（机械设计及理论专业论文）基于proe的减速器可视化设计系统.pdf

摘要 随着三维图形技术和计算机技术的发展，三维设计已经成为c a d 技术应用的必然趋势。目前，三维c a d 技术在减速器设计方面的应用 主要集中在减速器的三维实体造型、产品的有限元分析等方面，而对 整体的比较全面的可视化设计尚处于探索阶段。本论文开发的减速器 传动部分基于特征的参数可视化系统，是以张家口煤机厂的项目为契 机，解决其n g w - s 型号减速器的实际设计生产问题。该系统不仅可以 提高设计效率和设计质量，而且对产品的优化设计和分析同样具有一 定的使用价值和参考意义，同时也符合了现代技术的发展要求。 本论文是在w i n d o w sx p 的微机操作平台上，在v c + + 6 0 的编译环 境中利用p r o t o o l k i t 对p r o e n g i n e e r 进行二次开发，建立的一个减 速器主体部分的可视化系统。本论文对系统总体进行了分析和设计； 利用面向对象技术，对设计对象、设计参数和模型进行分类设计；通 过对减速器的可视化设计方法的研究，建立了减速器的参数化造型系 统；利用p r o e n g i n e e r 参数化特性建立了系统参数化零件模型库；对 p r o e n g i n e e r 的二次开发技术进行了研究和应用；建立了减速器可视 化系统的数据管理库；以g o + + 6 0 为开发工具，开发了系统的友好用 户界面。 关键词：可视化减速器p r o e n g i n e e r 二次开发参数化 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h r e e d i m e n s i o n a lg r a p h i ct e c h n i q u ea n d c o m p u t e rt e c h n i q u e ，t h r e e d i m e n s i o nd e s i g na l r e a d yh a sb e e ni n e v i t a b l e t e n d e n c y o fc a d a p p l i c a t i o n a tp r e s e n t ，t h ea p p l i c a t i o n o f t h r e e d i m e n s i o nt e c h n i q u eo ng e a rr e d u c e rd e s i g nm a i n l yf o c u s e so n t h r e e - d i m e n s i o ns o l i dm o d e l i n g ，f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，a n ds oo n o v e r a l lt h r e e d i m e n s i o nd e s i g no nt h ew h o l eg e a rr e d u c e ri sa tt h es t a g e o fs e a r c h i n g t h i st h e s i sd e v e l o p st h r e e d i m e n s i o np a r a m e t r i ca n dv i s u a l s y s t e mo ng e a rr e d u c e r ，i ti sai t e mo fc o a le n g i n ef a c t o r yo fz h a n g j i a k o u ， w h i c hs o l v et h e i ra c t u a lp r o b l e mt h a ti sn g w - sg e a rb o x i tn o to n l y i m p r o v e sd e s i g ne f f i c i e n c ys i g n i f i c a n c e f o rt h ee l e m e n ta n a l y s i so f p r o d u c t s t h i s a l s oa c c o r d sw i t h d e v e l o p m e n tr e q u i r e o fm o d e r n t e c h n i q u e t h i st h s i si sv i s u a ls y s t e mo nt h eg e a rr e d u c e r ，w h i c hi sd e v e l o p e d a n dr u n so l lw i n d o w sx pp l a t f o r m i ti s s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt o p r o e n g i n e e rb yu s i n gp r o t o o l k i t ，a n dv c + + 6 0i su s e da sa c o m p i l e r t h i st h e s i sa n a l y s e sa n dd e s i g n st h es y s t e m ；d e s i g no b j e c t s ， d e s i g np a r a m e t e r sa n dm o d e l sa r ec l a s s i f i e db yu s i n go b j e c t o r i e n t e d t e c h n i q u e i tb u i l d i n gg e a rr e d u c e rs y s t e mo fp a r a m e t r i cf o r m a t i o nb y r e s e a r c h i n gt h ew a yo fg e a rr e d u c e rv i s u a ld e s i g n i tb u i l d i n gp a r a m e t r i c p a r tm o d e ll i b r a r yb yu s i n gp r o e n g i n e e r s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t e c h n i q u eo np r o e n g i n e e ri ss t u d i e d ，a n de x t e n d e dt h eg e a rr e d u c e r v i s u a ls y s t e m l i b r a r yi sb u i l t au s e r f r i e n di n t e r f a c ei sd e v e l o p e db y u s i n gv c + + 6 0a sd e v e l o p i n gt 0 0 1 k e yw n r d ：v i s u a lg e a r r e d u c e rp r o e n g i n e e r s e c o n d a r y d e v e l o p m e n tp a r a m e t r i cd e s i g n 创新点声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果：奎塞压婴塞的越造墨亘塑丝遮让丕 统! 量丛韭苤旦亟旦生的盟鱼盟：s 型曼的越适墨蕴愿型：结 金量堑的三逸珏蕴量丕：数量崖撞垄! 薹王鳖延鳆叁塑丝遮 让拉盔! 鉴夔握崖生龅越适墨叁数塑握：琏丝塑压雷鲍三维 搓型! 羞进红装酲! 馒到堡塑主的越适墨模型：塞理运 运 型曼越适墨的丕到也遮让：缝迭墓生亡遮让的塞区间壁。 尽我所知，到目前国内外文献未见报道。 作者：盟日期： 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 当今，世界减速器技术有了很大的发展，总的发展趋势是向六高、 两低、两化方向发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速 度、高可靠性和高传动效率；两低即低噪声、低成本；两化即标准化、 多样化【“。 2 0 世纪7 0 8 0 年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新 技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下： ( 1 ) 高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能 力提高4 倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 ( 2 ) 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件 通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降 低成本。 2 0 世纪6 0 年代的减速器大多是参照苏联2 0 世纪4 0 5 0 年代的技 术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件， 其总体水平与国际水平有较大差距。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸 收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置 的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通 用圆柱齿轮的制造精度可从j b l 7 9 6 0 的8 9 级提高到g b l 0 0 9 5 8 8 的6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在4 5 级。部分减速器采用硬齿 面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大 提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 减速器是种用途十分广泛且比较典型的机械装置，针对减速器的 设计方法也不拘一格。在减速器的传统设计中，原有的几何模型是设计 者利用固定的尺寸值得到的，零件的结构形状不能灵活地改变，一旦零 件尺寸发生改变，必须重新绘制其对应地几何模型。建立可视化系统， 可以利用它的参数化设计，一种使用参数快速构造和修改几何模型地造 行方法，利用这个技术进行设计时，图形的修改非常容易，用户构造几 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 何模型时可以集中概念和整体设计，因此可以充分发挥创造性，提高设 计效率。由于以实体造型为核心的系统不能用完整的产品模型来支持产 品开发的全过程，为了实现从设计开始就建立一种通用产品设计模型， 并完整的描述产品的几何结构，为产品开发的后继过程提供充足的信 息，以提高信息复用程度和产品开发自动化、可视化程度，缩短产品开 发周期。基于p r o e n g i n e e r 便于交互及其强大的二维、三维绘图功能， 采用t o p d o w n 自顶向下设计，先确定总体思路、设计总体布局，然后 设置零部件，最后完成一个整体的设计。 齿轮减速器的体积，重量及其承载能力主要取决于传动参数的选 择，设计问题一般是在给定传动比和输入转矩的情况下，确定行星轮的 个数、各轮的齿数，模数和齿宽等参数。在选择设计参数时采用了很多 设计方法，优化设计、模糊设计和可靠设计等。 减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按 系列化进行设计，以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输入 功率和传动比的不同组合，可获得相应的减速器系列。在以往的人工设 计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格的部分系列表示，但 其图形受到极大限制。采用p r o e n g i n e e r 的p r o t o o l k i t 二次开发 工具，在v c + + 6 0 的友好界面下来实现这一过程，不仅能完善上述工 作，建立真实的三维模型，设计完全可视化，方便设计操作，而且使系 列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成为可能：使设计速度加快。 1 2 国内外可视化发展现状 在实际研究工作中，计算机技术具有不可替代的作用，并己成为研 究的基本平台之一。可视化技术在现时中的重要作用是由科学研究的特 性所决定的。科学研究的一般过程是对实际的抽象化，用精练的数字信 息代表真实过程，再对这些数字信息进行研究的而得到具有结论性意义 的数据结果。应该注意的是，所得到的数据结果本身并没有直接揭示蕴 涵其中的规律性，最终还必须有研究者去解释数据结论，从中总结出可 以运用于实际的一般性规律。这一过程是重要的，但显然也是枯燥的、 困难的。因为数据所代表的实际意义不会明显的表露，研究者面对数据， 辽宁工程技术大学硕士学位论文 尤其是大量数据时，往往会淹没于数据之中，难于理解、提炼和解释其 中规律，因此，研究者期望一种辅助工具帮助他们实现数据的有效分析， 可视化系统正是这样一种工具，因为可视化的实质是抽象数据的具体化 过程，它把数字信息转化为形象、直观的图形，将数据本身的现实意义 通过二维或三维图形等手段直接返还到研究者眼前，使数据的内在意义 得以充分体现，使研究者从形象化的模型中获得灵感和洞察力，同时也 激发了研究者的创造性思维。【2 6 j 1 2 1 可视化概念 科学计算可视化( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e n t i n cc o m p u t i n gv l s c ) 技术简 称可视化，是8 0 年代后期被提出并得到发展的一门新兴技术，9 0 年代 初在美国著名国家实验室及高等学校中己从研究阶段发展到应用阶段。 计算机技术的飞速发展，特别是超级计算机的广泛应用，涉及到天体物 理、生物学、气象、数学、空气动力学、医学图象等领域的大量数据， 这对人脑分析解释这些数据的能力提出了挑战。为此，1 9 8 6 年1 0 月， 美国国家科学基金会( n a t i o ns c i e n c ef o u n d a t i o n ) 的科学计算分组就图形 学、图象处理及工作站等方面的问题展开讨论会，会议认为图形学与成 像技术应用于计算科学将会发展成为一个全新的技术领域一科学可视 化，简称v i s c ( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e n t i nc o m p u t i n g ) 。19 5 7 年1 月美国 国家科学基金会( n d f ) 组织有关专家召开了科学可视化( v i s c ) 讨论会， 形成了正式的v i s c 报告，从而为v i s c 这一门交叉学科的形成与发展 奠定了基础。 可视化是涉及计算机图形学、图象处理、计算机辅助设计、计算机 视觉及人机交互技术等多个方面的一个崭新的技术领域。在工程设计领 域，可视化仿真或科学计算可视化被称为对科学计算或仿真计算所获得 的数据进行可视化加工、三维图形显示和动画显示，并可通过交互的改 变参数来视察计算结果的全貌及其变化。由于科学计算可视化对各门学 科和工程技术的发展有着极其重要的意义及实用价值，因而这种技术在 一开始就得到人们的极大重视。科学计算可视化的基本思想是：从准备 数据、实施计算到表达结果都用图形或图象来完成或表现，最后结果还 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 可以用具有真实感的动态图形模拟来描述。实现科学计算可视化可以大 大加快数据的处理速度：可以在人与数据、人与入之间实现图象通讯； 可以观察到传统的科学计算中不可能或不能观察到的现象和规律；可以 了解过程中发生的变化，并可以通过改变参数对计算过程实现引导和控 制，使科学计算和工程设计方式发生根本变化。 1 2 2 国内外可视化设计的发展现状 计算机可视化动态模拟是近几年发展起来的一门新型学科。针对某 一研究项目用户根据某些初始条件和理论分析建立相关的数学模型，运 用计算机这一先进工具编制相应的软件模拟其真实的运动情况。通过模 拟数据结果对照已有的真实试验测试结果，叫以验证该动态模拟基于的 数学模型建立得是否正确：并且即而推广到尚无真实试验结果的未知领 域，通过动态模拟得到所需的数据或结论。 国际上在8 0 年代中期就对可视化技术重要性有了充分认识，1 9 9 7 年美国计算机成像专家对美国国家基会会提交的“科学可视化报告”指 出：“科学町视化对科学生产力和重大科学突破将产生巨大影响，这种 影响可与巨型机相比拟。”由于认识的充分性和现实的需要，国外于9 0 年代兴起了开发利用可视化技术的热潮，可视化系统软件开发也获得了 很大的发展，现有多种技术较成熟的软件系统问世。 相比之下，我国的可视化应用起步较晚，可视化系统水平基本上还 停留在各个单位为辅助项目设计而i 临时开发这一原始阶段上，设计时还 往往受到开发平台限制，难以完成国外软件的多种功能，实现上以后置 处理型居多，图形工具多是三维非真实处理。其中比较成功的有上海交 大机器人研究所开发的r o s i d y 可视化系统，用于工业化机器人图形仿 真；清华大学自动化系开发的i m s s ，用于制造系统性能分析的一体化 制造仿真。 目前，在可视化应用中借助的仅是计算机的图形处理能力和图形表 示直观的特点，真正的分析仍是由人工完成的。随着高性能工作站和可 视化技术的发展，图形处理算法将更多的由硬件实现，可视化软件将与 人工智能技术结合产生智能化的可视化软件，并被作为包含在工作站中 人工智能技术结合产生智能化的可视化软件，并被作为包含在工作站中 辽宁工程技术大学硕士学位论文 的基本软件系统提供给用户，研究人员可望获得一种硬件和软件、计算 与人工智能和可视化技术高度结合的理想的工作环境，从而大大减轻分 析人员的劳动强度，缩短产品的设计周期。 1 2 3 可视化设计的三个层次 按照模拟执行与结果图像的相结合程度将可视化研究分为三个层 次：后置处理、跟踪、控制。 在后置处理中，图形显示是在数据后产生的，与数据源之间没有交 互。其优点是如果用户第一次未看清楚，可以很方便的再重复显示。在 这一层次上很多研究人员已经做了大量的工作，如流体力学、有限元计 算结果的后置处理等等。 跟踪是图形显示与计算过程同时进行。其特点是：第一，计算的中 间结果及最后结果都能及时显示，因而对计算中的错误可以及早发现， 如果有必要，可以停止执行。由于计算需要大量的时间，图像结果可以 收集在工作窗口中，用户可以在执行其它任务时检查其结果；第二个特 点是关于数据文件的存储。当采用跟踪技术时，图像直接从数据中产生， 某些情况下数据无需写入存储器之中。跟踪技术的优点还有，用户使用 效率高；等待计算结果所需的时间少。缺点是数据有可能仅在计算时才 能得到。为改善此问题，可要求系统提供存取数据的能力，以便用户随 时去用检查结果。在跟踪差错及实时监视中，交互技术十分必要。 控制( 又称驾驭) 则应该在计算过程中对参数进行修改，对数值模拟 进行直接的控制和引导。现在已能实现的“控制”实例是驾驶模拟。已 建立的数学模型可准确地计算出车辆对一系列内部作用力和外部作用 力的反应，根据实时反应的最新信息确定车辆在三维世界中的位置，然 后用一系列视觉手段来保证计算达到要求。为了实现适用范围较广的控 制结构，必须使用工具箱。图形工具箱包括扩展的交互技术灵活的图像 绘制及支持大型数据集的交互：提供联结用户与计算模型的结构；提供 三维数据输入、大量数据的输入及公共单元的输出手段及动画功能等。 在此阶段用户可以根据需要进行下述处理：重画图像或采用动画功能； 比较多幅图像和多动画系列；进行较快和光滑的动画播放；停止模拟等 辽宁工程技术大学硕士学位论文 等。 1 。2 4 可视化发展的趋势 科学计算与图象、图形有着紧密的联系。人们不仅仅满足于单纯的 有了数据后进行图形显示，还希望从计算模型的建立和原始数据的准备 开始就通过图象和图形来实现。计算过程能由人来驾叹，计算结果不仅 图形化，而且能通过分析处理获取更多有用的信息。这一切的关键所在 是图形显示与数据处理的紧密结合，即所谓视算一体化 ( v i s u a l c o m p u t i n g i n t e g r a t i o n ) 。这一技术可以概括如下【6 j ：任何一项计 算从开始获取数据就依靠图象或图形来实现。如通过作图建模的方法， 对摄录或扫描图象处理的方法，或其它物理手段f 如射线、超声、磁共 振等) 。计算模型不仅在几何上用图形表示，物理量也可用灰度及颜色 表示。计算过程及中间结果还应形象地用图形模拟，以图线、图形及动 画等形式表现出来。这一过程还应是一个紧密的人机交互过程：计算机 不断进行数据加工，用图形或图象显示其过程，而且通过分析判断，智 能地反应出信息。而人们则一方面可对计算过程和结果有一个全面形象 的了解，追踪计算过程，洞察发生的问题，加深对计算过程和结果的理 解。并由此获得启发，建立新概念，悟出解决问题的思路和方法。另一 方面可以根据计算机分析判断所反馈的信息，通过对图形的修改，改变 参数，实时地于予和引导计算过程，朝着预期的方向发展。最后结果除 了用图形、图象、颜色和动态模拟来描述外，还应提供多种手段，通过 对图形的处理，获取更多更直接有用的信息。 这一技术是从表示大量科学计算数据使其可视而发展起来的，但实 际上其意义已超过了“可视”这一范筹。因为这一技术的关键在于图形 与计算的有机结合，故使用“视算一体化”的术语较为贴切。1 6 1 但是这项技术的引入是一件有相当难度的工作。其复杂性在于它涉 及到计算机科学的多个方面，如软、硬件技术，图形显示。计算机图形 学，数据结构特别是图形数据结构，以及专业问题。因此它是一门边缘 科学。开发此类软件必须由专业人员与计算机人员协同工作，并以专业 人员为主导，这是由于视算一体化软件必须紧密结合专业需要的原则决 辽宁工程技术大学硕士学位论文 定的。专业人员必须掌握计算机软、硬件知识到一定深度，成为复合型 人才，亲自动手。而计算机人员则在较为深入的计算机技术工作上发挥 作用。 1 3 论文内容概述 1 3 1 选题的目的及意义 随着三维图形技术和计算机技术的发展，在计算机内部建立相应的 三维实体模型能够更直观、更全面地反映设计意图。传统的设计交互造 型不仅效率低而其容易出错，为提高效率，提出了建立参数化模板库的 方法，通过引入基于特征的参数化造型的思想，建立常用的典型零部件 模板库，在设计计算完成后，通过参数化驱动从而得到所需的模型并且 将材料信息等物料信息自动加入到模型中。并且，在三维模型的基础上 可以进行零件装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级的计算机 辅助设计工作。建立三维实体模型以后，还可以根据需要由该模型方便 地生成传统加工过程所用的工程图。 机械产品的设计从产品构思、概念表达、结构设计、性能分析到最 终的产品加工是一个非常复杂的过程，这种设计过程的复杂性、多样性 和灵活性就要求设计自动化必须走参数化可视化的道路，从而提高机械 设计的效率，这也是机械设计师梦想的事情。本文研究的可视化系统主 要针对张家口煤机厂项目，该厂以往减速器的设计，都是重复的建立三 维模型，工作量很多，而且重复性劳动很多，因此，采用特征造型和参 数化技术进行齿轮减速器可视化设计，能够更好地缩短设计周期，提高 齿轮减速器的设计、制造质量。 目前，三维c a d 技术在减速器设计方面的应用主要集中在以下几 个方面：减速器产品的三维实体造型、产品的可靠性分析等方面，而对 整体的比较全面的三维参数的可视化设计目前尚处于探索阶段。本文开 发的减速器( 不包括箱体) 三维参数的可视化设计系统利用 p r o e n g i n e e r 平台的强大二次开发接口技术，成功地实现了设计的修 改、参数的获取以及部件的装配。不仅提高设计效率，缩短产品的开发 周期，解放设计人员，提高设计质量，对机械产品的三维参数化可视化 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 设计有一定的参考价值。需要说明的是行星减速器的设计不同于普通的 定轴减速器，它的传动参数的选择受到诸多条件的限制( 装配、同心、 邻接、强度、结构和工艺) ，所以在进行参数化设计时，也相对复杂， 在实现它的可视化时，也主要是以零部件为单位，先实现部件轴系的可 视化，然后利用装配关系生成新的结构相同的减速器，来应对不同功率 和传动比的需要。 1 3 2 论文的主要过程 本论文的主要工作有： 1 确定系统设计方案 根据该行星减速器的特点和可视化设计的要求，确定系统的开发方 法，选择系统开发的软硬件环境。 2 确定系统的总体结构 对系统进行任务分解，确定系统总体结构，进行合理的模块划分。 3 利用p r o e n g i n e e r 建立参数化的零部件模型库，实现参数化 装配。 4 以v c + + 6 0 和a c c e s s 为开发工具，建立系统数据库。 5 通过o d b c 将数据库与v c 相连，实现数据与p r o e n g i n e e r 的交互。 6 用p r o e n g i n e e r 的二次开发工具p r o t o o l k i t 和v c 设计一 个友好的用户交互界面。 1 4 本章小节 本章着重讨论了减速器的设计发展在国内外发展的状况，根据现状 提出可视化设计的意义；在对可视化的概念、发展及其在机械设计上的 应用等相关说明中，说明了减速器可视化设计作为一种设计方向的重要 性，最后叙述了本论文选题的目的、意义，希望通过p r o e n g i n e e r 二 次开发等技术实现减速器的可视化设计及需要完成的主要工作。 辽宁工程技术大学硕士学位论文9 2 可视化系统的总体设计方案 2 1 减速器结构简述 减速器是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装 置，其类型很多，传动级数和传动的布置形式也是多样的。本系统便是 以运用到刮板运输机传动装置的二级行星减速器为例，进行减速器的参 数化设计。 本文的行星齿轮减速器是张家口煤矿机械厂所开发设计的减速器 产品，主要针对该减速器开发研制计算机辅助设计的可视化系统。该系 统以原样机( 6 0 j s c d ) 2 k h 型机构为基础，当高速轴由电动机驱动时， 太阳轮回转，带动行星轮转动，驱动行星架座输出。 其结构如图2 1 所示 图2 1 减速器结构图 该行星减速器主要由传动零件( 齿轮) 、轴承、箱体及其附件组成。 2 2 系统开发软件的选择 随着信息时代及全球经济一体化进程的到来，企业必须具备新产品 的开发、研制及创新能力，有自己的便于更新的产品设计平台，才能不 断快速地推出适应市场需求、满足顾客需要的新产品，才能在激烈的市 辽宁工程技术大学硕士学位论文 场竞争中生存下来。随着微机版三维c a d 系统的日趋完善、w i n d o w s 操作平台的日益普及和微机性能价格比的不断提高，企业大范围使用三 维c a d 技术的时机已经成熟。从长远的观点来看，三维c a d 技术必然 会很大程度替代二维c a d 技术。实践也证明，三维c a d 技术的应用对 加速新产品开发、提高产品质量、缩短产品研制周期、降低产品成本起 着关键的作用，它是支持企业增强创新设计、提高市场竞争力的强有力 手段，也是企业在工程技术领域实现企业信息化的重要举措。那么如何 正确选择一款适合企业实际的三维c a d 软件就成了企业信息化的一个 重要方面。 2 2 1 典型三维造型软件介绍 c a d 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、 微机时代，每个时代都有当时流行的c a d 软件。近年来，由于个人计 算机的性能迅速提高，已具有较强的图形处理能力和支持多处理机及并 行处理的能力。基于p e n t i u mx 芯片，运行w i n d o w sn t 的高档p c 系 统，其性能己接近传统的工作站，而价格却远远低于后者，所以基于p c 的c a d 系统的市场份额正逐渐提高，工作站和微机平台c a d 软件已经 占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。 u g 是u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的拳头产品，它将参数化和变量化 技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。a u t o c a d 是二维绘图 软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。a u t o c a d 有强大的二维功 能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能， 同时有部分三维功能。a u t o c a d 提供a u t o l i s p a d s a r x 作为二次开 发的工具。在许多实际应用领域( 如机械、建筑、电子) 中，一些软件开 发商在a u t o c a d 的基础上己开发出许多符合实际应用的软件。m d t 是 a u t o d e s k 公司在p c 平台上开发的三维机械c a d 系统。它以三维设计 为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户 提供了从设计到制造一体化的解决方案。由于该软件与a u t o c a d 同时 出自a u t o d e s k 公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三 维向二维的转换。m d t 为a u t o c a d 用户向三维升级提供了一个较好的 辽宁工程技术大学硕士学位论文 选择。s o l i d w o r k s 是基于w i n d o w s 平台的全参数化特征造型软件，它可 以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。 图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的 机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。 d e a s m a s t e r s e r i e s 5 是高度集成化的c a d c a e c a m 软件系统。它 帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分 析、测试直至数控加工的产品研发全过程。i - d e a s 是全世界制造业用 户广泛应用的大型c a d c a e c a m 软件。i - d e a s 在c a d c a e 一体化 技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化 设计、耐久性分析等可提高产品性能的高级分析功能。 p r o e n g i n e e r 系统是美国参数技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ，简称p t c ) 的产品。p t c 公司提出的单一数据库、参数化、 基于特征、全相关的概念改变了机械c a d c a e c a m 的传统观念，这 种全新的概念己成为当今世界机械c a d c a e c a m 领域的新标准。利用 该概念开发出来的第三代机械c a d c a e c a m 产品p r o e n g i n e e r 软 件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一 产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 2 2 2 软件二次开发的选择 为推广应用以d 技术，许多企业纷纷购置了昂贵的计算机硬件和 c a d 支撑软件系统。由于这些商品化的以d 软件一般都是通用化软件， 基本上覆盖整个机械行业各个方面的工作，而用户在应用时都具有自身 行业的特色，因此，用户在引进商品化的c a d 软件后，通常需要那些 既掌握计算机应用技术又懂得产品设计的人员针对本行业的特点对支 撑软件进行修改和扩充，开发出实用性更强的c a d 应用软件，即所谓 的二次开发。 二次开发的目的是设计一个软件系统或称之为设计工具来辅助具 体的机械设计。二次开发不同于一般的软件开发，主要在于它不是从底 层开始的软件设计，而是在已有的软件上进行的开发，所以二次开发的 最大特点就是继承性。二次开发后的软件功能在很大程度上取决于支撑 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 软件本身的功能和开放程度。因此，支撑软件的选择非常关键。 首先，软件应当由可靠的、较大规模的公司生产，防止由于软件公 司的倒闭使我们失去长期而可靠的技术支持。 其次，应当选择大家比较熟悉的，功能齐全、性能优良，且本身又 在不断进步的软件。如：具有标准的图形格式，符合国际、国内标准， 方便与其它软件的交换：具有w i n d o w s 9 8 、w i n d o w s n t 及工作站等多种 版本，支持从微机到工作站多种硬件平台，实现功能完全一样，并在网 络和数据上达到无缝集成。 最后，也是最重要的性能，就是支撑软件的开发性，或者说二次开 发的能力。可以从两方面考虑，一方面开发功能是否齐全，接口是否简 单；另一方面开发语言是否为通用的高级语言，编译环境是否优良。 此外，根据本论文是进行行星减速器的可视化设计，所以选择支持 软件时，除了要具备以上的基本条件外，还应该具备以下三点： f 1 ) 完善的三维实体建模功能，模型应具有良好的继承性和可控制 性； f 2 ) 良好的参数化设计特性； ( 3 ) 能够实现与第三方程序无缝连接。 综上所述，结果本论文决定选用的软件是美国p t c 公司的机械设计 自动化软件p r o e n g i n e e rw i l d f i r e 。该软件自1 9 8 8 年问世以来，1 0 多年间成为全世界及中国地区最普及的3 dc a d c a m 系统软件。 p r o e n g i n e e r 集合了零件设计、产品组合、模具开发、钣金设计、铸 造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产 品数据库管理等功能于一体，是一个全方位的3 d 产品开发软件。 p r o e n g i n e e r 已经成为世界3 dc a d c a m 系统的标准软件，广泛应 用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、航天、家具、玩具等各行 业。 2 3p r o e n g i n e e r 的参数设计化特性 本论文的减速器可视化设计系统，实际是对减速器参数化造型设计 的可视体现，因此要求开发软件本身有较高的参数化设计特性，这里我 辽宁工程技术大学硕士学位论文 们先介绍p r o e n g i n e e r 的参数化设计的特性： ( 1 ) 3 d 实体模型( s o l i dm o d e l ) 3 d 实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机 上表现之外，借助于系统参数( s y s t e mp a r a m e t e r s ) ，用户还可以随时计 算出产品的体积、面积、重心、惯性大小等，以了解产品的真实性，并 补足传统的面结构、线结构的不足。用户在产品设计过程中，可以随时 掌握以上情况，设计物理参数，并减少许多人为计算时间。 f 2 ) 单一数据库( s i n g l ed a t a b a s e ) p r o e n g i n e e r 可随时修改由3 d 实体模型产生2 d 工程图，而且自 动标注工程图尺寸。不论在3 d 还是2 d 图形上作尺寸修改，其相关的 2 d 图形或者3 d 实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会 自动修改，这样可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。由于 采用单一数据库，提供了所谓双向关联性的功能，这种功能也正符合了 现代产业中所谓的同步工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 。 ( 3 ) 以特征作为设计的单位( f e a t u r e - - b a s e dd e s i g n ) p r o e n g i n e e r 以最自然的思考方式从事设计工作，如孔( h o l e ) 、 开槽( s l o t ) 、倒圆角( r o u n d ) 等均被视为零件设计的基本特征，可随时对 特征做合理、不违反几何的顺序调整( r e c o r d e r ) 、插入( i n s e r t ) 、删除 ( d e l e t e ) 、重新定义( r e d e f i n e ) 等修正动作。 f 4 ) 参数化设计( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 配合单一数据库，所有设计过程中所使用的尺寸( 参数) 都存在数据 库中，设计者只需更改3 d 零件的尺寸，则2 d 工程图( d r a w i n g ) 、3 d 组 合( a s s e m b l y ) 、模具( m o l d ) 等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化， 以达到设计修改工作的一致性，避免发生人为改图的疏漏情形，且减少 许多人为改图的时间和精力消耗。也正因为有参数化的设计，用户才可 以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系式( r e l a t i o n ) ，使 得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减 少错误发生。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 2 4 基于p r o e n g i n e e r 的减速器可视化系统结构 2 4 1 系统的总体组成 本系统是在减速器各零部件按照强度、刚度、寿命要求完成优化设 计的基础上，得到相关的优化参数和各零部件之间的相互关系；利用面 向对象技术，对设计对象、设计参数进行分类；以p r o e n g i n e e r 为支 撑软件，用其p a r t 模块和a s s e m b l y 模块建立减速器所有的实体模 型。在面向对象的开发环境v c + + 6 0 中，利用p r o e n g i n e e r 二次开发 技术设计友好的用户界面，进入减速器各零部件可视化设计的人机交互 界面，实现设计参数从数据库中传递到p r o e n g i n e e r 中，在 p r o e n g i n e e r 中执行p r o t o o l k i t 应用程序，实现对减速器模型参数 的改变生成新的三维实体的可视化设计；其中用a c c e s s 建立数据管理 库，通过o d b c 参数数据库与v c 连接，导入p r o e n g i n e e r 中，然后 调用在本系统中作为图形浏览工具的p r o e n g i n e e r 。其中， p r o ，t 0 0 l k i t 应用程序源代码是在v c + + 6 0 的编译环境中，利用 p r o e n g i n e e r 的二次开发工具包p r o t o o l k i t ，对p r o e n g i n e e r 进 行的二次开发。 本文中的行星减速器的可视化设计系统由三大模块构成；通过 v c + + 6 0 开发的用户界面模块，利用p r o e n g i n e e r 建立模型库模块， 其中模型库模块又分为零件模型库和装配关系模型库，以及a c c e s s 建 立的数据库模块。 此系统的模块结构见图2 2 系统设计过程的总体组成框图如图2 3 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 5 i 一一一一一。一一一一一一一一一一一一1i 一一一一一一一一一一一一一一一一一j 图2 2 系统模块结构图 图2 3 减速器可视化系统总体设计框图 2 4 2 系统应用环境 系统的应用环境推荐如下： ( 1 ) 硬件环境 c p u ：p e n t i u m1 6 6 m b 以上。 内存：4 m b ，较大的装配应在1 2 8 m b 或2 5 6 m b 以上。 硬盘：1 0 g 以上。 显示器：分辨率8 0 0x6 0 0 ，或1 0 2 4x7 6 8 。 ( 2 ) 软件环境 一 二 一 二坠立亟 二世毛 ： ，吲 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 系统软件：w i n d o w s2 0 0 0 或w i n d o w sx p 支撑软件：p r o e n g i n e e r 2 0 0 1 以上 应用软件：v c + + 5 0 2 5 本章小节 本章介绍了本文所要进行可视化设计减速器的基本结构，以及针对 减速器可视化系统设计的二次开发软件选择过程，并对相关软件进行了 介绍和对比，择优选择p r o e n g i n e e r 作为平台完成设计需要。最后阐 述了基于p r o e n g i n e e r 的减速器可视化系统设计的开发方案和思路， 及系统设计结构的确定。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 3 系统开发工具介绍 3 1p r o e n g i n e e r 简介 随着计算机应用技术的普及，c a d 技术在世界范围内得到广泛的 应用，先进的工具提高了人们的工作效率和工作质量。目前，较为先进 的机械c a d 软件有：a u t o c a d 、p r o e n g i n e e r 、ug 、i d e a s 等。 随着面向对象技术及特征建模技术的发展，c a d c a e c a m 技术已紧密 相连，c a d 已从单纯模仿二维工程图样飞跃到三维实体造型，同时，当 今虚拟现实技术的发展，使得c a d 技术在工程设计中呈现越来越重要 的地位。 p r o e n g i n e e r 软件是美国p t c 公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 的产品，是一种单一数据库结构、标准的基于特征的建模技术以 及独特的全相关技术的机械设计自动化软件。 p r o e n g i n e e r 是建立在一个统一的能在系统内部引起变化的数据 结构的基础上，因此开发过程中某一处所发生的变化能够很快传遍整个 设计制造过程，以确保所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。 p r o e n g i n e e r 的零件设计功能是一些和系统内部蕴藏的知识、智 能相联结的过程，可以画出非常复杂的几何外形。p r o e n g i n e e r 设计 的零件不仅包含制造工艺和成本等一些非几何的信息，而且还包括零件 的位置信息以及它们之间的相互联系。这意味着对零件进行布置时，并 不需要一个坐标系，零件自身知道它们是任何和模型的其余部分相联系 的。这就使得对模型的改动非常迅速，并且使最终和最初的设计意图相 一致。 3 2v i s u a l c + + 开发工具 v i s u a l c + + 是新一代面向对象的、可视化的程序设计工具。本系统 用户界面模块的设计选择v c + + 6 0 作为开发平台。v c + + 6 0 是运行于 w i n d o w s 上的交互式可视化集成开发环境，是美国m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o 的一部分【5 6 】。像其它的可视化开发环境( 如v u s u a lb a s i c ，d e l p i c ， c + + b u i l d e r ) - - 样，v c + + 6 0 集程序的代码编辑、编译、连接、调试等 于一体，给编程人员提供了一个完整而又