基于ProE二次开发的直齿圆柱齿轮二级减速器参数化设计.doc

基于Pro/E二次开发的直齿圆柱齿轮二级减速器参数化设计摘 要基于Pro/E的参数化建模及单一数据库技术，建立了齿轮、轴、箱体及减速器传动系统的参数化模型。主要参数化对象包括：齿数、模数、齿轮外形尺寸参数；轴段长度、直径、倒角等参数；轴承内径、外径和宽度等参数；以及箱体底座和上盖模型的90%以上的结构参数，基本实现了整个减速器模型的参数化设计。以Visual C+和Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT为平台，通过动态链接库方式，开发了减速器参数化设计的主菜单及用户界面，通过对话框可方便直观的控制减速器模型各参数，在Pro/E Wildfire 5.0平台上成功实现了减速器参数化设计系统的二次开发。在机构仿真模块中对减速器传动系统进行了运动学仿真分析；绘制了相关零件图和装配图。关键词：减速器；参数化设计；二次开发；Pro/E；Pro/TOOLKIT；Visual C+AbstractThis design accomplished the parameterized modeling of gear，shaft, box and the transmission system of reducer based on the parameterized modeling and single database technology of Pro/E. The main parameterized objects include the following aspects: the number of teeth, module, dimensional parameter of the gears shape; the length, diameter, chamfer and other parameters of a part of shaft; bearings internal and outer diameter, width and so on; at last, more than 90% structure parameters of the model which based on boxs base and top cap. Basically, this paper achieved the parameterized design of the whole reducer model.Based on the Visual C+ and Pro/TOOLKIT, the secondary development tool of Pro/E, having developed the main menu and user interface of the reducers parameterized design through the Dynamic Lick Library. Each parameter of the reducer model can be controlled easily and visually with the dialog box. The secondary development of the reducers parameterized design system was accomplished on the platform of Pro/E Wildfire 5.0. Kinematics simulation of the reducer rotating system was analyzed in the organizational simulation module, as well as the related part and assembly drawings were drew.Keywords: reducer; parametric design; secondary development; Pro/E；Pro/TOOLKIT；Visual C+目 录1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状21.2.1 减速器的研究现状21.2.2 CAD技术研究现状及发展趋势21.3 本文主要研究内容32 减速器零件的参数化建模及装配42.1 齿轮的参数化建模42.1.1 齿轮的几何参数42.1.2 模型的建立42.2 轴的参数化建模52.2.1 阶梯轴52.2.2 齿轮轴72.3 轴承及其他附件的参数化建模72.3.1 轴承模型的建立72.3.2 螺栓、螺母及其他附件模型的建立82.4 箱体、箱盖及端盖的模型设计82.5 减速器零件的装配关系92.5.1 轴装配92.5.2 端盖装配112.5.3 箱体装配113 基于Pro/E的二次开发技术133.1 Visual Studio 2008编译连接环境设置133.1.1 运行模式的确定133.1.2 开发环境设置133.2 菜单栏开发技术153.2.1 定义初始化函数和结束函数153.2.2 向菜单栏中添加菜单条163.3 对话框界面设计193.3.1 主对话框193.3.2 轴设计对话框193.3.3 齿轮设计对话框233.3.4 轴承设计对话框243.3.5 密封圈设计对话框253.3.6 端盖设计对话框253.3.7 箱体和箱盖设计263.3.8 参数计算对话框273.4 参数化设计系统的实现274 运动仿真分析284.1 运动仿真284.1.1 齿轮副约束284.1.2 伺服电动机定义284.1.3 机构分析294.1.4 回放294.2 测量与分析304.2.1 运动学分析304.3 模态分析32结 论36致 谢37参考文献38附录一：主对话框程序附录二：齿轮轴对话框程序附录三：箱盖对话框程序符 号 说 明齿数模数压力角齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径分度圆直径齿顶高齿根高齿顶高系数变位系数1 绪论1.1 课题研究背景及意义减速器，又名减速机，减速箱，主要用于在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用。减速器主要由传动零件(齿轮或涡轮蜗杆)、轴、轴承、箱体以及其他附件所组成，在现代机械中应用极为广泛，从大动力的传输工作到小负荷、精确角度的传输都要用到减速器。直齿圆柱齿轮二级减速器是传动零件由两对互相啮合的直齿圆柱齿轮组成的二级减速传动装置，能够实现较大的传动速度和力矩的转换。减速器的传统设计效率低，尤其是齿轮的齿形设计，其设计过程繁琐而且容易出错。参数化设计是提高设计效率的有效途径，在参数化设计的基础上，能够实现各组成零件以及整个传动系统各尺寸及参数的自动变换，给设计工作带来很大方便。Pro/E软件有着强大的参数化设计功能，其基于单一数据库的自顶向下设计以及全参数化相关设计理念，可以方便、快捷地对减速器进行参数化设计，包括齿轮、传动轴及整个传动系统的参数化设计。运用机械设计等知识完成对减速器齿轮、轴等结构设计之后，再用Pro/E进行参数化设计和运动仿真，使得减速器的设计直观、快捷、高效。Pro/E在提供强大的设计、分析功能的同时，也为用户提供了多种二次开发工具。常用的二次开发工具有:族表(Family Table)、用户自定义特征(UDF)、 Pro/PROGRAM、JLink和Pro/TOOLKIT等。Pro/TOOLKIT是美国PTC公司为Pro/E软件提供的开发工具包，其主要目的是让用户通过C程序代码扩充Pro/E的系统功能，开发基于Pro/E系统的应用程序模块，从而满足用户的特殊要求。Pro/TOOLKIT功能极其强大，库函数丰富，是进行Pro/E二次开发最理想的工具。此外，Pro/TOOLKIT支持完全面向对象的编程，利用其提供的菜单以及Visual C+的可视化界面设计技术，可以设计出方便实用的人机交互界面,应用程序易于修改,可重用性高,可以快速实现设计者的设计意图。1.2 国内外研究现状1.2.1 减速器的研究现状目前，国内各类通用减速器的标准系列已达数百个，基本可满足各行业对通用减速器的需求。在第一代通用硬齿面齿轮减速器及圆弧圆柱蜗杆减速器系列产品的基础上，已经开发并完成了标准化的新一代圆柱齿轮减速器，圆锥圆柱齿轮减速器及圆弧圆柱蜗杆减速器，并已投放市场。新一代减速器不仅在产品性能参数上进一步进行于优化，而且在系列设计上完全遵从模块化的设计原则，产品造型更加美观，更宜于组织批量生产，更适应现代工业不断发展而对基础件产品提出的愈来愈高的配套要求。但总体而言，国内减速器系列产品的开发及更新工作近几年进展缓慢，与国外同行在此方面的差距较大，而且与市场的需求也很不适应。为保持行业的健康可持续发展，在充分肯定行业不断发展、进步的同时，更应看到存在的问题，并积极研究对策，采取措施，力争在较短时间内能有所进展。20世纪70年代末以来，国外减速器技术有了很大发展。产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声和高可靠性。技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。到80年代，国外硬齿面技术已日趋成熟。采用优质合金钢锻件、渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于ISO1328-1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的34倍，软齿面齿轮的45倍。一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪声低、效率高、可靠性高。1.2.2 CAD技术研究现状及发展趋势由于国外CAD/CAM软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，CAD技术已经得到充分的发展和广泛的应用，并取得了明显的经济效益，现在基本上已经占领了国际市场。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，CAD技术已经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用CAD技术。我国CAD技术的研究和开发工作起步相对较晚，CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距，所以，我国CAD/CAM软件前景不容乐观。但是，我们也应该看清自己的优势，比如了解本国市场、提供技术支持方便、价格便宜等。在这些前提下，我们不仅要跟踪国际最新动态，更要立足国内，开发出有自己特色，符合中国人习惯的CAD/CAM软件。从CAD技术的发展趋势，可以看出，CAD正经历着由传统技术向现代技术的转变，为此，提出“现代CAD技术”的概念。如今，CAD技术己广泛应用十航空航天、电子、机械、建筑、轻纺、化工、交通、影视、教育等各个领域，并取得了明显的经济效益和社会效益。成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。1.3 本文主要研究内容本课题在深入研究参数化设计思想及方法的基础上，以直齿圆柱齿轮二级减速器参数化设计为核心，着重研究了基于Pro/E的产品参数化建模和CAD系统的建立以及与其相关的Pro/E二次开发技术(Pro/TOOLKIT和Pro/PROGRAM编程、菜单、对话框设计技术等)，以及产品参数化CAD系统的开发步骤，并详细介绍了该系统的研究开发和实施过程。其主要研究内容如下:a. 减速器零件模型的建立 基于特征的参数化设计方法，在Pro/E环境下建立减速器常用件及标准件模型，附加相应参数和关系式，以实现模型与参数化驱动机制的结合。b. 系统程序设计及界面设计 利用Visual Studio 2008和Pro/TOOLKIT开发工具编写系统接口应用程序，开发系统的用户界面。c. Pro/E二次开发及接口技术的研究和应用。d. 模型装配及机构仿真 利用Pro/E组件模块下的装配工具为各零件添加合理的装配约束，再利用其机构模块下的齿轮装配工具添加齿轮约束。e. 动态分析 利用Pro/E机构模块的测量工具生成曲线分析结果；利用“Mechanic”模块生成模态阵型图。2 减速器零件的参数化建模及装配2.1 齿轮的参数化建模齿轮是一个常用的传动零部件之一，其型号、规格多种多样，在实际的设计生产过程中，一般需要根据客户的具体要求进行设计的。齿轮的设计计算工作量又比较大，其精度直接影响到齿轮的啮合与传动。这就需要设计者根据一些基本信息设计出相应的齿轮。对于不同规格的齿轮，其形状基本相似，只是尺寸有些差异，为此，可以首先建立一个模型样板，通过改变模型中的一些基本参数得到新的参数化模型。本文利用Pro/E的参数化功能实现直齿圆柱齿轮三维实体建模。为了能够方便进行参数化设计，首先对齿轮进行三维参数化建模，建立齿轮的模型样板，并在模型样板的基础上进行参数化控制。2.1.1 齿轮的几何参数对于标准直齿圆柱齿轮，描述齿轮基本几何尺寸的参数为：齿数、模数、压力角、齿宽、齿顶高系数、顶隙系数；对于变位齿轮，额外增加变位系数。齿轮的其他参数计算公式可按表2.1进行计算。表2.1 标准直齿圆柱齿轮参数计算公式参数计算公式分度圆直径基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径2.1.2 模型的建立a. 打开Pro/E软件，选取零件模块，新建名为“zhichilun”的文件，选取“mmns_part_solid”模板，单击确定按钮进入零件模块。b. 添加表2.2所列主要参数，并依据表2.1所列公式建立相应参数间的关系，然后利用拉伸、旋转等命令建立如图2.1所示的两种类型的齿轮。表2.2 齿轮初始参数参数高速级大齿轮低速级小齿轮低速级大齿轮齿数501750模数3.555压力角202020齿顶高系数111顶隙系数0.250.250.25变位系数000齿顶圆直径182100237.5齿根圆直径166.2577.5260基圆直径164.4584.57234.92分度圆直径17590250齿顶高3.555齿根高4.386.256.25齿宽556767图2.1 直齿圆柱齿轮2.2 轴的参数化建模2.2.1 阶梯轴新建零件文件，依据相应参数，利用旋转命令画出阶梯轴，然后在相应轴段拉伸出键槽，再进行必要的倒角操作，低速轴如图2.2所示，主要初始参数见表2.2；中间轴如图2.3所示，主要初始参数见表2.3。表2.2 低速轴主要初始参数阶数长度直径16760265703308045270565606305076040注：阶数顺序在下图中从左向右。图2.2 低速轴模型表2.3 中轴主要初始参数阶数长度直径1504026550327604535056240注：阶数顺序在下图中从左向右。图2.3 中间轴2.2.2 齿轮轴依据相关设计知识，由于减速器高速级齿轮的齿数和模数偏小，所以高速轴应选用齿轮轴，即在轴上直接加工出轮齿，以保证轮齿有足够的强度。新建零件文件，先利用旋转命令建立阶梯轴，然后利用建立齿轮模型的方法在相应轴段画出轮齿，最终模型如图2.4所示。图2.4 齿轮轴模型2.3 轴承及其他附件的参数化建模2.3.1 轴承模型的建立由于轴承是标准零件，建模时可看做一个整体，因此可将整个轴承当做一个零件来建立，方法是新建零件模块后，先利用旋转的命令画出轴承的内外圈，然后仍然利用旋转命令画出滚珠，最后加入内径、外径、宽度、倒圆角的参数，保存模型，轴承模型如图2.5所示。图2.5 轴承模型2.3.2 螺栓、螺母及其他附件模型的建立在零件模块下，依据国标规定的标准画法的参数关系，利用相应工具建立螺栓、螺母模型，再建立出挡油盘、油标尺以及其他附件的模型。2.4 箱体、箱盖及端盖的模型设计依据相关图片资料，在Pro/E的零件模块下分别建立箱体、箱盖及端盖的模型，然后再设置合理的参数和相应关系控制模型尺寸，结果如图2.6、2.7、2.8所示。图2.6 箱盖图2.7 箱体图2.8 端盖2.5 减速器零件的装配关系Pro/E软件提供了非常齐全的装配工具，有对齐、配对、插入等多种固定约束以及销钉、滑动杆、圆柱体等各种可动约束，基本能够满足各种常见的装配需要。而减速器的整体装配则需要结合固定约束和可动约束以及齿轮副约束等共同完成。2.5.1 轴装配新建组件文件，首先添加挡油盘零件，装配类型为“缺省”，然后利用“轴对齐”、“配对”约束装配另一面的挡油盘和两个轴承，再利用“轴对齐”、“配对”约束装配齿轮轴，对齐一端，通过加入参数关系式控制轴的长度以使装配合理，尺寸关系设置完毕后点击“再生” 命令，结果如图2.9所示。图2.9 低速轴装配体用与装配高速轴相似的方法分别装配中轴和低速轴，完成后如图2.10、2.11所示。图2.10 中轴装配体图2.11 低速轴装配体2.5.2 端盖装配新建组件文件，用合适的固定装配约束分别装配端盖各零件，通过加入合理的参数关系式控制各零件尺寸参数，模型如图2.12所示。图2.12 端盖装配体2.5.3 箱体装配新建组件文件，首先添加箱体零件，约束类型为“缺省”，用销钉约束分别添加齿轮轴、中间轴和低速轴，然后用“对齐”、“配对”约束装配箱盖和端盖的组件模型，最后添加螺栓、螺母及定位销等其他附件，并添加合理的关系式以使装配合理，装配完成后如图2.13、2.14所示。图2.13 减速器模型的内部结构图2.14 减速器模型的整体外形3 Pro/E的二次开发技术虽然Pro/E软件功能强大，通用性好，但在具体的使用过程中很难满足具体产品的设计需要，因此，以Pro/E软件为平台进行二次开发，并结合参数化技术，开发出适合具体模型的设计系统，具有重要的现实意义，也是Pro/E软件应用过程中的一项重要工作。3.1 Visual Studio 2008编译连接环境设置Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境，它可以用来开发多种Windows下的软件项目，包括Windows应用程序、动态链接库、Windows服务、Web服务、网页开发、Office集成开发、数据库项目开发等。3.1.1 运行模式的确定Pro/TOOLKIT应用程序有两种工作模式：同步模式和异步模式。异步模式，无需启动Pro/E就能单独运行Pro/TOOLKIT应用程序的方式。异步模式实现了两个程序的并行运行，可以只在程序需要调用Pro/E功能时才启动Pro/E。但由于异步模式具有代码复杂、执行速度慢等缺点，因此一般不采用异步模式。同步模式下，Pro/TOOLKIT应用程序必须与Pro/E系统同步运行。同步模式又分为两种模式，即:动态连接模式(DLL模式)和多进程模式(Multiprocess Mode)。动态连接模式是将用户编写的C程序编译成一个DLL文件，使Pro/TOOLKIT应用程序和Pro/E运行在同一进程中，通过直接调用函数实现信息交换。多进程模式是将用户的C程序编译成一个可执行文件，Pro/TOOLKIT应用程序和Pro/E运行在各自的进程中，它们之间的信息交换是由消息系统来完成的。由于DLL模式的运行速度快，是应用程序开发首选的模式，因此本文选择同步模式下的动态连接模式。3.1.2 开发环境设置a. 选择新建项目类型：DLL，模板：MFC DLL,并输入项目名称。b. 指定DLL规则：使用共享MFC DLL规则的DLL，点击完成按钮完成项目创建。c. 设置包含文件：选择菜单栏【工具】【选项】，在“项目和解决方案”结点下选择“VC+目录”，并在“显示以下内容的目录”下拉列表框中选择“包含文件”，添加以下头文件，如图3.1所示.G:Program FilesPTCproeWildfire 5.0protoolkitincludesG:Program FilesPTCproeWildfire 5.0protoolkitprotk_applsincludesG:Program FilesPTCproeWildfire 5.0prodevelopincludesG:Program FilesPTCproeWildfire 5.0prodevelopprodev_applsincludes图3.1 添加包含文件d. 设置库文件：在“显示以下内容的目录”下拉列表框中选择“库文件”，添加以下库文件：G:Program FilesPTCproeWildfire 5.0protoolkiti486_ntobjG:Program FilesPTCproeWildfire 5.0prodevelopi486_ntobje. 设置项目属性：在菜单栏【项目】【属性】弹出的属性页对话框左边的列表框下选择“链接器”节点下的“输入”，在“附加依赖项”中添加库文件netapi32.lib、wsock32.lib、mpr.lib、psapi.lib、protk_dllmd.lib、prodev_dllmd.lib，如图3.2所示。图3.2 添加附加依赖项3.2 菜单栏开发技术菜单是Pro/E的主要用户界面，Pro/TOOLKIT提供了一系列菜单操作函数，允许应用程序创建和管理菜单。3.2.1 定义初始化函数和结束函数user_initialize()是Pro/TOOLKIT应用程序的初始化函数，主要用来对同步模式的函数进行初始化，任何同步模式的应用程序要在Pro/E系统中加载都必须包含该函数，典型的定义格式为：extern C int user initialize ()ProError status;/用户添加的接口程序部分return status;user_terminate()函数在Pro/E终止同步模式的Pro/TOOLKIT应用程序时调用，该函数由用户定义，典型格式为：extern C void user_terminate ()/用户添加的终止代码3.2.2 向菜单栏中添加菜单条菜单条是菜单体系的最顶层菜单,在Pro/E主界面中添加设计菜单按钮及菜单按钮调用的动作(如显示对话框)需要通过Pro/TOOLKIT函数和一个相应的消息文件(Message File)共同完成，消息文件主要用来定义菜单项、菜单项提示等信息。本程序菜单创建过程中使用的命令如下：a. ProMenubarMenuAdd(menu,menu,Utilities,PRO_B_TRUE,MsgFile);其功能是在Pro/E原有菜单中创建新菜单，其中第一个menu为菜单项名，第二个为菜单标签名；Utilities为相邻菜单名，是指Pro/E菜单中的“工具”菜单栏，PRO_B_TRUE指创建的新菜单栏位于Utilities右侧；MsgFile为菜单信息文件名。b. ProMenubarmenuMenuAdd(menu,menu1,menu1,NULL,PRO_B_TRUE, MsgFile);功能是在Pro/E新创建的菜单中添加下级子菜单，其中menu为，父菜单名；前一个menu1是菜单名，后一个是菜单标签名；NULL处本来指相邻菜单名，若为第一个菜单，则设置为NULL。c. ProCmdActionAdd(menu2,(uiCmdCmdActFn)reductor_start,uiCmdPrioDefault, NULL, PRO_B_TRUE, PRO_B_TRUE, &cmd_id);功能是设置菜单项的动作，menu2是使用的动作命令名；(uiCmdCmdActFn)reductor_start激活菜单时用的动作函数名；uiCmdPrioDefault是设置正常的优先级；NULL确定菜单可选，若设置不可选用AccessDefault代替；前一个PRO_B_TRUE是否在非激活窗口显示该菜单项的布尔值；后一个是是否在附属窗口显示该菜单项的布尔值；&cmd_id是动作函数的命令标识号。d. ProMenubarmenuPushbuttonAdd (menu, menu2, menu2, button, NULL, PRO_B_TRUE,cmd_id,MsgFile);功能是在菜单中添加菜单按钮，menu是父菜单名；第一个menu2是菜单名；第二个是菜单标签名；button是菜单提示文本；NULL代表相邻菜单名；PRO_B_TRUE表示位于相邻菜单之后。程序添加完毕后点击【生成】【编译】命令，在输出栏显示如图3.3所示的无错误提示后，再选择【生成】。图3.3 输出提示设置信息文件：信息文件是一种文本文件，用来定义菜单项、菜单项提示等信息，可以用记事本软件建立并保存。信息文件有固定的格式，在信息文件中以四行为一组，其含义如下。第一行：关键字，该关键字必须与使用该信息文件函数的相关字符串相同。第二行：在菜单项或菜单项提示上显示的文本。第三行：中文文本。第四行：#。信息文件必须位于text文件夹下，其中text文件夹为注册文件中规定的路径。本文中的信息内容如下所示。menu&menu设计工具箱#menu1&menu1齿轮设计系统#menu1_1&menu1_1直齿圆柱齿轮#menu2&menu2减速器设计系统#button&button激活对话框#编写注册文件及程序的运行：在Pro/E中运行Pro/TOOLKIT应用程序，必须先进行注册，注册文件的作用是向Pro/E传递应用程序信息。一个注册文件可写入多条注册信息，其文件名必须以dat作为扩展名。注册文件可直接放在工作目录下，也可放在其他目录然后在Pro/E选项中设置文件路径后加载注册文件。注册文件的格式如下。NAME Pro/TOOLKIT应用程序标识名EXEC_FILE 可执行程序名(包括路径)TEXT_DIR Text目录路径STARTUP 启动应用模式REVISION Pro/TOOLKIT版本号ALLOW_STOP 如果设置为TRUE,在Pro/E工作时可以终止应用程序END 结束标志本文注册信息如下。NAME protoolkitEXEC_FILE G:Program FilesPTCPro_Toolkitprotoolkit.dllTEXT_DIR G:Program FilesPTCPro_ToolkittextSTARTUP dllREVISION wildfireALLOW_STOP TRUEEND若注册文件没有放在工作目录下，则需在辅助应用程序中加载注册信息。完成后，则可看到在Pro/E软件的菜单栏中已经增加了要设置的菜单项，如图3.4所示。图3.4 添加菜单栏3.3 对话框界面设计3.3.1 主对话框主对话框是为选择要设置参数的零件提供的按钮对话框，由14个按钮组成，为设计美观，本文的主对话框使用了位图按钮，在每个按钮的处理程序中添加打开相应设计对话框的程序，并在“确定”按钮中添加打开减速器装配体的程序，程序见附录一。在Pro/E中点击【设计工具箱】【减速器设计系统】，对话框如图3.5所示。图3.5 主对话框3.3.2 轴设计对话框对话框的大部分输入框采用编辑框控件“Edit Control”，如齿轮齿数、倒角以及各轴段的长度、直径等尺寸参数，方法是在控件上右击选择“添加变量”命令，为控件添加相应的变量，由于齿数必须为整数，因此选择“int”类型，如图3.6所示，其他控件添加方法相同，但在“类型”下拉列表中均选择“double”类型。图3.6 添加变量a. 模数的值都是国标规定的标准值，所以采用了组合框控件“Combo Box”,在对话框上添加控件之后在属性栏的数据中添加模数为110之间的常用国标值，将“Sort”属性改为“False”,如图3.6所示。图3.6 组合框控件添加数值在控件上右击，选择“添加事件处理程序”，添加如下所示的数据读取程序段将所选择的模数读入参数“m”中。void chilunzhou:OnCbnSelchangeCombo1()int index = m_box.GetCurSel(); CString str;m_box.GetLBText(index,str);m=_wtof(str);b. 在齿轮轴上从右向左的第三阶轴上需要安装轴承，因此这段轴的直径应为标准轴承的内径，故同样采用组合框按钮控件，方法与上述添加模数的组合框控件相同。c. 由于各轴段的倒角数值一般相同，所以在添加完统一的数值输入框后再在台阶处添加复选框按钮“Check Box”，然后添加如下赋值程序将变量传递到零件模型的参数。if ( BST_CHECKED = IsDlgButtonChecked( IDC_CHECK1 ) )c_index1=1;最后在Pro/E的Pro/Program中加入下面的程序以控制是否建立倒角操作。IF C_INDEX1=1 ADD FEATURE (initial number 42) END ADDEND IFd. 给“确定”按钮添加处理程序，程序见附录二，添加完毕后进行“编译”、“生成”操作。e. 打开Pro/E软件，点击主对话框中的齿轮轴按钮，系统打开如图3.7所示的齿轮轴设计对话框。图3.7 齿轮轴设计对话框f. 用类似的方法设计中轴和低速轴对话框，运行结果如图3.8、3.9所示。图3.8 中轴设计对话框图3.9 低速轴设计对话框3.3.3 齿轮设计对话框高速级大齿轮对话框设计：首先添加对话框资源，然后添加所需的控件。由于高速级大齿轮需要和齿轮轴相互啮合，其模数和压力角必须和齿轮轴相等，因此这两个编辑框的属性设置为只读，并在对话框主程序中为这两个控件添加读取齿轮轴参数的程序，而且同样要为“确定”按钮添加赋值的事件处理程序。完成后“编译”、“生成”，重启Pro/E软件，点击主对话框的齿轮按钮，运行如图3.10所示对话框。图3.10 高速级大齿轮设计对话框用类似方法设计低速级小齿轮和低速级大齿轮的对话框，低速级小齿轮对话框运行结果如图3.11所示，低速级大齿轮对话框和上述高速级大齿轮对话框相同。图3.11 低速级小齿轮设计对话框3.3.4 轴承设计对话框轴承属国标件，其尺寸均为国标尺寸，本文采用的设计方法是先在对话框主程序中添加一个二维数组，数组第一列为轴承代号，第二列为轴承内径，第三列为外径，第四列为倒圆角，然后通过对数组中数据的处理将尺寸赋给相应的变量，再在“确定”按钮的处理程序中将变量数值赋给相应的参数。“编译”、“生成”后启动Pro/E软件，运行结果如图3.12所示。图3.12 轴承设计对话框3.3.5 密封圈设计对话框在Pro/E的零件图中密封圈的内径尺寸由齿轮轴的相应轴段控制，其他尺寸由端盖控制，故打开密封圈对话框时需将齿轮轴和端盖读入内存，并将数值赋给相应的参数，进而间接控制密封圈的尺寸参数，运行结果如图3.13所示。图3.13 密封圈设计3.3.6 端盖设计对话框端盖设计比较简单，只需直接将控件中的数值读入给变量，再将变量值赋给零件的相应参数即可，运行结果如图3.14所示。图3.14 端盖设计对话框3.3.7 箱体和箱盖设计箱体和箱盖的尺寸较多，但方法比较简单，所有参数全部使用编辑框控件，然后在程序中将数值读入变量，再赋给零件的变量，运行结果如图3.15、3.16所示。图3.15 箱体设计对话框图3.16箱盖设计对话框3.3.8 参数计算对话框此对话框是为最后检查传动比、中心距的参数而设计，方法是在对话框主程序中添加读取相应齿轮、齿轮轴的齿数、模数，然后通过计算，将结果显示在编辑框中，运行结果如图3.17所示。图3.17 参数计算3.4 参数化设计系统的实现打开Pro/E软件减速器设计的主对话框，并依次打开零件设计对话框，在其中填入所需数值后点击确定按钮，所有零件设计完毕后点击“参数计算”按钮检查参数，确定无误后点击“确定”按钮，即可见到软件打开了减速器的装配体。4 运动仿真分析4.1 运动仿真4.1.1 齿轮副约束a. 进入机构模块，在工具栏的拖动工具中添加约束命令，分别使两对齿轮的齿面和槽面重合，以确保两对齿轮相互啮合，然后拍下快照。b. 分别为两对齿轮添加齿轮副约束，定义节圆传动比等于齿数之比，完成后点击确定按钮。4.1.2 伺服电动机定义为减速器的高速轴添加伺服电动机驱动，首先在工具栏中点击伺服电动机工具，在类型中选择运动轴点选高速轴上的连接副，然后切换到轮廓选项卡，设置速度为常数，添加数值,如图4.1所示，点击确定完成电动机添加。图4.1 伺服电动机定义4.1.3 机构分析点击工具栏中机构分析按钮打开机构分析对话框，在类型中选择运动学，设置终止时间为20，帧频为20，在下方的“初始配置”中选择快照，在下拉列表中选择刚刚创建的快照；切换到电动机选项卡检查电动机是否被加入，如图4.2所示。确定后单击运行按钮，则可以看到减速器正常运行起来，完成后点击确定。 图4.2 机构分析4.1.4 回放在工具栏中点击回放按钮打开回放对话框，先检查上步创造的结果集是否被添加，确定无误后点击左上角的播放结果集按钮播放动画，如图4.3所示。图4.3 回放4.2 测量与分析4.2.1 运动学分析设置初始参数后，由定轴轮系的传动比计算公式，可得高速级传动比为：低速级传动比为：总传动比为：若将高速轴转速设置为，则中间轴转速应为：，低速轴转速应为。在Pro/E软件中测量步骤如下：a. 点击工具栏中的“测量”按钮打开测量对话框，图形类型选择默认的“测量对时间”选项，点击“创建新测量”。b. 在测量定义对话框的类型中选择“速度”，然后选择减速器高速轴上的连接副，测量方法选择默认的“每个时间步长”，单击确定。c. 用同样的方法创建中轴和低速轴的测量，创建完成后按下Ctrl键依次点选三个测量定义，再在下面的结果集列表中点击显示的结果集，可以看到测量对话框中已经自动生成了三个轴转速的测量值，如图4.4所示。图4.4 测量结果d. 单击左上角的绘制测量图按钮，可以看到系统已画出三个轴的测量图形，对图形窗口进行一定的设置后，图形如图4.5所示，图中三条线分别为高速轴、低速轴和中间轴转速。图4.5 转速曲线图由测量结果图和测量曲线图可看出，测量值完全符合理论值。4.3 模态分析将箱体加载“steel”材料，在“mechanica”模块下进行16阶频率分析，生成的模态振型频率如表4.1，16阶模态振型图如图4.6、4.7、4.8、4.9、4.10、4.11。表4.1 固有频率阶数123456频率254.015Hz365.337Hz580.41Hz827.25Hz939.178Hz947.495Hz图4.6 一阶模态振型图图4.7 二阶模态振型图图4.8 三阶模态振型图图4.9 四阶模态振型图图4.10 五阶模态振型图图4.11 六阶模态振型图经图形分析，箱体在16阶模态震动幅度的最值如表7.2所示。表7.2 振动幅值阶数123456最小值(mm)0.00630.03940.01460.06630.07960.0347最大值(mm)1.0001.3331.2631.1941.4341.895结 论减速器的尺寸参数较多，相互关系复杂，用传统的平面图设计减速器难度很大，而且不够直观。本文利用Pro/E软件的参数化功能对减速器进行三维实体建模，实现了利用参数控制模型尺寸的目的，本设计共引入150个可控参数，覆盖了整个减速器90%以上的尺寸，并利用软件二次开发技术的MFC对话框界面功能使参数直观方便的传递给模型；在动态仿真模拟中直观的显示了减速器的运行情况，曲线分析中绘制出了减速器三个轴的转速关系图，并绘制了相关工程图以供实际生产制造参考。本设计大大提高了减速器的设计效率，缩短了设计周期，具有很大的现实意义。本设计还存在许多不足之处，有一些内容还有待进一步研究和改进：a. 零件参数化设计对话框没有错误提示功能，会导致将用户设计的不合理参数传递给模型，使模型再生失败。b. 由于Pro/E软件没有开放机构模块的相关函数，所以在机构模块的有关操作还需手动完成。c. 由于Pro/E软件的工程图模块有一定的局限性，虽经过一些修正但仍有无法修改的不合理之处。d. 本设计没有对工程图的二次开发模块进行研究，若能通过对话框控制直接绘制出符合用户参数的工程图，则会具有更高的使用价值。本次毕业设计过程中遇到过大大小小的问题有成百上千种，但都通过克服困难或是改变方案的手段依依解决，最终达到目的，也深深体会到了自己知识储备的不足，但依然提高了自己解决困难的能力。在今后的工作中还需加强学习实践，努力使自己掌握更多更广的专业知识和更高更精的专业技能。致 谢本文是在马志奇老师和邱海飞老师的悉心指导下完成的。马志奇老师知识面广，实践经验丰富；邱老师治学严谨，精益求精。我从两位老师身上学到了更为广泛的知识和严谨的态度，老师在设计过程中和论文撰写过程中都给了我很大的帮助，在此向马老师和邱老师致以真诚的谢意。感谢辅导员老师在大学四年里给我的学习上和生活上的帮助，更感谢所有教过我的老师们，他们把自己的知识毫无保留的传授于我，祝老师们身体健康。感谢所有帮助过我的同学们，你们无论是在生活中还是在学习上都给过我很大的帮助，祝你们事业有成。参考文献1 机械设计手册编委会. 机械设计手册单行本（减速器和变速器）M. 北京：机械工业出版社，2007.2 安子军，张善璞，李纯德.机械原理教程M. 北京：机械工业出版社，2003.3 胡仁喜，刘昌丽，康士廷，等. 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