1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于pro/e的減速箱參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究院 （系）： 光電工程學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息工程學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2010年6月西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系） 光電工程 專業(yè) 光電信息 班 060104 姓名 黃超 學(xué)號(hào) 060104107 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于pro/e的減速箱參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究 2.題目背景和意義： 減速器作為機(jī)械傳動(dòng)裝置應(yīng)用日益廣泛，但其相似而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了重復(fù)性和繁瑣性。本課題是基于參數(shù)特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)的pro/e三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，避免了相似零件的重復(fù)造型，大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率

2、和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有實(shí)用價(jià)值和可擴(kuò)展性。同時(shí)用可視化手段來(lái)模擬裝配體的實(shí)際裝配過(guò)程，從而能夠大大縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： （1）從研究減速器類型入手，選取最具特征的齒輪參數(shù)，作為設(shè)計(jì)時(shí)的特征參數(shù)； （2）利用pro/engineer wildfire 進(jìn)行建模，在pro/program程序中編輯程序，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)齒輪等相關(guān)零件的三維造型； （3）完成對(duì)齒輪軸系的虛擬裝配。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 設(shè)計(jì)工作從3月1日開(kāi)始到6月25日結(jié)束。整個(gè)設(shè)計(jì)在校內(nèi)完成。具體工作進(jìn)度如下： 201

3、0.3.12010.3.15 查閱資料，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，完成開(kāi)題報(bào)告； 2010.3.162010.4.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、典型參數(shù)的選??； 2010.4.62010.5.15 編制程序?qū)崿F(xiàn)齒輪和相關(guān)零件設(shè)計(jì)的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)； 2010.5.162010.6.4 對(duì)設(shè)計(jì)的齒輪及相關(guān)零件進(jìn)行虛擬裝配： 2010.6.52010.6.25 完善程序，撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 不少于1.5萬(wàn)字的畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 不少于50機(jī)時(shí)的上機(jī) 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 其他要求： 完成不少于3000漢字的英文翻譯 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日

4、系（教研室）主任審批： 年 月 日說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊(cè)，一份教師自留。畢i-22 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填?；趐ro/e的減速箱參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究摘 要減速箱作為普遍使用的傳動(dòng)裝置，已經(jīng)是幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域里不可缺少的部件之一。其中最為重要的零件齒輪的設(shè)計(jì)便成為研究的重點(diǎn)，所以，如何快速的設(shè)計(jì)各種符合需要的齒輪已經(jīng)成為各個(gè)生產(chǎn)者所重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文基于pro/engineer軟件，利用其實(shí)體化參數(shù)造型的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了單級(jí)圓柱齒輪減速箱主要零件的參數(shù)化過(guò)程，文中以直齒圓柱齒輪的繪制過(guò)程為例，詳細(xì)介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)步驟。并以相似步驟完成斜齒圓柱齒輪和人字齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。這樣的

5、設(shè)計(jì)過(guò)程一是軟件的易用性縮短了設(shè)計(jì)周期，二是節(jié)約了人力物力，可以在不生成實(shí)物的情況下提前測(cè)試零件的可用性，提高了設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，降低了設(shè)計(jì)成本。本文使用了參數(shù)化設(shè)計(jì)的齒輪及其他部件，進(jìn)行虛擬裝配，干涉檢查，并生成仿真動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)了單級(jí)圓柱減速箱主要零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究。關(guān)鍵詞: pro/engineer；參數(shù)化設(shè)計(jì)；齒輪；虛擬裝配；機(jī)構(gòu)仿真research of gear reducer parametric design system based on pro / e abstractas commonly used gearbox transmission, has been an indi

6、spensable part in almost all industrial sectors. the most important part - the design of gear will become a research focus, therefore, how to quickly meet the needs of the design of a variety of different producers gear has become a key priority. based on pro / engineer software and use its features

7、 like parametric design to achieve a process of spur gear, the text in order to spur gear drawing process, for example, described in detail the design steps. and with similar steps to complete helical gears and herringbone gear design parameters. first, the software design process such as ease of us

8、e to shorten the design cycle, the second is to save human and material resources, when the system cant generate real test cases in advance of the availability of parts, improve the overall quality of design and reduce design costs.this design uses a parametric design of gear and other components of

9、 virtual assembly ，interference checking, and generate simulation animation, to achieve main part of single-level design of cylindrical parameterization.keywords: pro / engineer; parametric design; gear; virtual assembly; body simulation目 錄摘 要（i）英文摘要（ii）1 緒論（5）1.1概述（5）1.2研究的背景、意義及國(guó)內(nèi)外研究情況（5）1.2.1研究的背

10、景、意義（5）1.2.2國(guó)內(nèi)外研究狀況（6）1.3研究的主要內(nèi)容及方案（7）1.3.1研究的主要內(nèi)容（7）1.3.2研究的方案及方法（8）1.4 本章小結(jié)（8）2 總體方案設(shè)計(jì)（9）2.1 概述（9）2.2 系統(tǒng)可行性分析（9）2.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用（10）2.3.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)（10）2.3.2 虛擬裝配技術(shù)（11）2.3.3 機(jī)構(gòu)仿真技術(shù)（11）2.4 本章小結(jié)（11）3 齒輪的參數(shù)化建模（12）3.1 概述（12）3.2 齒輪的參數(shù)化建模（12）3.2.1 特征參數(shù)的選擇（12）3.2.2 齒廓曲線（13）3.2.3 設(shè)計(jì)步驟（14）3.2.4 最大齒數(shù)及最小齒數(shù)的討論（16

11、）3.2.5 再生功能（17）3.3 斜齒圓柱、人字形的參數(shù)化設(shè)計(jì)（18）3.4 本章小結(jié)（19）4 虛擬裝配及動(dòng)畫(huà)仿真（20）4.1 概述（20）4.2 虛擬裝配設(shè)計(jì)（20）4.2.2 干涉檢查（22）4.2.3 裝配動(dòng)畫(huà)生成（23）4.3 機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)（24）4.4本章小結(jié)（24）5 總結(jié)與展望（25）5.1 總結(jié)（25）5.2 展望（25）參考文獻(xiàn)（26）致 謝（28）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明（29）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明（30）1 緒論1.1概述隨著cad/cam技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域在日益廣泛，已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化，這一點(diǎn)在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)的尤為顯

12、著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并發(fā)揮出前所未有的作用，推動(dòng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。1參數(shù)化設(shè)計(jì)模型是以約束來(lái)表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征,以一組參數(shù)來(lái)控制設(shè)計(jì)結(jié)果,從而能通過(guò)變換一組參數(shù)值方便地創(chuàng)建一系列形狀相似的零件。21.2研究的背景、意義及國(guó)內(nèi)外研究情況1.2.1研究的背景、意義減速箱是傳動(dòng)機(jī)械中最重要的基礎(chǔ)零件,廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的各作業(yè)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)減速箱的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)早已制訂標(biāo)準(zhǔn),形成系列,并且還在不斷豐富完善。3現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)減速箱的參數(shù)化程度還不夠，不少小企業(yè)還沒(méi)有參數(shù)化的設(shè)計(jì)能力，在市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中難以適應(yīng)。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，都希望得到一個(gè)最優(yōu)

13、方案，這個(gè)方案既能滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及工藝性等方面的要求，又使機(jī)械重量最輕，成本最低和傳動(dòng)性能最好。然而由于傳統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方案是憑借設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)直觀判斷，靠人工進(jìn)行有限次計(jì)算做出的，往往很難得到最優(yōu)結(jié)果。應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，使優(yōu)化設(shè)計(jì)成為可能。圓柱齒輪減速箱是一種使用非常廣泛的機(jī)械傳動(dòng)裝置，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)和在變位系數(shù)不變的情況下可湊配中心距等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)目前生產(chǎn)的減速箱還存在著體積大，重量重，承載能力低、成本高和使用壽命短等問(wèn)題，對(duì)減速箱進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，選擇最佳參數(shù)，是提高承載能力、減輕重量和降低成本等完善各項(xiàng)指標(biāo)的一種重要途徑。cad/cam技術(shù)的迅速發(fā)展使得它無(wú)論在機(jī)械、電子、航

14、空、建筑等領(lǐng)域都獲得了成功的應(yīng)用。這對(duì)于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力起了巨大的作用。企業(yè)成敗的關(guān)鍵問(wèn)題之一是能否快速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品并縮短產(chǎn)品的上市周期。因此產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要有充分的柔性，并且設(shè)計(jì)過(guò)程模型要能準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)計(jì)的實(shí)際活動(dòng)，同時(shí)又能夠迅速的重構(gòu)，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息能夠重用。幾乎所有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是改進(jìn)型產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且大約70%的原來(lái)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)被重新利用，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)就在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的意圖很方便的勾出設(shè)計(jì)草圖，系統(tǒng)同時(shí)自動(dòng)建立設(shè)計(jì)對(duì)象內(nèi)部各種元素之間的約束關(guān)系，以便設(shè)計(jì)者更新草圖尺寸時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)推理機(jī)能自動(dòng)更新校正

15、草圖的幾何形狀并獲得幾何特征點(diǎn)的正確位置分布。參數(shù)化為產(chǎn)品模型的可變性、可重用性、并行設(shè)計(jì)等提供了手段,使用戶可以利用以前的模型方便地重建模型,并可以在遵循原設(shè)計(jì)意圖的情況下方便地改動(dòng)模型,生成系列產(chǎn)品,從而提高了生產(chǎn)效率。參數(shù)化概念的引入代表了設(shè)計(jì)思想上的一次變革,即從避免改動(dòng)設(shè)計(jì)到鼓勵(lì)使用參數(shù)化修改設(shè)計(jì),特別是產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)的引入,使得設(shè)計(jì)人員不需考慮細(xì)節(jié)就能保證零件之間的相互關(guān)聯(lián)性和依賴性,為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的整個(gè)生命周期提供了支持。4參數(shù)化設(shè)計(jì)為一些制造工序繁瑣的零件設(shè)計(jì)提供了一種捷徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。多年來(lái)，眾多學(xué)者為參數(shù)化技術(shù)的發(fā)展做了不懈的努力，并取得了豐富的成果1.2.2國(guó)

16、內(nèi)外研究狀況cad技術(shù)起步于50年代后期的美國(guó)。60年代出現(xiàn)極為簡(jiǎn)單的線框式三維cad系統(tǒng)。80年代中期，美國(guó)cv公司內(nèi)部以高級(jí)副總裁為首的一批人提出了一種比無(wú)約束自由造型更新穎、更好的算法參數(shù)化實(shí)體造型方法。進(jìn)入90年代，參數(shù)化技術(shù)變得成熟起來(lái)5。參數(shù)化方法的本質(zhì)即是基于約束的產(chǎn)品描述方法。這是由于產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程就是約束規(guī)定、約束變換求解以及約束評(píng)估的約束求精過(guò)程。參數(shù)化研究工作最早可追溯到60年代早期，sutherland在他開(kāi)發(fā)的sketehpad系統(tǒng)中，首次將幾何約束表示為非線性方程，來(lái)確定二維幾何形體的位置。后來(lái)light、gossard進(jìn)一步發(fā)展了這一思想，并使其實(shí)用化。在應(yīng)用

17、此方法（數(shù)值迭代法）的過(guò)程中，人們也發(fā)現(xiàn)了該方法的諸多弊端如迭代收斂性問(wèn)題等等。由此人們又提出了符號(hào)法用以克服這些問(wèn)題，但符號(hào)法的計(jì)算量很大，在實(shí)用中受到了很大的限制。另外，人們也提出了一種應(yīng)用人工智能思想的方法集合推理法（或稱規(guī)則法）。這種方法把約束集及所約束的集合元素用圖論的方法表示出來(lái)，然后對(duì)約束圖進(jìn)行幾何推理以確定各幾何元素的參數(shù)值。這種方法由于簡(jiǎn)潔，計(jì)算量小，因而在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用國(guó)內(nèi)cad技術(shù)發(fā)展較晚，80年代才逐步得到了開(kāi)展。我國(guó)逐步認(rèn)識(shí)到開(kāi)展cad應(yīng)用工程的必要性和可靠性，并在全國(guó)各個(gè)行業(yè)大力推廣cad技術(shù)，同時(shí)展開(kāi)cad技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制工作，但是就目前來(lái)講，大部

18、分企業(yè)還沒(méi)有真正意義上的綜合性能物理仿真試驗(yàn)環(huán)境，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用大都體現(xiàn)在參數(shù)化造型階段，對(duì)性能評(píng)價(jià)和仿真研究不夠。另一方面，企業(yè)對(duì)幾何仿真系統(tǒng)的理論和整體性研究很少，使造型功能和物理模型的處理脫節(jié)，很難產(chǎn)生較實(shí)用的仿真系統(tǒng)。因此，合理、高效地利用、開(kāi)發(fā)減速箱虛擬裝配技術(shù)這一先進(jìn)理念及相關(guān)技術(shù)，使之更好的輔助設(shè)計(jì)，對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展有著巨大的意義6。把虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用在減速箱和齒輪的設(shè)計(jì)中，具有提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，減輕減速箱的重量，減小減速箱的體積等作用。如今虛擬設(shè)計(jì)制造在一些較發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等己得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)

19、械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等很多方面。所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到照相機(jī)的快門，天上的火箭到輪船的錨機(jī)。在各個(gè)領(lǐng)域里，針對(duì)各種產(chǎn)品，虛擬設(shè)計(jì)制造都為用戶節(jié)省了開(kāi)支，節(jié)約了時(shí)間并提供了滿意的設(shè)計(jì)方案。美國(guó)波音飛機(jī)公司波音777飛機(jī)，是世界上首架以無(wú)圖紙方式研發(fā)及制造的飛機(jī)，其設(shè)計(jì)、裝配、性能評(píng)價(jià)及分析就是采用了虛擬設(shè)計(jì)制造。這不但使研發(fā)周期大大縮短、研發(fā)成本顯著降低，而且確保了最終產(chǎn)品一次接裝成功?；鹦翘綔y(cè)器“探路號(hào)”和caterpiller公司大型設(shè)備虛擬仿真是虛擬設(shè)計(jì)制造應(yīng)用的另外兩個(gè)典型例子7。國(guó)外對(duì)虛擬裝配技術(shù)的研究起

20、步較早，在理論上的研究涉及面廣，且已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的jyaaram等開(kāi)發(fā)研制了一個(gè)稱為“虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境”（vade）的虛擬裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)工作的初期便可考慮有關(guān)裝配和拆卸的問(wèn)題，從而避免了裝配設(shè)計(jì)方面的缺陷。在這個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員首先將在cad系統(tǒng)建立的零件模型導(dǎo)入虛擬裝配系統(tǒng)，然后再虛擬裝配系統(tǒng)中直接操作虛擬零件進(jìn)行裝配，有關(guān)產(chǎn)品的可裝配性得到檢驗(yàn)，同時(shí)也獲得了許多有關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造工藝信息。dewar等提出了虛擬環(huán)境中輔助進(jìn)行手工裝配的方法，該方法能夠自動(dòng)記錄操作人員在虛擬環(huán)境中對(duì)虛擬不見(jiàn)得裝配動(dòng)作，還能輔助操作人員自動(dòng)進(jìn)行裝配，并且

21、詢問(wèn)操作人員裝配時(shí)的裝配方法，同時(shí)生成裝配規(guī)劃。國(guó)內(nèi)虛擬設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用研究剛剛開(kāi)始，一些大學(xué)和科研院所正在進(jìn)行這一方面的工作，主要是對(duì)虛擬裝配概念和結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)虛擬裝配要求的相關(guān)技術(shù)如數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布交互仿真技術(shù)等已有一定的基礎(chǔ)。如將虛擬設(shè)計(jì)制造應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、武裝裝備、機(jī)械系統(tǒng)等方面的研究。但整體上與國(guó)外相比還有很大差距8。清華大學(xué)國(guó)家cims工程技術(shù)研究中心基于cad軟件平臺(tái)pro/enginneer開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了虛擬裝配直齒系統(tǒng)vass（virtual assembly support system）,利用該系統(tǒng)可在鏟平設(shè)計(jì)階段進(jìn)行基于三位實(shí)體模型的試拆卸方針，生動(dòng)直觀的分析、

22、驗(yàn)證與改善產(chǎn)品的可裝配性，進(jìn)行產(chǎn)品及其部件的裝配工藝規(guī)范，生成對(duì)實(shí)際裝配操作具有指導(dǎo)作用的裝配工藝文件。91.3研究的主要內(nèi)容及方案1.3.1研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)為核心基礎(chǔ)，深入研究參數(shù)化設(shè)計(jì)，同時(shí)研究了基于pro/engineer的單級(jí)齒輪減速箱主要部件的虛擬裝配和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟，主要內(nèi)容有：從齒輪有關(guān)的數(shù)據(jù)中選取幾個(gè)重要參數(shù)作為特征參數(shù)，利用pro/engineer進(jìn)行建模，并且引入特征參數(shù)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)再生出適合裝配需要的齒輪為單級(jí)減速箱的其他零部件（底座，軸，軸套，軸承，鍵等）進(jìn)行建模，完成整體裝配并使用機(jī)構(gòu)仿真生成演示動(dòng)畫(huà)。1.3.2研究的方案及方法1.

23、軟件的選擇:用于機(jī)械三維設(shè)計(jì)的主流軟件主要有：ug，soildworks, pro/e等，其中pro/e操作相對(duì)簡(jiǎn)單，工具設(shè)置明了，曲面造型能力強(qiáng)，裝配和后期修改方便，本設(shè)計(jì)擬采用pro/e。2.選取齒輪特征參數(shù)：本設(shè)計(jì)選取的特征參數(shù)有：齒數(shù)z，模數(shù)m，壓力角，齒頂高系數(shù)ha和頂隙系數(shù)c，根據(jù)實(shí)際情況賦值。根據(jù)上述特征參數(shù)可計(jì)算出：基圓，齒根圓，分度圓，齒頂圓等尺寸3.齒輪的參數(shù)化建模：參數(shù)化造型可以用于結(jié)構(gòu)比較固定的簡(jiǎn)單零件，可以使用一組參數(shù)來(lái)控制零件外形特征。4.虛擬裝配:完成底座,齒輪,軸和其他附件的裝配，并進(jìn)行干涉檢查。5.機(jī)構(gòu)仿真：裝配完成后設(shè)置齒輪副連接，并且在主動(dòng)軸上定義伺服電機(jī)

24、，利用機(jī)構(gòu)分析產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，是否產(chǎn)生碰撞或干涉，如通過(guò)分析，則生成分析結(jié)果文件并通過(guò)動(dòng)畫(huà)組件捕捉動(dòng)畫(huà)1.4 本章小結(jié)本章主要講述了設(shè)計(jì)選題的背景，意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要方案和方法做了概述。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 概述齒輪傳動(dòng)作為人們工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最為常見(jiàn)的傳動(dòng)方式，已經(jīng)成為了一種廣泛應(yīng)用的專門部件，對(duì)各種齒輪的需求也是逐步增多，由于使用環(huán)境和情況的不同形成了一個(gè)個(gè)的系列產(chǎn)品，現(xiàn)在國(guó)家制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，并由專門工廠大量生產(chǎn)制造。在這樣的情況下如果整個(gè)系列都需要一一設(shè)計(jì)的話工作量相當(dāng)驚人，并且浪費(fèi)了人力物力，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。本設(shè)計(jì)以圓柱齒輪減速箱為例，利用pro/e 4.0作為

25、繪圖軟件，使用其參數(shù)化，虛擬裝配，機(jī)構(gòu)仿真等功能，進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，由于pro/e是實(shí)體化參數(shù)造型，這一特點(diǎn)在虛擬裝配時(shí)可以更加直觀明了，使整體設(shè)計(jì)高效、優(yōu)質(zhì)，避免了相似零件的重復(fù)造型，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有一定實(shí)用性和延伸性。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的研發(fā)條件下，不少小廠商技術(shù)力量薄弱，需要先進(jìn)的技術(shù)和軟件，pro/e易用，應(yīng)用全面，本設(shè)計(jì)可以為他們提供一些設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，拓寬一些設(shè)計(jì)思路。2.2 系統(tǒng)可行性分析pro/engineer軟件系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司ptc的優(yōu)秀產(chǎn)品,提供了集成產(chǎn)品的三維模型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖等功能的完整的cad/cae/cam解決方案。pro/enginee

26、r軟件在國(guó)內(nèi)的機(jī)械、電子、家電、塑料模具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用,并且在這些行業(yè)里應(yīng)用的時(shí)間也較長(zhǎng)。企業(yè)在自身發(fā)展和使用pro/engineer的過(guò)程之中積累了許多有用的寶貴的數(shù)據(jù)、企業(yè)自身的標(biāo)準(zhǔn)以及特殊圖形等參數(shù)資料,如果能把這些參數(shù)資料整理出來(lái),然后再把這些參數(shù)資料掛靠在pro/engineer軟件系統(tǒng)的主菜單和彈出式菜單上,即編譯生成應(yīng)用程序與pro/engineer軟件系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接,這樣一來(lái),不但能提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)速度,對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng),設(shè)計(jì)出滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品,及時(shí)贏得市場(chǎng)份額,而且還能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益其次,由于pro/engineer軟件具有廣而博的通用性,

27、使它在具體應(yīng)用時(shí)不能直接處理特定的產(chǎn)品,再加上國(guó)外觀念、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等方面和國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)、使用等方面存在較大的差異,在使用該軟件進(jìn)行具體特定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)感到困難和不方便,因此,為了使pro/engineer軟件能夠在特定的企業(yè)和特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最大限度的發(fā)揮起潛力和創(chuàng)造效益,需要對(duì)pro/engineer軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),因此, pro/engineer二次開(kāi)發(fā)目的就是把pro/engineer軟件進(jìn)一步充實(shí)、完善、改進(jìn)成為用戶實(shí)用的三維cad應(yīng)用軟件,也是眾多使用pro/engineer企業(yè)的一項(xiàng)非常迫切和重要的工作。10漸開(kāi)線圓柱齒輪設(shè)計(jì)的理論己經(jīng)比較成熟，計(jì)算公式、設(shè)計(jì)步

28、驟及判別標(biāo)準(zhǔn)都較為清楚，數(shù)據(jù)資料充分，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)“系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化”11而且，pro/e的所有模塊數(shù)據(jù)都是相關(guān)的。這說(shuō)明在繪制的過(guò)程中，對(duì)某一數(shù)據(jù)的修改可以體現(xiàn)到整體的設(shè)計(jì)當(dāng)中。這使得工作人員可以相對(duì)方便的通過(guò)修改某一點(diǎn)達(dá)到修改整個(gè)模型的效果，現(xiàn)在已經(jīng)有很多使用者通過(guò)已經(jīng)設(shè)置特征參數(shù)，修改其賦值再生生成相似的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。2.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用2.3.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為cad中最熱門的應(yīng)用技術(shù)之一，能否實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)便成為評(píng)價(jià)cad系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)，這是因?yàn)樗虾唾N近現(xiàn)代cad中概念設(shè)計(jì)以及并行設(shè)計(jì)思想，工程

29、設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)開(kāi)始階段可快速草擬產(chǎn)品的零件圖，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品形狀及大小的約束，最后精確成圖。同一系列產(chǎn)品的第二次設(shè)計(jì)可直接通過(guò)修改第一次設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)參數(shù)不但可以驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果，而且影響產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)周期，設(shè)計(jì)參數(shù)可能來(lái)自于其他系統(tǒng)。除此之外，參數(shù)化設(shè)計(jì)是變量化設(shè)計(jì)的前提，借助變量化設(shè)計(jì)思想可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)仿真模擬等。除此之外，參數(shù)化設(shè)計(jì)還能夠使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建庫(kù)工具的研究對(duì)進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)和繪圖效率以及柔性化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。12參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過(guò)改動(dòng)圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或修改已定義好的零件參數(shù)，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)。參數(shù)

30、驅(qū)動(dòng)的方式便于用戶修改和設(shè)計(jì)。用戶在設(shè)計(jì)輪廓時(shí)無(wú)需準(zhǔn)確的定位和定形，只需勾畫(huà)出大致輪廓然后通過(guò)修改標(biāo)注的尺寸值來(lái)達(dá)到最終的形狀，或者只需將零件的關(guān)鍵部分定義為某個(gè)參數(shù)，通過(guò)對(duì)參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。參數(shù)化設(shè)計(jì)極大的改善了圖形的修改手段，改良了設(shè)計(jì)的柔性，在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析與綜合、機(jī)構(gòu)仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值。13參數(shù)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要思想，繪制的整體可以看做一個(gè)圖元，每個(gè)圖元由各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，通過(guò)選取和修改各個(gè)構(gòu)件的特征參數(shù)，可以在其他的相關(guān)聯(lián)部分反映出來(lái)，無(wú)需對(duì)所有構(gòu)件逐一修改，從而提高了工作效率和質(zhì)量。在

31、整個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程和幾何關(guān)系，要設(shè)置一些特征參數(shù)的初值，其分為可變參數(shù)和不變參數(shù)，同時(shí)設(shè)置各特征參數(shù)之間的相互關(guān)系，在每次對(duì)可變參數(shù)做出修改的時(shí)候，也要相應(yīng)的對(duì)參數(shù)相關(guān)的關(guān)系式作出一定的修改，這樣一來(lái)，參數(shù)化設(shè)計(jì)使模型的生成和修改速度大大提高，在系列產(chǎn)品和相似產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中有非常大的應(yīng)用價(jià)值。參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本手段有程序驅(qū)動(dòng)與尺寸驅(qū)動(dòng)。程序驅(qū)動(dòng)法是通過(guò)分析圖形幾何模型的特點(diǎn),確定模型的主參數(shù)以及各尺寸間的數(shù)學(xué)關(guān)系,將這種關(guān)系輸入程序中,進(jìn)而在零件設(shè)計(jì)時(shí)只要輸入幾個(gè)參數(shù)就可生成所要求的模型。尺寸驅(qū)動(dòng)是對(duì)程序驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展,它的基本思想是由應(yīng)用程序生成所涉及的基圖,該圖的尺寸有一系列的標(biāo)識(shí),

32、這些尺寸由用戶在編程時(shí)輸入或交互式輸入,從而生成用戶的模型。22.3.2 虛擬裝配技術(shù)虛擬裝配是虛擬制造的重要部分，這是一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品虛擬拆裝技術(shù)，主要應(yīng)用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品的操作培訓(xùn)方面?？梢则?yàn)證整個(gè)裝配設(shè)計(jì)的正確性，可視化實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程，以便及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問(wèn)題，對(duì)模型進(jìn)行修改。虛擬裝配技術(shù)是虛擬制造技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵部分，但同時(shí)也是相對(duì)于其他部分最薄弱的環(huán)節(jié)，它的發(fā)展相對(duì)滯后，應(yīng)用性不盡如人意，因此，虛擬裝配技術(shù)也成為了業(yè)內(nèi)研究的主要對(duì)象，如果這一環(huán)節(jié)被解決將讓整個(gè)虛擬制造系統(tǒng)更加完善，真正的使整個(gè)系統(tǒng)變得高效，快速，低成本，高質(zhì)量的完成生產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)。虛擬裝配將從根本上改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)

33、計(jì)和制造模式，在實(shí)際生成之前，首先在虛擬制造環(huán)境中完成虛擬產(chǎn)品原型代替實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其性能和可裝配性等進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而達(dá)到整個(gè)產(chǎn)品全局最優(yōu)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品快速響應(yīng)市場(chǎng)變化能力。142.3.3 機(jī)構(gòu)仿真技術(shù)仿真技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)模擬真實(shí)世界，借助系統(tǒng)建模技術(shù)和可視化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程。pro/engineer提供了完善的仿真功能，使用三維實(shí)體建模創(chuàng)建模型后，即可模擬模型的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移以及干涉的問(wèn)題。它是以相似原理、信息系統(tǒng)、系統(tǒng)技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)

34、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù).12利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)仿真不僅方便靈活，而且也非常經(jīng)濟(jì)，所以它在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中有著非常重要的地位，可以將整體的可裝配性用視覺(jué)的直觀方式展現(xiàn)在大家眼前，并可將結(jié)果輸出為多種可播放文件。2.4 本章小結(jié)本章對(duì)整體系統(tǒng)做了可行性分析，大致介紹了系統(tǒng)中用到的關(guān)鍵技術(shù)：參數(shù)化設(shè)計(jì)，虛擬裝配和機(jī)構(gòu)仿真技術(shù)。3 齒輪的參數(shù)化建模3.1 概述使用pro/engineer進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，最重要且最復(fù)雜的工作就是創(chuàng)建三維實(shí)體模型。本章主要講解了漸開(kāi)線齒輪中的直齒，斜齒，人字形圓柱齒輪的生成原理，詳細(xì)說(shuō)明了其實(shí)體造型的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟。3.2 齒輪的參數(shù)化建模3.2.1 特征參數(shù)的選擇利用p

35、ro/engineer繪制齒輪時(shí)，首先要進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，即選取基本的特征參數(shù)。漸開(kāi)線齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候可先將重要關(guān)聯(lián)量進(jìn)行參數(shù)化，當(dāng)需要不同的漸開(kāi)線齒輪齒廓的時(shí)候，只要改變這些參數(shù)化的量，即可再生，無(wú)需重新建?！，F(xiàn)以直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)為例，做詳細(xì)講解。本設(shè)計(jì)選取的直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角、齒頂高系數(shù)ha和頂隙系數(shù)c。齒數(shù)z：齒輪上的每一個(gè)用于嚙合的凸起部分稱為輪齒，它的數(shù)量即為齒數(shù)z，傳動(dòng)過(guò)程中的兩齒輪傳動(dòng)比i即為齒數(shù)比（z1/z2）。模數(shù)m：它是決定齒輪尺寸的一個(gè)基本參數(shù)。齒數(shù)相同的齒輪模數(shù)大，則其尺寸也大。為了便于制造，檢驗(yàn)和互換使用，齒輪的模數(shù)值在國(guó)內(nèi)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)

36、化了。壓力角(程序不允許出現(xiàn)拉丁文，用a代替)：過(guò)端面齒廓與分度圓的交點(diǎn)的徑向線與過(guò)該點(diǎn)的齒廓切線所夾的銳角就是壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪壓力角為20度。齒頂高系數(shù)ha和頂隙系數(shù)c標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒頂高系數(shù)ha和頂隙系數(shù)c都是標(biāo)準(zhǔn)值，圓柱齒輪為ha=1，c=0.25。除此以外分度圓直徑d,齒頂圓直徑da，齒根圓直徑df，基圓直徑db，也是齒輪的重要特征值，不過(guò)由于可以通過(guò)前面五個(gè)特征參數(shù)值推導(dǎo)出，所以對(duì)這些值不再做參數(shù)化設(shè)定，改由關(guān)系式確定其值。d=m*zda=d+2m*hadf=d-2m*(ha+c)db=d*cos(a)b=10*m3.2.2 齒廓曲線齒輪的輪廓曲線即為標(biāo)準(zhǔn)的漸開(kāi)線。齒輪輪廓的漸開(kāi)線方程是

37、pro/e中精確建模的重中之重。當(dāng)直線bm沿半徑為rb的圓周做純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)k的軌跡弧線am就是該圓的漸開(kāi)線，此圓為漸開(kāi)線的基圓，漸開(kāi)線上點(diǎn)k的展角為壓力角，如圖3.1 圖3.1 漸開(kāi)線形成示意圖rb=db/2fi=t*90（t為系統(tǒng)變量，從0到1）s=pi*r*t/2x=rb*cos(fi)+s*sin(fi)y=rb*sin(fi)-s*cos(fi)z=0rb為基圓半徑，fi為漸開(kāi)線展開(kāi)角，s為漸開(kāi)線長(zhǎng)度。漸開(kāi)線有以下的特性：（1）發(fā)生線沿著基圓滾過(guò)的長(zhǎng)度，等于基圓上被滾過(guò)的弧長(zhǎng)。（2）漸開(kāi)線上各點(diǎn)的壓力角不等，漸開(kāi)線在基圓上的壓力角為零，離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大。（3）漸開(kāi)線上任

38、一點(diǎn)的法線必與基圓相切。（4）基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線。（5）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小?；鶊A越大，漸開(kāi)線越平直；當(dāng)基圓半徑趨于無(wú)窮大時(shí)，漸開(kāi)線將成為一條直線。3.2.3 設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)置齒輪參數(shù)（1）啟動(dòng)pro/e野火版4.0后，打開(kāi)“新建”對(duì)話框，在“類型”列表框中選擇“零件”，在“子類型”中選擇“實(shí)體”,將“使用缺省模板”前面的勾取消掉，點(diǎn)“確定”，在新彈出的對(duì)話框中“模板”選項(xiàng)中選擇“mmns_solid_pa rt”（公制模板）再單擊“確定”。（2）點(diǎn)擊主菜單“工具/程序”，在子菜單中選擇“編輯設(shè)計(jì)”，在彈出的文本文件中將齒輪的各參數(shù)及關(guān)系式按下添加：圖3.2 添加參數(shù)文本文件設(shè)置輸入完成后

39、保存關(guān)閉對(duì)話框，在信息欄出現(xiàn)的詢問(wèn)“要將所作的修改體現(xiàn)到模型中？”選“是”，子菜單中選擇“當(dāng)前值”，然后點(diǎn)擊“完成/返回”。2.繪制齒輪基本圓（1）點(diǎn)擊右側(cè)“草繪”圖標(biāo)或選擇主菜單“插入/模型基準(zhǔn)/草繪”選擇front平面作為草繪平面，其他設(shè)置使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，單擊“草繪”按鈕，進(jìn)入二維草繪界面。（2）繪制任意大小的4個(gè)同心圓，點(diǎn)擊右側(cè)的“確定并退出草繪模式”，然后在主菜單中選擇“工具/關(guān)系”，在彈出的“關(guān)系”對(duì)話框中輸入基本圓關(guān)系式：圖3.3 齒輪關(guān)系式上式中：d0,d1,d2和d3為pro/engineer中草繪的四個(gè)圓的直徑尺寸符號(hào)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)上述的關(guān)系式，自動(dòng)計(jì)算各圓尺寸，然后選擇主菜

40、單中的“編輯/再生”，完成齒輪基本圓尺寸的設(shè)置。3. 創(chuàng)建齒廓曲線（1）點(diǎn)擊界面右側(cè)“插入基準(zhǔn)曲線”圖標(biāo)或單擊主菜單“插入/模型基準(zhǔn)/曲線”，然后在子菜單中選擇“從方程/完成”，選中基準(zhǔn)坐標(biāo)系，在子菜單中選擇“笛卡兒”，在打開(kāi)的記事本中輸入漸開(kāi)線方程式如下圖：圖3.4 漸開(kāi)線方程保存并關(guān)閉文件。（2）點(diǎn)擊界面右側(cè)“插入基準(zhǔn)軸”圖標(biāo)或選擇主菜單“插入/模型基準(zhǔn)/軸”， 按住ctrl同時(shí)選中top和right平面，點(diǎn)擊確定，生成基準(zhǔn)軸線“a_1”， 點(diǎn)擊界面右側(cè)“插入基準(zhǔn)點(diǎn)”圖標(biāo)或選擇主菜單“插入/模型基準(zhǔn)/點(diǎn)” 按住ctrl同時(shí)選中分度圓和漸開(kāi)線，生成基準(zhǔn)點(diǎn)“pnt0”， 點(diǎn)擊界面右側(cè)“插入基準(zhǔn)

41、面”圖標(biāo)或選擇主菜單“插入/模型基準(zhǔn)/面”， 按住ctrl同時(shí)選中a_1和pnt0，生成基準(zhǔn)面“dtm1”。選擇dtm1,按ctrl+c復(fù)制，點(diǎn)擊，主菜單上的選擇性粘貼，在“對(duì)副本應(yīng)用移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)變換”前面打鉤，選取“旋轉(zhuǎn)特征”并選擇a_1軸為參考，點(diǎn)擊“應(yīng)用并退出”，在主菜單“工具/關(guān)系”中添加剛剛復(fù)制特征的旋轉(zhuǎn)角度為90/z。點(diǎn)擊主菜單“編輯/再生”。形成dtm2。點(diǎn)擊右側(cè)“鏡像”按鈕，以dtm2為基準(zhǔn)，鏡像漸開(kāi)線。（3）點(diǎn)擊右側(cè)“草繪”圖標(biāo)，選擇front平面作為草繪平面，其他為系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，進(jìn)入草繪模式，單擊主菜單中“草繪/邊/使用”，選中兩條漸開(kāi)線、齒頂圓及齒根圓（被選中的曲線成黃色）

42、，形成齒形，將多余的部分刪除，點(diǎn)擊右側(cè)“確定并退出”。4. 創(chuàng)建輪齒（1）選擇齒廓曲線并點(diǎn)擊界面右側(cè)“拉伸” 圖標(biāo)或選擇主菜單“插入/拉伸”，在選項(xiàng)中選擇方式為“兩端拉伸”，輸入拉伸深度為“”。（2）單擊“拉伸工具”，以front為草繪平面，right為參考平面，方向?yàn)槟J(rèn)方向。點(diǎn)擊右側(cè)“草繪/邊/使用”，選擇齒根圓，點(diǎn)右側(cè)的“確定并退出”輸入拉伸深度為“”，創(chuàng)建齒根圓實(shí)體模型。（3）右鍵單擊模型樹(shù)中新生成的拉伸，點(diǎn)擊“組”，產(chǎn)生一個(gè)新組，然后點(diǎn)擊“圓角”工具，選擇齒根圓與輪齒交界的軸，點(diǎn)“應(yīng)用并退出”，另一側(cè)也做同樣操作，在主菜單選擇“工具/關(guān)系”，輸入如下關(guān)系式，確定兩圓角弧度：圖3.5

43、添加相切圓弧控制語(yǔ)句圖（4）單擊生成的輪齒，點(diǎn)擊界面右側(cè)“陣列”圖標(biāo)或選擇主菜單“編輯/陣列”,在選項(xiàng)中選擇“軸”，點(diǎn)擊a_1，輸入陣列數(shù)量為54，角度為。點(diǎn)擊“勾”，生成下圖所示陣列輪齒：5. 創(chuàng)建齒輪其它結(jié)構(gòu)（1）單擊“拉伸工具”，選定“切割”選項(xiàng)，以front為草繪平面，right為參考平面，方向?yàn)槟J(rèn)方向。草繪中心孔形狀，尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的軸和鍵設(shè)定，在子菜單選項(xiàng)中勾選“兩側(cè)穿透”，輸入切割深度為“”。（2）單擊左側(cè)“顯示/層樹(shù)/新建層”，選擇需要隱藏的各平面、曲線、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸等，隱藏并保存狀態(tài)，這樣，一個(gè)完整的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程就完成了。最終生成的齒輪如下圖所示：圖3.6 輪齒

44、生成圖 圖3.7 直齒圓柱齒輪最終形態(tài)3.2.4 最大齒數(shù)及最小齒數(shù)的討論在原來(lái)的設(shè)計(jì)方法中，如果首先創(chuàng)建的是齒數(shù)小于41的齒輪，在修改齒數(shù)大于41后發(fā)生再生失敗，原因是當(dāng)大于一定數(shù)值后齒根圓將大于基圓，即df=d-2m*(ha-c)db=d*cos(a)?？梢钥闯鳊X根圓直徑和基圓直徑的大小，只和齒數(shù)有關(guān)。于是作者得到z2*(ha+c)/1-cos(a)41，臨界齒數(shù)即最大齒數(shù)為41。當(dāng)z41時(shí)，齒廓有一段不是漸開(kāi)線了。這樣在建立齒輪的模型的時(shí)候，勢(shì)必要建立兩個(gè)模型，一種是齒數(shù)不大于41的情況，另一種齒數(shù)大于41的情況？其實(shí)沒(méi)有必要，只需建立齒數(shù)大于41的模型就可以了，通常將設(shè)置大一點(diǎn)，比如6

45、0。上文中d24和d25是齒廓圓角的控制參數(shù)，齒數(shù)過(guò)大，則齒輪尺寸也大，不但費(fèi)材料，而且傳動(dòng)時(shí)容易導(dǎo)致小齒輪齒裂。當(dāng)要獲得更大傳動(dòng)比時(shí)可采取輪系。展成法生成齒輪時(shí)，如果齒輪齒數(shù)小于17將發(fā)生根切現(xiàn)象，這是由于當(dāng)?shù)毒叩凝X頂線或齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)超過(guò)被切齒輪的根極限嚙合點(diǎn)時(shí)，刀具的齒頂將把被切齒輪齒跟的漸開(kāi)線齒廓切去一部分。如果要得到更少齒數(shù)，可采取變位齒輪。即增加一個(gè)參數(shù)，變位系數(shù)x，此時(shí)齒頂圓和齒根圓關(guān)系式為：da=d+2*m*(ha+x)df=d-2*m*(ha+c-x)取x0即正變位3.2.5 再生功能 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以再生，即只需畫(huà)一個(gè)母體齒輪，對(duì)齒輪上各種特征加以約束

46、形式,各個(gè)特征的幾何形狀與尺寸大小用變量來(lái)表示,如果定義某個(gè)特征的變量發(fā)生了改變,則零件的這個(gè)特征的幾何形狀或尺寸大小將隨著參數(shù)的改變而改變。利用再生模型指令，通過(guò)勾選需要改變的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)齒輪的再生。在主菜單中選擇“編輯/再生”，選擇需要更改的參數(shù)（如圖3.8），輸入?yún)?shù)新值完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)按新的參數(shù)值驅(qū)動(dòng)模型再生，生成相應(yīng)的齒輪模型 圖3.8 參數(shù)更改子菜單在pro/engineer中，可以說(shuō)所有的再生失敗都是因?yàn)閰⒖嫉娜笔Щ蝈e(cuò)誤導(dǎo)致的。因此如何使用適當(dāng)?shù)膮⒖季褪墙鉀Q和避免再生失敗的關(guān)鍵。（1）根據(jù)設(shè)計(jì)意圖選擇參考（2）選擇不會(huì)消失的圖元作為參考（3）盡可能少的選擇參考（4）重要參考用基準(zhǔn)

47、來(lái)代替（5）使用公共參考建立相互間隙或干涉關(guān)系3.3 斜齒圓柱、人字形的參數(shù)化設(shè)計(jì)斜齒圓柱齒輪 斜齒圓柱齒輪端面齒廓曲線為精確的漸開(kāi)線。其幾何尺寸計(jì)算按端面參數(shù)進(jìn)行，但切齒刀具的選擇及輪齒的切制卻以法面為準(zhǔn)， 法面參數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值。法面齒形比較復(fù)雜，不易精確計(jì)算，可采取當(dāng)量齒輪的形式，就某一法面輪齒而言，其法面分度圓、 齒頂圓、 齒根圓的圓心就是當(dāng)量齒輪的圓心，其工作齒廓就是斜齒輪端面齒廓的投影。斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)需在直齒圓柱齒輪的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)參數(shù)：螺旋角。其大體步驟和直齒圓柱齒輪步驟一樣，現(xiàn)將不同之處敘述如下：按照直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)方法第4步繪制好齒廓形狀曲線后，選擇主菜單“編輯/特種

48、操作”，將齒廓曲線旋轉(zhuǎn)復(fù)制一個(gè)，旋轉(zhuǎn)角度=720*b*sin()/m/z。選擇主菜單“插入/混合/伸出項(xiàng)”，進(jìn)入草繪模式，選擇齒輪的一個(gè)端面作為創(chuàng)建平面，單擊主菜單“草繪/邊/使用”，在彈出的子菜單中選擇“環(huán)”，單擊齒廓曲線的任意一條邊，此時(shí)整個(gè)齒廓曲線變黃；單擊主菜單“草繪/特征工具/切換剖面”，單擊主菜單“草繪/邊/使用”，在彈出的子菜單中選擇“環(huán)”，單擊齒廓曲線的任意一條邊，點(diǎn)擊“勾”確定，輸入拉伸寬度為“”，生成一個(gè)輪齒，其余步驟均和直齒圓柱齒輪一樣，不再贅述。最終生成結(jié)果如下圖所示：圖3.9 斜齒圓柱齒輪最終成品人字形齒輪 人字形齒輪的設(shè)計(jì)步驟和斜齒圓柱齒輪大同小異，旋轉(zhuǎn)角度=360

49、*b*sin()/m/z，拉伸寬度為“b/2”，以front平面為基礎(chǔ)鏡像輪齒，生成一個(gè)人字形輪齒。如圖3.10：圖3.10 人字形齒輪最終形態(tài)3.4 本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了pro/e進(jìn)行漸開(kāi)線齒輪的繪制。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)人員可以用上述方法建立零件庫(kù)，自動(dòng)生成基本參數(shù)相同的系列零件，節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間。該建模方法解決了以往的建模的局限性，可以輸入?yún)?shù)完成零件設(shè)計(jì)，具有較大的靈活性和實(shí)用性。在此過(guò)程中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)意圖選擇是否創(chuàng)建某一特征。程序會(huì)自動(dòng)判斷某些條件是否成立，自動(dòng)決定是否創(chuàng)建特征，極大的減少了設(shè)計(jì)工作量，提高了效率，也給各種復(fù)雜零件的自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù)。4 虛擬裝配及動(dòng)畫(huà)仿真

50、4.1 概述在工業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、操作性能、生產(chǎn)工藝、裝配性能甚至維護(hù)性能等等許許多多的問(wèn)題都需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程的前期得到解決。通常，人們是借助理論分析、cad系統(tǒng)和各種比例的實(shí)物模型，以及參考先前產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決有關(guān)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各種問(wèn)題。但是，由于有關(guān)裝配操作和維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期或在最終產(chǎn)品試車過(guò)程中，甚至在投入使用一段時(shí)間后才能暴露出來(lái)，尤其是有關(guān)維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品已經(jīng)售出很長(zhǎng)時(shí)間以后才能被發(fā)現(xiàn)。為了解決這些問(wèn)題，有時(shí)產(chǎn)品就不得不返回到設(shè)計(jì)構(gòu)造階段以便進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更，這樣的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程不僅效率低，耗時(shí)長(zhǎng)，而且費(fèi)用又高14虛擬裝配設(shè)計(jì)技術(shù)為上

51、述問(wèn)題提供了解決的方案和方法，在設(shè)計(jì)的最初階段也可以把東西放進(jìn)整體虛擬環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，或者直接在虛擬環(huán)境下創(chuàng)建模型，這樣不僅使產(chǎn)品模型更符合實(shí)際，而且可以盡早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免產(chǎn)品缺陷。4.2 虛擬裝配設(shè)計(jì)裝配體模型的建立遵循自頂向下的設(shè)計(jì)原則。本文以一個(gè)箱體式單級(jí)圓柱齒輪減速箱為例，設(shè)計(jì)分三個(gè)階段進(jìn)行。（1）總體設(shè)計(jì)階段。根據(jù)減速箱總體設(shè)計(jì)要求以及基本的總體設(shè)計(jì)參數(shù)，建立齒輪和軸以及軸承的主模型空間，并進(jìn)行初步的總體布局。在此階段，主要包括以下基本步驟：根據(jù)已有圖樣建立粗糙模型；布置部分初始模型；對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行初步布置、建立初始模型。（2）裝配設(shè)計(jì)階段。這是減速箱模型具體建立階段。本階段主要包括

52、以下基本步驟：建立各部件的實(shí)體模型；定義具體結(jié)構(gòu)裝配的分解線路（建立裝配層次、裝配區(qū)域）；建立模型間的具體裝配約束（constraints）關(guān)系；從共享數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型；進(jìn)行計(jì)算機(jī)裝配以及進(jìn)行檢查。（3）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。本階段完成減速箱所有零件的設(shè)計(jì)工作，保證箱體內(nèi)所有零件運(yùn)動(dòng)自由15 4.2.1 虛擬裝配過(guò)程直齒、斜齒及人字形齒輪的裝配過(guò)程大體一樣，現(xiàn)以直齒圓柱齒輪為例，其裝配步驟如下：(1) 首先裝配大齒輪，新建一個(gè)裝配文件，首先導(dǎo)入軸，設(shè)置位置為缺省，點(diǎn)確定。依次導(dǎo)入鍵（使其三面匹配鍵槽），齒輪（中心軸與輪軸對(duì)齊，并插入對(duì)應(yīng)位置固定），軸套（軸對(duì)齊輪軸，并貼合齒輪），軸承（軸對(duì)齊

53、輪軸，內(nèi)側(cè)面貼合軸套），按下圖裝配成型。圖4.1 大齒輪裝配(2)接著裝配小齒輪，同樣新建裝配文件，由于要實(shí)現(xiàn)的齒輪比要求，出于強(qiáng)度和易用性綜合考慮小齒輪和軸畫(huà)成了一個(gè)整體，導(dǎo)入小齒輪并設(shè)置位置為“缺省”，再依次導(dǎo)入軸套和軸承，并如下圖裝配成型圖4.2 小齒輪裝配(3)在繪制減速箱底座時(shí)，已經(jīng)按照設(shè)計(jì)選擇參數(shù)設(shè)置了兩軸的軸心距，所以在整體裝配的時(shí)候無(wú)需再另建兩個(gè)軸。新建一個(gè)裝配文件，導(dǎo)入底座，設(shè)置位置為“缺省”，導(dǎo)入小齒輪，設(shè)置為“銷釘”連接，并與底座上原先繪制的軸設(shè)置為對(duì)齊，面對(duì)齊設(shè)置為小齒輪的中截面與底座上齒槽的中截面對(duì)齊。(4)導(dǎo)入大齒輪裝配，設(shè)置為“銷釘”連接，并使其軸與之前繪制的大齒

54、輪軸對(duì)齊，面對(duì)齊同樣設(shè)置為中截面與底座齒槽中截面對(duì)齊。最后效果如下圖。圖4.3 直齒裝配最終效果此處考慮到在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中大齒輪由于是用鍵固定，可能會(huì)發(fā)生軸向滑動(dòng)，所以將大齒輪的齒寬設(shè)置的比小齒輪小一些，可以一定程度上的穩(wěn)定其運(yùn)行過(guò)程，減少齒輪失效的幾率。下圖為斜齒圓柱齒輪最終裝配圖圖4.4 斜齒裝配最終效果4.2.2 干涉檢查干涉是指裝配過(guò)程中兩個(gè)或兩個(gè)以上裝配件之間發(fā)生重疊的現(xiàn)象。干涉檢查的目的是判斷模型零件之間有無(wú)干涉，干涉計(jì)算的精度由零件精度決定?？梢岳胮ro/engineer中的“分析模型分析”，在彈出的“模型分析”菜單中的“類型”選項(xiàng)卡中選擇“全局干涉”選項(xiàng)，在“結(jié)果”選項(xiàng)卡中單擊“計(jì)算”便可自動(dòng)分析是否發(fā)生干涉，當(dāng)發(fā)生干涉時(shí)會(huì)在中間空白地方顯示，這樣在零部件的設(shè)計(jì)中便可以發(fā)現(xiàn)各零件尺寸配合之間的缺陷，如果有配合缺陷只要使用ctrl+alt+鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)齒輪以軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再點(diǎn)干涉檢查，如此重復(fù)幾步，直至沒(méi)有干涉為止，這樣便有利于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)。在直齒圓柱齒輪的干涉檢查時(shí)有一個(gè)簡(jiǎn)便方法，即設(shè)置凸輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)的定義便