shù)將在該產(chǎn)品的分析計(jì)算中自動被使用[1]。精度特征的附加不需要先產(chǎn)生輔助文件，只需用Pro/TOOLKIT提供的庫函數(shù)（如ProGtolCreate等）即可實(shí)現(xiàn)。<

34、;/p><p>　　1.3.1自動特征建模實(shí)例</p><p>　　在這個實(shí)例中，將利用用戶定義特征的方法，用C語言編程，產(chǎn)生一個缺省坐標(biāo)平面為參考基準(zhǔn)的沖頭模型，并加入精度特征和材料特征。事實(shí)上只需要修改此程序的可變尺寸賦值語句，用戶定義特征文件名和材料文件名的給頂語句，就能成為其他模型的自動建模函數(shù)。</p><p>　　(1)按上面所說的方法先手工構(gòu)件一任意尺寸的

35、長方體并在頭部倒圓角形成沖頭模型，按上述方法制作用戶定義特征文件。沖頭模型所包含的幾何特征為隆起和圓角，參考基準(zhǔn)為缺省坐標(biāo)平面，將長，寬，高和圓角半徑定義為可變尺寸，它們的記號分別為“l(fā)ength,width,height”和“rp”。</p><p>　　(2)以下為沖頭模型的程序自動建模函數(shù)，這個程序可以動態(tài)地根據(jù)不同的長、寬、高和圓角的輸入值，動態(tài)地、自動地構(gòu)造出沖頭模型，并在Pro/E窗口中顯示出來。&l

36、t;/p><p>　　1.3.2 PRO/E與MFC的接口開發(fā)</p><p>　　從本質(zhì)上說，PRO/E與MFC的接口就是PRO/E系統(tǒng)調(diào)用MFC應(yīng)用程序的途徑。本文研究并開發(fā)一個PRO/TOOLKIT應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)該接口。PRO/E系統(tǒng)，PRO/ETOOLKIT應(yīng)用程序與MFC應(yīng)用程序的通信方式和接口實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一。本文提出采用動態(tài)連接庫（DLL）方式實(shí)現(xiàn)三者之間的通信。因?yàn)橥ㄐ攀峭ㄟ^直接

37、的函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的，所以有執(zhí)行速度快的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.3.3 關(guān)于PRO/E二次開發(fā)小結(jié)</p><p>　?。?）運(yùn)用PRO/E提供的二次開發(fā)工具PRO/TOOLKIT可以比較輕易地實(shí)現(xiàn)有程序動態(tài)地自動的進(jìn)行特征建模的功能，并且所建模型能有程序自動加入較為豐富的非幾何特征，并存入模型的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，特征庫中，為CAD/CAM/CAE/CAPP 系統(tǒng)的集成打下良好的基礎(chǔ)。<

38、;/p><p>　?。?）由于用戶定義特征的方法適用于所有的模型的程序自動建模，所以本文的實(shí)例所用的方法和程序?qū)τ谄渌械漠a(chǎn)品模型有很大的借鑒意義。</p><p>　?。?）本文研究并開發(fā)的PRO/E與MFC的接口，突破PRO/TOOLKIT的局限，克服了在PRO/E上進(jìn)行二次開發(fā)的技術(shù)難題。</p><p>　?。?）運(yùn)用以上兩種技術(shù)在PRO/E上進(jìn)行二次開發(fā)，開

39、發(fā)出的模具CAD軟件既有PRO/E強(qiáng)大的特征建模功能，又能使用MFC制作出圖文并茂的用戶界面以及實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)庫訪問功能。</p><p>　　1.4 PRO/E軟件研究動態(tài)</p><p>　　在參數(shù)化方法研究不斷深入的基礎(chǔ)上，世界各大公司相繼推出自己的CAD系統(tǒng)或在原有的系統(tǒng)上增加參數(shù)化功能。一些著名的商用公司開發(fā)的產(chǎn)品，基本代表該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的主流，所提供的模塊基本覆蓋了整個機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)

40、計(jì)過程。如UG公司的Solid Edge,Autodesk公司的AutoCAD Designer、德國西門子一利多富公司的SIGRAPH-DESIGN；美國參數(shù)技術(shù)公司PTC的機(jī)械設(shè)計(jì)自動化軟件Pro/Engineer等。國產(chǎn)的具有參數(shù)化功能的CAD軟件主要有：高華計(jì)算機(jī)公司的高華CAD、華中理工大學(xué)的InteCAD、開目CAD、浙江大學(xué)的ZDDS等。</p><p>　　通常，二維參數(shù)化程序設(shè)計(jì)可以采用程序自動

41、生成工程圖的方式實(shí)現(xiàn)。但在零件的三維設(shè)計(jì)中，由于三維模型的創(chuàng)建要涉及到草圖、基準(zhǔn)、曲面和實(shí)體等各類的特征，直接利用程序生成三維模型是非常困難的，參數(shù)化程序的設(shè)計(jì)必定十分繁瑣和復(fù)雜。因此，在對于減速器這個復(fù)雜結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中，采用與二維參數(shù)化程序設(shè)計(jì)完全不同的另一種適合于三維參數(shù)化程序設(shè)計(jì)的方法。</p><p>　　基本原理是采用三維模型與程序控制相結(jié)合的方式。三維模型不是8由程序創(chuàng)建，而是利用交互方式生成

42、。在已創(chuàng)建的零件三維模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)零件的設(shè)計(jì)要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設(shè)計(jì)參數(shù)。參數(shù)化程序針對該零件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)闡述的檢索、修改和根據(jù)新的參數(shù)值生成新的三維模型的功能，其過程</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)圖示1.1</p><p>　　圖1.1參數(shù)化設(shè)計(jì)過程圖由于這種方式是在已有三維模型的基礎(chǔ)上，通過修改設(shè)計(jì)參數(shù)派生新的三維模型，因此，我們稱之為

43、基于三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。為了與一般三維模型相區(qū)別，下面將參數(shù)化設(shè)計(jì)程序要使用的三維模型稱為三維模型樣板。</p><p>　　三維模型樣板的建立在Pro/Engineer環(huán)境用人機(jī)交互式建立三維模型樣板。模型樣板的創(chuàng)建方法與一般的三維模型相同，但必須注意一下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?)在對三維模型樣板進(jìn)行特征造型時，對二維截面輪廓，利用尺寸標(biāo)注和施加相切、固定點(diǎn)、同心、共線、垂直及

44、對稱等關(guān)系實(shí)現(xiàn)對幾何圖形的全約束。</p><p>　?。?)正確設(shè)置控制三維模型的設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)可分為兩種情況：一是與其他參數(shù)無關(guān)的獨(dú)立參數(shù)；另一種是與其他參數(shù)相關(guān)的非獨(dú)立參數(shù)。前者主要用來控制三維模型的幾何尺寸和拓?fù)潢P(guān)系，后者可用以獨(dú)立參數(shù)為自變量的關(guān)系式表示。實(shí)際上，參數(shù)化設(shè)計(jì)程序采用的是第一種情況的設(shè)計(jì)參數(shù)，對于后者可以不設(shè)置參數(shù)而直接用關(guān)系式表示。</p><p>　?。?)

45、正確建立設(shè)計(jì)參數(shù)與三維模型尺寸變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在Pro/ENGINEER中創(chuàng)建草圖、加減材料和其他修飾特征時，系統(tǒng)將會以d0、d1、d2、...等默認(rèn)的符號給特征的約束參數(shù)命名。系統(tǒng)的約束參數(shù)命名由Pro/Engineer系統(tǒng)自動創(chuàng)建的，其值控制三位模型的幾何尺寸和拓?fù)潢P(guān)系，與用戶建立的參數(shù)無關(guān)。要使用戶建立的設(shè)計(jì)參數(shù)能夠控制三維模型，必須使二者關(guān)聯(lián)。主要采用下面兩種方法：</p><p>　?。╝)在創(chuàng)建或

46、修改特征需要輸入?yún)?shù)值時，直接輸入?yún)?shù)名。如在草圖中標(biāo)注或修改尺寸值時用參數(shù)名代替具體數(shù)值。</p><p>　?。╞)利用Pro/Engineer的關(guān)系式功能創(chuàng)建新的關(guān)系式，使Pro/Engineer系統(tǒng)自動創(chuàng)建的約束參數(shù)名與設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)。</p><p>　　2 內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　2.1內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)的分析</p><p>

47、;　　內(nèi)齒輪是內(nèi)平動齒輪傳動及嚙合齒輪傳動的重要部件，然而還沒有一套專門的設(shè)計(jì)方法，通常是將設(shè)計(jì)外齒輪一些公式合并一些修正系數(shù)后應(yīng)用于內(nèi)齒輪設(shè)計(jì)。由于內(nèi)齒輪和外齒輪之間存在差異，所以此設(shè)計(jì)方法只能是近似的。另外內(nèi)齒輪和外齒輪的齒形不同，結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)力的影響也不同于外齒輪。然而，目前對直齒內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)力影響的分析還比較少。直齒內(nèi)齒輪應(yīng)力靈敏度有限元分析是定量分析內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力關(guān)系的好方法。該方法是分析齒輪的應(yīng)力相對齒輪結(jié)構(gòu)的參

48、數(shù)化變化率。在指定的尺寸范圍內(nèi)，量化分析結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力的關(guān)系，給出結(jié)構(gòu)參數(shù)和應(yīng)力關(guān)系的一個相關(guān)曲線圖。本文應(yīng)用優(yōu)秀的靈敏度分析軟件PRO/E 對內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)力的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。</p><p>　　（1）直齒內(nèi)齒輪的靈敏度分析的理論基礎(chǔ)</p><p>　　由于應(yīng)力的概念知，在一定的載荷F作用下應(yīng)力與載面面積成反比，即S=F/A，顯然，截面面積A與內(nèi)齒輪的模數(shù)、變位系數(shù)、壓力角

49、、齒寬系數(shù)和齒寬等幾何參數(shù)有關(guān)。另外，根據(jù)彈性力學(xué)分析，應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系為S=D*B（2） 式中,S為應(yīng)轉(zhuǎn)矩陣；D 為彈性矩陣、B 為應(yīng)變矩陣，結(jié)合式(2)和材料路學(xué)中剛度計(jì)算公式知,彈性矩陣與彈性體的幾何關(guān)系有關(guān)。單個齒輪輪齒可以看作一個變截面懸臂梁,齒根處是懸臂梁的支點(diǎn)。所以,齒頂高系數(shù)也會影響齒輪的應(yīng)力。</p><p>　?。?）直齒內(nèi)齒輪有限元模型建立</p><p>　　為了減少

50、計(jì)算費(fèi)用，僅模擬齒輪的一個齒面,并包括承載齒輪左右臨近的齒。該模型采用SOLID92單元,該單元特別適合于不規(guī)則實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)劃分,具有塑性、膨脹、蠕變、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變的特性。根據(jù)不同情況,模型大約具有1151個單元,368個支點(diǎn).分析出定參數(shù)為：齒數(shù)z=16、模數(shù)m=7齒頂高系數(shù)Ha=1.0、齒頂系數(shù)C=0.25,分度圓壓力角a=20 變位系數(shù)X2=0.38 等.在內(nèi)齒輪的圓心建立柱坐標(biāo)，直內(nèi)齒輪三維模型在PRO/E中建立，在P

51、RO/E環(huán)境中直接用PRO/MECHANICA進(jìn)行有限元模型建立和靈敏度分析。</p><p>　　2.2．基于Pro/Program二次開發(fā)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)齒輪的幾何尺寸決定于齒輪的六個基本參數(shù)：模數(shù)m、齒數(shù) z、壓力角 alpha、齒頂高系數(shù) hax、頂隙系數(shù) c 和齒寬系數(shù) k。 齒輪傳動設(shè)計(jì)時根據(jù)傳遞功率、轉(zhuǎn)速和傳動比等首先設(shè)置這六個參數(shù)。</p

52、><p>　　2.2.1 齒輪齒槽形狀的精確確定 </p><p>　　齒形的漸開線形狀可通過高級 Sweep 特征設(shè)計(jì)精確設(shè)計(jì)，但齒輪齒槽的形狀與齒輪齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)和壓力角有關(guān)。外齒輪齒根圓的半徑小于漸開線的基圓半徑，而內(nèi)齒輪齒根圓的半徑大于漸開線的基圓半徑。齒輪的嚙合只在漸開線部分，因此外齒輪設(shè)計(jì)時可在基圓的以下部分加與漸開線相切的直線以連接齒根圓，如圖（1）；而內(nèi)齒輪則無需加相切

53、直線，僅截取漸開線的一部分即可（2）</p><p>　　圖（1） 圖（2）</p><p>　　2.2.2 內(nèi)、外齒輪兩種情況的調(diào)用 </p><p>　　Pro/E 軟件在零件設(shè)計(jì)模式下是無法實(shí)現(xiàn)兩種不同零件的調(diào)用的，但在裝配模式下可以實(shí)現(xiàn)這種調(diào)用功能，具體的方法為：在.asm 下新建文件，坐標(biāo)系

54、統(tǒng)為 mmns。為了敘述方便，將外齒輪表示為 A種齒輪，內(nèi)齒輪表示為 B 種齒輪，把 A、B 兩種齒輪造型在基準(zhǔn)缺省方式下直接裝配在一起，此時裝配件是A、B兩種齒輪的重疊，Program編程時通過判斷齒輪的齒根圓半徑是否大于漸開線的基圓半徑來決定采用A 種齒輪還是 B種齒輪。若齒根圓半徑小于基圓半徑則采用A種齒輪，否則采用B種齒輪。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)舉例</b><

55、;/p><p>　　本文所引用的是“鉆桿動力鉗系列產(chǎn)品開發(fā)”項(xiàng)目研究工作的一部分,重點(diǎn)研究內(nèi)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，所以直接提取相關(guān)內(nèi)容的已知資料，根據(jù)項(xiàng)目本身的特點(diǎn),以Pro/Engineer為CAD支持平臺,利用自頂向下設(shè)計(jì)思想進(jìn)行鉆桿動力鉗系列產(chǎn)品的研究和開發(fā)。論文首先總攬了國內(nèi)外鉆桿動力鉗發(fā)展的現(xiàn)狀,并權(quán)衡了各種鉆桿動力鉗的設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu),結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù),運(yùn)用利用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系列產(chǎn)品開發(fā),此方法縮短了產(chǎn)品開

56、發(fā)周期,并可以直觀設(shè)計(jì)結(jié)果,檢驗(yàn)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性。其次考慮到鉆桿動力鉗結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,運(yùn)用自頂向下設(shè)計(jì)思想,對開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行層層控制和管理,此方法確保了整機(jī)參數(shù)化的實(shí)現(xiàn),提供了快速修改整機(jī)設(shè)計(jì)的途徑,提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。本文運(yùn)用的基于自頂向下設(shè)計(jì)思想進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法,現(xiàn)已完成了“鉆桿動力鉗系列產(chǎn)品開發(fā)”的項(xiàng)目。該方法對提高油井鉆桿動力鉗的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平具有重要意義。</p><p>　　2.4現(xiàn)代工程設(shè)

57、計(jì)理論方法</p><p>　　現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法是動態(tài)發(fā)展的，從狹義上說，它是為設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性過程而建立的各種數(shù)學(xué)模型及其求解過程，或者為設(shè)計(jì)師實(shí)施創(chuàng)造性過程而提供的各種手段。有時理論與方法融為一體，很難劃分。其核心是：數(shù)學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法使得設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，它將傳統(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)的、感性的、靜態(tài)與手工式的設(shè)計(jì)躍變?yōu)楸厝坏?、科學(xué)的、理性的、動態(tài)的計(jì)算機(jī)化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法

58、，可以不做或少做試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)階段就能將未來產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)和品質(zhì)確定出來，從而縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法至少應(yīng)包括：有限元分析、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、人機(jī)工程和并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、現(xiàn)代造型設(shè)計(jì)、系統(tǒng)動態(tài)分析設(shè)計(jì)、人工智能和專家系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。</p><p>　　3、參數(shù)化實(shí)際的研究動態(tài)</p><p>　　3.1參數(shù)化設(shè)計(jì)方法</p><p>

59、　　參數(shù)化設(shè)計(jì)方法作為一種全新的設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在已廣泛被工業(yè)界所采用。它所具有的高效性、實(shí)用性等特點(diǎn)使其成為設(shè)計(jì)工作的發(fā)展方向。參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用水平的高低直接決定了企業(yè)設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低和企業(yè)核心競爭力的強(qiáng)弱。這是關(guān)系到企業(yè)長久生存與發(fā)展的重大問題。  本論文介紹了國內(nèi)外CAD技術(shù)的研究動態(tài)、參數(shù)化技術(shù)的理論及研究現(xiàn)狀、Pro/Engineer的二次開發(fā)現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用Pro/Engineer的二次開發(fā)工具P

60、ro/Toolkit的功能，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)研究與開發(fā)工作。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運(yùn)用Pro/Toolkit與VC++6.0編程環(huán)境，開發(fā)出參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)件庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有直觀、友好的對話框界面，包含了各種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)件，使用時只需要輸入一些基本的參數(shù)就可以生成相應(yīng)的三維模型，給標(biāo)準(zhǔn)件的三維建模工作帶來的極大的便利。該標(biāo)準(zhǔn)件庫減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對于標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)中繁瑣且重復(fù)性的工作。文中所提到建庫方法具有一定的推廣性，專門應(yīng)用領(lǐng)域的用戶可用文中所

61、提到的方法來擴(kuò)充自己所需的標(biāo)準(zhǔn)件庫和通用件庫，提高開發(fā)效率和質(zhì)量。</p><p>　　3.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢</p><p>　　以Pro/E Wildfire2.0為開發(fā)平臺,以直齒圓柱內(nèi)齒輪為研究對象,利用關(guān)系式約束的空間曲線,以拉伸、鏡像及陣列等方法創(chuàng)建直齒圓柱內(nèi)齒輪實(shí)體.并以Pro/program模塊為開發(fā)工具,進(jìn)行圓柱內(nèi)齒輪三維參數(shù)化程序設(shè)計(jì),用戶可根據(jù)人機(jī)交互界面的提示,輸入相

62、關(guān)參數(shù),即可自動生成圓柱齒輪的三維實(shí)體,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　　3.3參數(shù)化設(shè)計(jì)意義</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，利用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以大大提高工作效率，縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，減輕開發(fā)人員的勞動強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量等。本論文研究目的在于如何更好的利用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其中研究的關(guān)鍵問題是參數(shù)化建模，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)從產(chǎn)

63、品構(gòu)思、概念表達(dá)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析到最終的產(chǎn)品加工是一個非常復(fù)雜的過程，這種設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性、多樣性和靈活性就要求設(shè)計(jì)自動化必須走參數(shù)化的道路，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)交互造型不僅效率低而其容易出錯，為提高效率，提出了建立參數(shù)化建模的方法，通過引入基于特征的參數(shù)化造型的思想，在設(shè)計(jì)計(jì)算完成后，通過參數(shù)化驅(qū)動從而得到所需的模型。并且，在三維模型的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行零件裝配、干涉檢查、有限元分析、運(yùn)動分析等高級的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工作。

64、建立三維實(shí)體模型以后，還可以根據(jù)需要由該模型方便地生成傳統(tǒng)加工過程所用的工程圖。利用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)其優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　?。?)縮短總體與結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)時間與工作量。由于使用同層骨架，使得零部件定位得以更快更準(zhǔn)確的確定；</p><p>　?。?)加工成產(chǎn)品前即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化部裝即可提高部裝的準(zhǔn)確性又檢驗(yàn)了各結(jié)構(gòu)板連接的正確性同時合理的利用了時間；</p>&l

65、t;p>　?。?)尺寸為參數(shù)化驅(qū)動為產(chǎn)品的系列化及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改提供了很大的方便；</p><p>　?。?)可以通過輸入零件密度的方法直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的重量以及質(zhì)心等達(dá)到更優(yōu)化的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?)利用Pro/Engineer的二維工程圖功能可直接出元件及組件的二維工程圖對于外形復(fù)雜元件(例如SADA支架)的設(shè)計(jì),能夠更加方便和準(zhǔn)確,并且達(dá)到尺寸的互相關(guān)連減少設(shè)計(jì)中

66、的人為差錯和工作量。</p><p>　　3.4參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法和實(shí)現(xiàn)原理</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)以其能夠使得工程設(shè)計(jì)人員不需考慮細(xì)節(jié)而能盡快草擬零件圖，并可以通過變動某些約束參數(shù)而不必運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程來更新設(shè)計(jì)。它成為進(jìn)行初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品模型的編輯修改、多種方案的設(shè)計(jì)和比較的有效手段，深受工程人員歡迎參數(shù)化（Parametric）設(shè)計(jì)（也叫尺寸驅(qū)動Dimension-Drive

67、n）是CAD技術(shù)在實(shí)際中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。目前它是CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個重要的、且待進(jìn)一步研究的課題。所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)就是指參數(shù)化模型的尺寸用對應(yīng)的關(guān)系表示，而不需用確定的數(shù)值，變化一個參數(shù)值，將自動改變所有與它相關(guān)的尺寸。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提供設(shè)計(jì)速度，并減少信息44的存儲量。出于上述應(yīng)用背景，國

68、內(nèi)為對參數(shù)化設(shè)計(jì)做了大量的研究，日前參數(shù)化技術(shù)大致可分為如下三種方法：</p><p>　?。?)基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法；</p><p>　?。?)基于幾何原理的人工智能方法；</p><p>　?。?)基于特征模型的造型方法。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種參數(shù)驅(qū)動機(jī)制，這種機(jī)制是基于對圖形數(shù)據(jù)的操作。通過參數(shù)驅(qū)動機(jī)制，可以對圖形的

69、幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化修改，但是，在修改的同時，還要滿足圖形的約束條件，需要約束間關(guān)聯(lián)性的驅(qū)動手段約束聯(lián)動，約束聯(lián)動是通過約束間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動方法。對一個圖形，可能的約束十分復(fù)雜，而且數(shù)量很大。而實(shí)際由用戶控制的，即能夠獨(dú)立變化的參數(shù)一般只有幾個，稱之為主參數(shù)或主約束；其他約束可由圖形結(jié)構(gòu)特征確定或與主約束有確定關(guān)系，稱它們?yōu)榇渭s束。對主約束是不能簡化的，對次約束的簡化可以有圖形特征聯(lián)動和相關(guān)參數(shù)聯(lián)動兩種方式。所謂圖形特征聯(lián)動就是保證在圖

70、形拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，對次約束的驅(qū)動，亦即保證連續(xù)、相切、垂直、平行等關(guān)系不變。反映到參數(shù)驅(qū)動過程就是要根據(jù)各種幾何相關(guān)性準(zhǔn)則去判識與被動點(diǎn)有上述拓?fù)潢P(guān)系的試題及其幾何數(shù)據(jù)，在保證原關(guān)系不變的前提下，求出新的幾何數(shù)據(jù)。稱這些幾何數(shù)據(jù)為從動點(diǎn)。這樣，從動點(diǎn)的約束就與驅(qū)動參數(shù)有了聯(lián)系。依靠這一聯(lián)系，從動點(diǎn)得到了驅(qū)動點(diǎn)的驅(qū)動，驅(qū)動機(jī)制則擴(kuò)大了其作用范圍。所謂相關(guān)參數(shù)聯(lián)動就是建立次約束與主約束在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系。在參數(shù)驅(qū)動過程中，始終要保

71、持這種關(guān)系不變。相關(guān)參數(shù)的聯(lián)</p><p>　?。?)族表(Family Table)</p><p>　　族表是Pro/Engineer提供給用戶一個工具，不需要編制程序，功能十分有限。通過族表用戶可以方便的管理具有相同或相似結(jié)構(gòu)的零件，特別適合標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立和管理。族表通過建立通用性零件為父零件，然后在此基礎(chǔ)上對尺寸參數(shù)進(jìn)行控制來生成派生零件。族表通過表格來管理，常常被稱為表格驅(qū)動。

72、</p><p>　?。?)用戶定義特征(UDF)</p><p>　　用戶定義特征也是系統(tǒng)提供給用戶的工具，通過這個工具，用戶可以將幾個特征組成為一個自定義特征。系統(tǒng)以gph文件保存用戶定義特征，調(diào)用時作為一個整體出現(xiàn)。用戶定義特征有利于用戶根據(jù)產(chǎn)品特征快速生成三維模型，提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　?。?)Pro/Program</p><

73、;p>　　Pro/Engineer給每個模型都提供了一個主要設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)列表記載工具一Pro/Program。它是一種類似于BASIC的高級語言格式，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來編輯模型的Program，使其作為一段程序來工作，通過運(yùn)行該程序來控制系統(tǒng)參數(shù)、特征顯示和特征尺寸參數(shù)等。但是Pro/Program不能調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，功能十分有限。</p><p><b>　　（4)J-Link</b&

74、gt;</p><p>　　J-Link是Pro/Engineer提供的基于JAVA語言的高級開發(fā)工具包，功能強(qiáng)大。用戶可以通過JAVA編程來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能或定制基于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模塊。</p><p>　　（5)Pro/TOOLKIT</p><p>　　大學(xué)出版社Pro/TOOLKIT(在Pro/Engineer17版本之前是Pro/Develop，從Pro/Eng

75、ineer18版本開始是Pro/TOOLKIT)是Pro/Engineer提供的功能最強(qiáng)大的高級開發(fā)工具包，不同于J-Link的是它是基于C語言的。Pro/TOOLKIT支持Windows和UNIX操作系統(tǒng)，Pro/TOOLKIT提供了一個龐大的C語言函數(shù)庫，借助第三方編譯環(huán)境進(jìn)行調(diào)試，使得外部應(yīng)用程序在一種可控制和可靠的方式下訪問Pro/Engineer數(shù)據(jù)庫和用戶界面，實(shí)現(xiàn)與Pro/Engineer的無縫集成。隨著版本的不斷更新，提

76、供的庫函數(shù)更加豐富，因此，用戶的應(yīng)用程序功能逐漸強(qiáng)大。本系統(tǒng)中選用它作為二次開發(fā)方法，能更好的實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互界面的友好連接，下面就介紹Pro/TOOLKIT的詳細(xì)用法。</p><p>　　3.5參數(shù)化模型的建立</p><p>　　由于參數(shù)驅(qū)動是基于對圖形數(shù)據(jù)的操作，因此參數(shù)模型的建立過程就是繪制一張驅(qū)動樹的模型圖。繪圖系統(tǒng)將圖形映射到圖形數(shù)據(jù)庫中，設(shè)置出圖形實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，參數(shù)切時將這

77、些結(jié)構(gòu)中填寫出不同內(nèi)容，以生成所需要的參數(shù)模型。參數(shù)驅(qū)動可以被看作是沿驅(qū)動樹操作數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，不同的驅(qū)動時，決定了參數(shù)驅(qū)動不同的操作。出于驅(qū)動樹是根據(jù)參數(shù)模型的圖形特征和相關(guān)參數(shù)構(gòu)成的，所以繪制參數(shù)模型時，有意識地利用圖形特征，并根據(jù)實(shí)際需要標(biāo)注相關(guān)參數(shù)，就能在參數(shù)驅(qū)動時，把握對數(shù)據(jù)庫的操作，以控制驅(qū)動樹和參數(shù)模型的變化。繪圖者不僅可以定義驅(qū)動樹結(jié)構(gòu)，還能控制參數(shù)化過程，就象用計(jì)算機(jī)語言編程一樣，定義數(shù)據(jù)、控制程序流程。這種建立驅(qū)動樹模型

78、，定義驅(qū)動樹結(jié)構(gòu)，控制程序流程的手段稱作驅(qū)動編程。在模型參數(shù)化中，驅(qū)動編程是建立在參數(shù)驅(qū)動機(jī)制、約束聯(lián)動和驅(qū)動樹基礎(chǔ)上的。利用參數(shù)驅(qū)動機(jī)制對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。由約束聯(lián)動和驅(qū)動樹控制驅(qū)動機(jī)制的運(yùn)行。這與以往的參數(shù)化方法不同，它不把圖形轉(zhuǎn)化成其他表達(dá)形式，如方程、符號等；也不同繪圖過程，而是著重去理解圖形本身，把圖形看作是一個模型，一個樹，一個參數(shù)化的依據(jù)，作為與設(shè)計(jì)者“交流”信息的媒介。設(shè)計(jì)者通過驅(qū)動</p><p&g

79、t;　　3.5.1程序參數(shù)化</p><p>　　程序參數(shù)化方法是將尺寸作為變量，對每種不同的結(jié)構(gòu)的圖形，通過編程方法進(jìn)行幾何計(jì)算、圖形變換確定出精確幾何模型，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法。程序參數(shù)化方法是將對產(chǎn)品模型的定義、表達(dá)和實(shí)現(xiàn)集于一身的設(shè)計(jì)方法，只有修改設(shè)計(jì)程序才能修改模型的定義。它將產(chǎn)品的整個設(shè)計(jì)過程一次性映射到程序代碼中，一旦這個過程完成就很難對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行較大修改，這與產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個反復(fù)修改的過程大相

80、徑庭，因此程序參數(shù)化方法只適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最后時期。其主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　?。?)強(qiáng)大而靈活的參數(shù)化能力</p><p>　　采用編程方法來建立產(chǎn)品的參數(shù)化模型，可以表達(dá)參數(shù)模型的各種形態(tài)，其中參數(shù)化變量可以包含尺寸變量、結(jié)構(gòu)變量后期他沒有直接物理意義的抽象變量。它不但可以將幾何信息或拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行參數(shù)化，而且可以對其他非幾何信息進(jìn)行參數(shù)化。其參數(shù)化模型的變動范圍可以任意設(shè)定，十

81、分自由靈活。</p><p>　?。?)對于構(gòu)型變異設(shè)計(jì)具有一定的優(yōu)勢，常見的構(gòu)型變異設(shè)計(jì)形式有以下幾種：</p><p>　?。╝)幾何變異，例如通孔變成階梯孔，軸段被輔以退刀槽；</p><p>　　（b)拓?fù)渥儺?，如特征陣列行?shù)、列數(shù)的變化；</p><p>　?。╟)突變，指類型差異較大的構(gòu)型之間的替換，如方孔變?yōu)閳A孔，銷釘連接變?yōu)槁?/p>

82、紋連接等等。</p><p>　?。?)支持設(shè)計(jì)過程的參數(shù)化</p><p>　　通常的參數(shù)化模型只是設(shè)計(jì)對象的參數(shù)化模型，而采用編程方法可以對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程建立起參數(shù)化模型，進(jìn)而提供更加用戶化的輔助設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　單程序參數(shù)化方法也有其固有的缺點(diǎn)：</p><p>　?。╝)由于其針對性太強(qiáng)，因而適應(yīng)性很差，難以表示與處理復(fù)

83、雜的幾何約束，難以支持對約束的增、刪操作；</p><p>　?。╞)編程的工作量太大；</p><p>　?。╟)對用戶要求過高。</p><p>　　3.5.2交互參數(shù)化法</p><p>　　交互參數(shù)化法指模型的生成和約束的施加是交互進(jìn)行的，約束的施加可分為陳述式和過程式兩種。其重要特點(diǎn)是約束隨著模型的產(chǎn)生而形成，模型又跟著約束的改變而

84、變化它主要包括基于數(shù)值迭代法(變動幾何法)、基于符號推理法(幾何推理法)、基于圖論方法、基于構(gòu)造方法。</p><p>　　3.5.3構(gòu)造過程法</p><p>　　構(gòu)造過程法是在交互過程中同步建立結(jié)構(gòu)圖形約束，它將約束封閉于幾何圖形元素之間，以此約束具有局部性，便于修改及求解。結(jié)構(gòu)圖形約束完成集成圖后再實(shí)施尺寸標(biāo)注約束，兩種約束可能存在矛盾，可以回溯查找圖形約束關(guān)系并進(jìn)行修正，從而保證改

85、變尺寸后直接驅(qū)動圖形。</p><p>　　3.5.4離線參數(shù)化方法</p><p>　　針對現(xiàn)有在線參數(shù)化方法的不足，文獻(xiàn)提出一種比在線參數(shù)化方法更有普遍意義的基于自組織方式的離線參數(shù)化方法。這種方法最重要的特征是參數(shù)化過程與圖形生成過程是無關(guān)的，作圖過程與對圖樣的理解是相互分離，其本質(zhì)是通過對圖形約束信息的自動組織，進(jìn)而識別和理解尺寸對圖形的約束關(guān)系，從而進(jìn)行參數(shù)化聯(lián)動。與現(xiàn)有參數(shù)化方

86、法相比，離線參數(shù)化是根據(jù)工程制圖的規(guī)則和尺寸與圖形之間的約束關(guān)系。從而用尺寸驅(qū)動圖形。離線參數(shù)化方法的關(guān)鍵過程是尺寸約束的自動形成和尺寸對圖形的驅(qū)動。理論上離線參數(shù)化方法適用于任何圖形系統(tǒng)生成的圖形。但由于采用全約束識別方法，當(dāng)模型較為復(fù)雜時起約束識別的難度較大。</p><p>　　3.5.5圖形的局部參數(shù)化</p><p>　　前面討論的圖形參數(shù)化方法都是試圖對圖形的整體進(jìn)行參數(shù)化，需

87、要圖形整體不能存在過約束或欠約束。但是，在設(shè)計(jì)過程中常常需要在未完成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上(存在欠約束)，對圖形進(jìn)行參數(shù)化修改，這就需要對圖形的局部進(jìn)行參數(shù)化。局部圖形參數(shù)化基于以下幾條規(guī)則：</p><p>　?。?)局部修改及以外的所有圖形元素和尺寸標(biāo)注均不予以考慮；</p><p>　?。?)局部修改集內(nèi)的尺寸約束關(guān)系的優(yōu)先級高于幾何定義和關(guān)系約束的優(yōu)先級；</p><p&

88、gt;　　（3)圖形的變化方向是尺寸標(biāo)注所表示的方向；</p><p>　　（4)參數(shù)化修改過程中，幾何約束在不產(chǎn)生過約束的情況下應(yīng)保持不變。局部參數(shù)化的意義在于參數(shù)化范圍小，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過程中，只要保證局部約束的完整性，即可完成參數(shù)化的修改。也不必花大的開銷來記錄圖形中復(fù)雜的約束關(guān)系，而是直接對圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。</p><p>　　3.5.6工程圖樣的參數(shù)化<

89、/p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的理論研究較早，他們的著重點(diǎn)放在幾何約束滿足的建立和求解上，而實(shí)際工程圖樣的要復(fù)雜得多，單純用一種方法很難解決實(shí)際問題。同時要滿足一定的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)要求，必須施加一定的規(guī)則進(jìn)行約束，而以上約束模型往往很難適用于實(shí)際模型的求解。</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　

90、4.1研究思路</b></p><p>　　齒輪傳動應(yīng)用十分廣泛,傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)方式已不滿足齒輪客戶化、小批量生產(chǎn)的發(fā)展要求。隨著虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展,用高級的CAD軟件對齒輪的三維實(shí)體進(jìn)行參數(shù)化虛擬造型設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)者的迫切需要。Pro/E wildfire2. 0是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)推出的一套功能強(qiáng)大的CAD/CAM /CAE軟件,它以單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)性等特點(diǎn),體

91、現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動化最新發(fā)展方向。本文以Pro/E wildfire2. 0為開發(fā)平臺,以Pro/program模塊為開發(fā)工具,實(shí)現(xiàn)了直齒圓柱內(nèi)齒輪三維參數(shù)化設(shè)計(jì),避免了齒輪的重復(fù)造型。</p><p>　　4.2漸開線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　在Pro/E系統(tǒng)中以漸開線直齒圓柱內(nèi)齒輪為例，通過建立模型參數(shù)和尺寸驅(qū)動關(guān)系構(gòu)建了內(nèi)齒輪參數(shù)化模型，并通過參數(shù)控制，方便快捷地建造不同參數(shù)的內(nèi)

92、齒輪三維模型。這種齒輪參數(shù)化模型構(gòu)建方法，解決了常規(guī)內(nèi)齒輪三維模型建造中不能精確表達(dá)漸開線及同類齒輪需要多次重建的問題，體現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。實(shí)踐證明該方法實(shí)用有效，對各種內(nèi)齒輪及常用標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化通用模型庫的建立具有重要意義。</p><p><b>　　4.3設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　利用Pro/E進(jìn)行齒輪造型時,首先要定制齒輪的基本參數(shù)。普通的漸開

93、線齒輪有模數(shù)m、齒數(shù)z、壓力角α、齒頂高系數(shù)ha、變位系數(shù)x、頂隙系數(shù)c、分度圓柱螺旋角β7個基本參數(shù)影響齒輪的形狀和尺寸。為了達(dá)到齒輪的各項(xiàng)技術(shù)要求,就要考慮齒輪各個參數(shù)的變化,這些參數(shù)與齒輪的尺寸、形狀、位置之間以各種方程式相關(guān)聯(lián),每個參數(shù)的變化都會影響齒廓形狀的改變。采用Pro/E的Program程序,通過編輯簡單的程序語言來進(jìn)行齒輪造型設(shè)計(jì),既可以避免重復(fù)造型,又可以保證齒輪的齒廓曲面形狀。首先把齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等基本參數(shù)設(shè)置

94、成可輸入的參數(shù);然后根據(jù)齒廓方程生成精確的齒廓漸開線;再利用Pro/E的拉伸命令生成一個直齒;最后,用陣列的方法生成其他的齒。</p><p>　　4.3.1 參數(shù)分析及設(shè)置</p><p>　　首先要分析和設(shè)置參數(shù)，齒輪的控制參數(shù)包括齒數(shù)z、 模數(shù)m 、頂隙系數(shù)c、壓力角 a、齒頂高系數(shù) hax、變位系數(shù) x，基圓直徑 齒頂圓直徑，齒根圓直徑及齒厚度b，在我國通常hax、c、a 分別取

95、1、0.25、 20º 可視為常數(shù)，m、z、x事要進(jìn)行齒輪計(jì)算時的一些驅(qū)動參數(shù)，剩下的即為計(jì)算參數(shù)，可以利用驅(qū)動參數(shù)來獲得，參數(shù)設(shè)置如表1.</p><p>　　表1　齒輪參數(shù)設(shè)置表</p><p>　　參數(shù)名稱參數(shù)符號參數(shù)類型參數(shù)初值</p><p>　　模數(shù)m RealNumber 7</p

96、><p>　　齒數(shù)z Integer 16</p><p>　　齒頂高系數(shù)hax RealNumber 1.0</p><p>　　齒頂隙系數(shù)c RealNumber 0.25</p><p>　　變位

97、系數(shù)x RealNumber 0.38</p><p>　　齒輪寬度b RealNumber 42</p><p>　　壓力角a lphaRealNumber 20</p><p>　　4.3.2　零件模型的建立</p&g

98、t;<p>　　第1步,單擊繪制基準(zhǔn)曲線工具,利用關(guān)系式繪出基圓、齒頂圓、齒根圓、分度圓如圖1。這些尺寸均受參數(shù)和關(guān)系驅(qū)動，根據(jù)以上內(nèi)容編成參數(shù) ，采用正常畫圖法做出基本約束的各個量如圖（1）</p><p>　　4.3.3　建立參數(shù)間關(guān)系</p><p>　　單擊主菜單工具→關(guān)系,進(jìn)入關(guān)系編輯狀態(tài),在</p><p>　　對話框內(nèi)輸入如下關(guān)系式:&l

99、t;/p><p>　　HA=(HAX+X)*M</p><p>　　HF=(HAX+CX-X)*M</p><p>　　H=(2*HAX+CX)*M</p><p><b>　　D0=M*Z</b></p><p><b>　　D1=M*Z</b></p><

100、p>　　D2=D1*COS(ALPHA)</p><p>　　D3=D1+2*HA</p><p>　　D4=D1-2*HF</p><p>　　D6=360/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHA</p><p>　　D7=D1+2*HF</p><p><b>　　D8=D3+4

101、*M</b></p><p><b>　　D10=B</b></p><p><b>　　IF HAX<1</b></p><p>　　D20=0.46*M</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p><b&g

102、t;　　IF HAX>=1</b></p><p>　　D20=0.38*M</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p><b>　　D21=360/Z</b></p><p><b>　　D29=360/Z</b></p>

103、<p><b>　　P30=Z-1</b></p><p>　　D80=360/(Z*2) </p><p>　　然后,單擊“校對”,嚴(yán)正關(guān)系式無誤后,單擊確定。以上是總總提函數(shù)，此函數(shù)不是一次性成型，是基于每一步的操作積累而成，由于中間過程過于復(fù)雜和操作細(xì)致，只須概括寫出總體函數(shù)，中間具體步驟：</p><p>　　第1步，根據(jù)以

104、上簡單操作畫出四個基準(zhǔn)圓，如圖4-1.四個基準(zhǔn)圓，參數(shù)化設(shè)計(jì)是結(jié)合C語言編程，首先對四個基準(zhǔn)圓進(jìn)行特征約束，函數(shù)如上述總體函數(shù)的下一部分。</p><p>　　第2步,繪制漸開線齒廓。選擇插入基準(zhǔn)曲線工具,在彈出的對話框中選擇從方程,在彈出的文本框中輸入如式(2)的漸開線方程,完成漸開線齒廓的繪制。</p><p>　　漸開線的繪制圖 4-2

105、 </p><p>　　在這個程序中，唯一與上一步驟聯(lián)系的就是函數(shù)r，通過r的變化來體現(xiàn)漸開線的變化，也就是體現(xiàn)輸入不同參數(shù)，輸出不同形狀的齒輪的變化。漸開線參數(shù)程序如下所示：</p><p><b>　　r=D2/2</b></p><p>　　theta=t*45</p><p>　　x=r*cos(theta

106、)+r*sin(theta)*theta*pi/180</p><p>　　y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180</p><p>　　z=0 </p><p>　　在繪制漸開線過程中，首先要選擇基準(zhǔn)軸，在兩個交叉面中間，

107、同時為了畫出漸開線，符合角度的偏移動，畫出第四平面做為漸開線的鏡相平面，這一平面的應(yīng)偏移一定角度，此角度也就是齒輪的半個角度，在程序編程中經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)公式得出：360/Z，把此函數(shù)編入程序中做為一個約束條件。如下圖：</p><p>　　漸開線的繪制圖示4-3</p><p>　　第3步，選擇齒形輪廓。上步結(jié)束后，然后點(diǎn)拉伸，定義內(nèi)部草繪，使用先前平面，根據(jù)漸開線的情況，選擇正確的齒輪輪廓，此

108、內(nèi)容通過邊創(chuàng)建圖元來實(shí)現(xiàn)，然后修剪多出來的線，避免影響輪廓形狀。具體圖樣如下圖：</p><p><b>　　齒廓形狀4-4</b></p><p>　　在此過程中同時要實(shí)現(xiàn)齒輪倒角的繪制，選擇固定的倒角在齒輪輪廓中顯示出來然后利用拉深工具進(jìn)行齒輪的單各拉深，形成如圖4-5所示的圖形</p><p><b>　　單各拉深4-5<