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1、 I 訇 地 基于 P r o E的齿轮三维参数化特征造型设计 李燕 ( 襄樊学院机械工程系，湖北襄樊 4 4 1 0 0 3 ) 摘要 。 介绍一种基于P r o E 齿轮三维特征造型和利用 P r o g r a m实现齿轮的参数化设计的方法，可 使设计人员能方便快捷地实现设计齿轮的三维特征造型设计，从而提高设计效率。 关键字 P r 0 E n g i n e e r ：P r o g r a m ；齿轮：参数化设计 中囝分类号 。T P 3 9 1 7 2 文献标识码 。B 文章鳙号 。1 0 0 9 - 0 1 3 4 ( 2 0 0 3 ) 0 6 0 0 6 5 0 3 Us i
2、 n g Pr o Pr og r a m t o r e a l i z e t h e p a r a me t e r i z e d d e si gn i n g o f g e a r s L I Ya n ( D e p a r t me n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g， X i a n g f a n U n i v e r s i t y， X i a n g f a n 44 1 0 0 3，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th i s a rti c l e i n t r o d
3、 u c e d a me t h o d b a s e d on t h e Pr o E， wh ic h ca n b e u s e d t o c r e a t e 3 - di me n s ion s g ea r mo d el ， an d u s e s t h e Pro p rog r a m t o r e a l i z e t h e p a r a me t e r i z e d d e s i g n i n g o f g e ars Ke y wo r d s： Pro E n g i n e e r ； Pr 0 ， Pr 0 g r a m： g
4、 e a rs； p a r ame t er i z e d d e s i g n i n g 随着C A D技术的发展，在齿轮设计过程中，越 齿轮的全部齿形，如图 l ( a ) 所示，然后进行整体拉 来越广泛地采用 3 维建模的方法。 P r o E是广泛被使 仲。 用的 C AD优秀软件，它有强大的3 维建模功能，但 对于普通设计人员来说， 要使用P r o E 所提供的实体 建模方法进行齿轮的 3 维造型，并不是一件容易的 事， 设计人员需要花费大量的时间来熟悉P r o E 并且 掌握较高水平的建模技巧，但是如果充分利用 P r o E的二次开发工具模块P r o g r a m
5、， 就可以方便地实现 齿轮设计的参数化，从而大大提高设计效率，当用 户在 P r o E中对齿轮进行 3 维建模时，P r o g r a m就 以 程序的形式记录了齿轮的主要设计步骤和尺寸参数 列表，用户可以根据需要对程序进行修改，这样 只 要用户重新运行这个程序并变更齿轮的参数就可以 生成新的齿轮，从而使不熟悉 3 维建模技巧的设计 人 员也可应用现 有的 3维齿轮模型进行更新设计， 减少繁琐复杂的重复劳动，本文介绍一种基于 P r o E齿轮3 维建模和利用P r o g r a m实现齿轮的参数化设 计的方法 。 1 齿轮的3 维特征造型设计 1 1 齿轮的3 维特征造型方法 齿轮的
6、3 维特征造型技术的关键是齿轮轮齿的 3维造型，齿轮轮齿的 3维造型有多种方式： ( 1 )根据齿轮的有关参数，在 2 维平面上生成 ( b ) ( c ) 图 1 越 一日1 1 11 ： 2 0 0 2 0 5 1 1 作者冀介： 李燕 ( 1 9 6 2一) ，女，汉族，襄樊学院机械系副教授 ，工学硕士。 从事机械制图、 Au t o C A D绘图和 P r o E n g i n e e r 实体造型的教学与研究。 第 2 5 卷第 6 期2 0 0 3 - 6 【 6 5 】 维普资讯 http:/ ( 2 ) 根据齿轮的有关参数， 先生成单个齿轮 ， 如 图 1 ( b ) 所示
7、，再拉伸成 3维实体，然后绕 中心点进 行旋转拷贝，最后联合成一个整体。 ( 3 )根据齿轮的有关参数先生成齿坯和齿槽轮 廓，如图 1 ( c ) 所示，并将齿槽轮廓拉伸成 3 维实体， 然后将齿槽轮廓绕齿轮中心进行旋转拷 贝，再用齿 坯减去齿槽实体从而生成齿形，如图 3所示。 比较这 3种齿轮的 3维特征造型方法，由于第 1 种方法是对全部齿形轮廓进行整体拉伸，其运算 量最大，运算速度最慢，生成的零件文件最大；第 2 种方法和第3 种方法相比，由于单个轮齿拷贝后需 要进行联合，比第 3 种方法增加 了合并的步骤。其 速度较第 3种方法慢；因此第 3种方法生成的齿轮 速度最快，零件文件最小，本
8、文采用的是第 3 种方 法进行齿轮的 3维特征造型。 1 2齿轮的3 维特征造型步骤 要应用P r o P r o g r a m实现齿轮的参数化设计， 首 先要在P r 0 ， E中对齿轮进行 3 维建模，现将齿轮 3 维 建模的方法介绍如下： ( 1 )设置齿轮 的基本参数 众所周知，标准齿轮的几何尺寸决定于齿轮五 个基本参数， 而齿轮的宽度取决于齿轮的齿宽系数， 因此，在齿轮建模之前，首先用 S e t Up P a r a me t e r s P a r t - C r e a t e 令设置齿轮五个基本参数和齿宽系数， 并赋给初值。如表 1 所示。 表 1 参 数名称 齿 数 模数
9、 压力角 齿顶高系 数 顶隙系 数 齿宽系 数 参 数符号 Z C l m a n g l e h a C k R e a l R e a l R e a l R e a l R e a l 参 数类型 I n t e g e r Nu mb e r Num ber Num ber Num ber Nu mb e r 参 数初值l 2 0 2 5 2 0 1 0 2 5 0 5 ( 2 )建立计算齿轮各几何尺寸的关系表达式 用 P r a t R e l a t i o n s a d d 命令添加齿轮各几何尺寸 的关系表达式如下： 分度圆直径：d = m* z c 基圆直径： d b = m
10、* z c * c o s ( a n g l e ) 齿顶圆直径：d a = m永 ( z c + 2 * h a ) 齿根圆直径：d f m Z 2 m ( h a + c ) 齿宽： b = d ( 3 )建立齿轮的基本实体特征 用 C r e a t e P r o t r u s i o n R e v o l v e 命令，建立一圆柱 形齿轮毛坯，并加入如下关系式： I 6 6 】 第 2 5 卷第 6 期2 0 0 3 - 6 圆柱直径： s d # = d a 圆柱长度： s d # =- b ( 4 )创建基本曲线和齿廓 曲线 首先在圆柱体的圆面上用C r e a t e D
11、a t u m C u r v e S k e t c h 建立几条齿轮的基本 曲线 ( 分度圆、 基圆、 齿 根圆 ) ，并加入关系式： s d #-d s d # -db s d # - df 然后用C r e a t e Da t u m C u r v e F r o m E q u a t i o n 命 令在系统弹 出的记事本 中输入如下渐开线曲线方 程 ： x = t s q r t ( ( d a d b ) 2 - 1 、 y =1 8 0 p i r = O 5 d b s q r t ( 1 + x 2 1 t h e t a = x Y a t a n ( x 1 z
12、=0 得到如图 2 所示的渐开线，由机械原理的基本 知识可知， 基圆内没有渐开线，当齿数Z C 4 1 时 d f d b ， 齿轮的整个齿廓曲线全为渐开线，而当齿数 Z C 4 1 和 Z C 4 1 要分别制作齿廓曲线。 豢齿廓曲线 I笙 I 2 ( 5 )切 出第一个齿槽特征 首先建立一条通过坐标系原点和渐开线与分 度 圆的交点 的基 准线。并将此 线绕轴线 A一1用 C OP Y ， MOV E 瓜 O T E 命 令旋转 3 6 0 ( 4 * Z C) 的角 度。 再用 C O P Y ， MI R R OR命令，镜像 另一条与所 创基准线对称的齿廓曲线。 用 C r e a t
13、e c u t E x t r u d e命令，用所创造 的两条 维普资讯 http:/ I 訇 似 齿轮曲线和基 圆曲线为边界切出第一个齿槽如图 2 所示。 ( 6 )完成齿轮的制作 把第一个齿槽特征用 C o p y Mo v e命令绕轴 A 一1 旋转 3 6 0 ， Z C的角度得到第二个齿槽特征。 用 P A I q E R N命令复制出其它的齿槽，要进行 此操作时， 一定要选择第二个齿槽特征为P A T I R N 对象，选择两齿槽之间的夹角尺寸为 P A T T E R N的 驱动尺寸，输入其增量 为 3 6 0 ZC的角度，输入 P ATI E R N的总数为齿轮 的个数， 生
14、成如图3 如示的 齿轮结构。 l玺 l 3 ( 7 )查并添加尺寸之间的关 系式 完成齿轮建模后，可用Re l a t i o n s S h o w R e l 命令 检查尺寸之 间的关系式，在弹 出的对话框中可以发 现， P r o E系统 已经加入前面步骤中加入的一些关系 式，但是使用 C OP Y和 P AT T E R N这两个命令时所 希望加入的关系式并没有加入， 总共有四个关系式， 两次使用 C O P Y命令时输入的旋转角度 3 6 0 ( 4 Z C ) 和3 6 0 Z C ， 用P ATT E R N命令时所输入的旋转角度的 增量3 6 0 Z C和P A TI E RN
15、 的总个数Z C。 用R e l a t i o n s E d i t R e l 命令按顺序加入的关系式如下： s d # = 3 6 0 ( 4 z c ) s d # = 3 6 0 z c s d # = 3 6 0 z c p# =z c 这样就完成了齿轮 的 3 维建模。 2 编辑齿轮参化设计程序 2 1 确定齿轮的特征参数 齿轮建模完成后， 在P r o g r a m的设计列表中，自 动列出了模型上所有的元素，并且所有零件尺寸由 系统 自动按照 建立 的选后顺序 命名为 D 1 ，D2 ， D3 ，对于一个标准齿轮 而言，因为在建模时已 输入了齿轮几何尺寸之间的关系式，所以齿
16、轮的几 何尺寸虽然很 多但几何尺寸的变化只取决于齿轮的 模数M， 齿数Z C和齿宽系数K， 因此在进行齿轮的 参数化设计时，可以把模数 M，齿数 Z C和齿宽系 数 K确定为齿轮的特征参数 ，在 P r o g r am 的程序中 对应地定义这三个参数为 M1 ，Z C1 ，K1 。 2 - 2编辑齿轮的参化设计程序 用Pro g r a m E d i t D e s i g n 命令打开Pro E自动生成 的齿轮参化设计程序，并添加如下语句以实现齿轮 特征参数的输入。 I NPUT GEAR PARAM 王 ERCONTROL YESNO ” Doy o uwa n tt o c o n
17、t r o l t he g e a rp aram e t e r ” I F GEAR - P ARAME TE R_ CONT ROL = = YE S M l NUM BER Zl NUM BER Ll NUM BER END I F E ND 删I T RELATI ONS I F GEAR _PARAM ETERCONTROL=YES M =M l ZC=ZCl K=K l ENDI F END RELATI ONS 2 3运行齿轮的参化设计程序 齿轮的参化设计程序编辑 完成 后，只要调 用 R e g e n e r a t e 命令，Pro E就 自动执行该程序，用户可 根据提
18、示输入新的模数，齿数和齿宽系数， Pro E 就 能按新输入的齿轮参数，自动的生成新的齿轮。 3 结束语 Pro g r am 是P r 0 ， E一个使用简单，应用灵活的二 次开发工具，用它可以方便地实现零件的参数化设 计，在工程实际中，设计人员可类似于上述方法建 立各类零件的模型库， 使用时只需调用模型P r o g r am 程序就可以灵活地修改设计，从而设计效率。 参考文献： 【 l 1林清安 P R O E NG I N E E R零件设计 MI ， 北京： 北京大学 出版社， 2 0 0 1 2 】黄恒星 P R O ENG I NE E R实用问题解答【 M】 北京： 人民 邮电 出版社， 2 0 0 2 3 】傅祥志 机械原理 M】 武汉华中科技大学出版社， 2 0 0 1 第 2 5 卷第6 期2 0 0 3 - 6 1 0 7 1 维普资讯 http:/