基于ProE的行星齿轮减速器三维参数化CAD系统.pdf

基于Pro E的行星齿轮减速器三维参数化CAD系统 3 江渡 陈世刚 马铁强 大连交通大学 机械工程学院 辽宁 大连 116028 摘要 介绍了在VC的集成开发环境下开发基于Pro E的行星齿轮减速器三维参数化CAD系统的全过程 提出了 利用Pro E的开发工具Pro TOOL KIT参数化建模和装配的方法 最后以齿轮为例详细介绍了该CAD系统的应用 关键词 行星齿轮减速器 参数化设计 CAD系统 Pro E VC 中图分类号 TP391 72 文献标识码 A 文章编号 1001 2354 2006 02 0060 03 减速器是一种介于原动机和工作机之间 用来传递动力 增大转矩的传动装置 广泛应用于机械传动行业 但由于其结 构复杂 包含的零部件很多 并且在传统设计当中 零件模型是 设计者利用固定的尺寸值得到的 仅仅描述零件的可视形状 不包含设计者的设计思想 一旦零件尺寸或设计要求发生变 化 必须重新绘制其对应的零件模型 这样在减速器的相似性 设计上消耗了大量的人力物力 参数化设计的理念正是解决这一问题的有效途径 参数 化设计是面向系列化产品的动态设计 即根据设计对象拓扑结 构的共同特征 用一组参数约束设计对象的结构尺寸 通过对 其结构尺寸的关系驱动来实现相似对象的柔性设计 这样 用 户就可以按照设计意图方便地驱动和更改以前的模型 并可生 成系列化模型库 大大提高了生产效率 缩短了设计和开发周 期 同时 实现产品设计的数字化离不开CAD CAM系统的 支持 Pro E是美国PTC公司开发的大型CAD CAM集成 软件 其强大的三维处理功能 显著的尺寸驱动下的参数化设 计和特征建模功能 以及单一数据库等优点被众多工业设计者 所接受和推崇 正基于此 在Pro E的开发平台上 利用Pro E的二次开发软件包Pro TOOL KIT作为开发工具 以Visual C 6 0作为开发环境 开发了行星齿轮减速器三维参数化 CAD系统 1 减速器参数化CAD系统功能简介 系统运行如图1 首先用户在可视化界面输入初始参数 功 率 转数和传动比等进入总体设计模块选择材料和减速器类 型 通过系统连接模块 图 2 把初始参数传递给优化设计模块 和结构设计模块 便可自动完成一级 二级行星齿轮减速器的 优化设计和结构设计等设计工作 输出优化方案供用户选择 然后参数化建模模块读取减速器模型库中的模型样板 提取模 型的结构控制尺寸 利用参数化设计思想把优化方案数据传递 给模型的控制尺寸 按优化数据参数化驱动模型再生 这样便 可在Pro E的环境下显示减速器零件 部件和装配体三维实体 模型 如用户对当前的设计不满意 可返回用户界面 重新设 计 也可在零件模型参数显示界面更改参数变量重新生成零件 模型 这样便可实现减速器CAD系统的参数化设计 图1 减速器参数化CAD系统运行图 2 减速器CAD系统模块化设计 系统采用便于管理和维护的模块化设计思想 共分6大 模块 图 2 各功能模块相互联系 组成CAD系统的整体 各模块功能简介 总体设计模块 用户通过可视化界面选择减速器的类型 材料等 输入减速器功率 转速 传动比等基本参数 完成初始 化工作 优化设计模块 读取减速器基本参数 以最小体积为目标 进行优化设计 输出优化方案 结构设计模块 以齿轮传动机构优化参数为基础 设计各 减速器零部件的结构形式和尺寸 系统连接模块 在VC集成开发环境下设置MFC和Pro E 的接口 包含Pro TOOL KIT的头文件和库文件 连接管理系 统中各模块 参数化建模模块 在Pro E环境下建立减速器零件模型库 第23卷第2期 2 0 0 6年2月 机 械 设 计 JOURNAL OF MACHINE DESIGN Vol 23 No 2 Feb 2006 3收稿日期 2004 11 11 修订日期 2005 08 01 作者简介 江渡 1954 男 辽宁抚顺人 硕士学位 大连交通大学机械工程学院教授 主要研究方向 计算机图形学及计算机辅助设计 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 和装配关系模型库 辅助设计模块 该模块由材料库管理 齿轮强度较核 轴承 设计 花键设计 轴设计和螺栓设计等独立模块组成 供用户独 立使用 图2 减速器参数化CAD系统模块结构 3 Pro E与VC接口的实现 系统应用VC设计应用程序的人机交互界面 利用Pro E 的二次开发包Pro TOOL KIT提供的函数 编写C语言代码 开发出基于Pro E的减速器三维参数化CAD系统 系统实现 的关键是实现Pro E与VC的无缝连接 1 在Visual C 集成环境里建立一个基于常规MFC 的动态连接库的工程 2 在工程的CPP文件中编写Pro TOOL KIT入口函数 user2initialize 和终止函数user2terminate 3 系统环境定制 a 在工程里设置库文件的环境 方法是 Project Settings Link 在Object Library Modules里 添 加mpr lib protk2dll lib prodev2dll lib wsock32 lib等库文件名 b 设置头文件 库文件的路径 方法是 Tools Options Directories 给出必要的文件路 径 如 D PROEWILDFIRE PROTOOL KIT INCLUDES D PROEWILDFIRE PROTOOL KIT I486 NT OBJ 图3 Pro E与MFC的动态连接 4 注册动态连接文件并运行 在Pro E中要运行外部程序 必须对其进行注册 自动 注册就是把注册文件放在Pro E的启动目录下即可 而手动 注册就是在Pro E环境下选取工具 辅助应用程序对话框加 载该注册文件 这样实现的连接后 减速器CAD系统就可在Pro E环境 下调用VC的资源 从而可大大扩充原系统的功能 增强了可 视化和交互性 提高产品设计质量和效率 4 减速器CAD系统参数化建模的实现 利用Pro E的开发包Pro TOOL KIT提供的函数 在应用 程序中通过特征元素树 feature element tree 自动创建三维模 型的方法比较困难 并且开发包Pro TOOL KIT没有提供创建 全部特征的相关函数 因此 系统采用以人机交互建立的模型 为基础 通过动态显示和修改模型的参数变量 来控制模型的 结构 达到参数化自动重建的目的 4 1 在Pro E环境下建立减速器系统零件库 即在Pro E环境下建立用于产生一系列衍生件的三维模 型样板 在建立零件模型样板时 要利用参数 Parameters 模 块创建参数变量 关系式 Relation 模块建立参数驱动关系 以 保证生成的新模型具有正确的约束和驱动关系 同时 参数化 模型库的建立也便于零件的统一管理和资源共享 4 2 参数变量的检索 参数对象 Parameter Object 和参数值 the Value of a Pa2 rameter 都是类型为结构体的一种数据对象 参数的检索 更新 都要涉及到这两个数据结构 ProToolkit函数实现模型参数 的检索 首先必须得到指向该参数对象的指针 若用户已知参 数的名称 调用ProParameterInit 直接获取该参数名对应的 参数对象指针 若用户不知道参数的名称 可调用ProParame2 terVisit 函数遍历模型中的全部参数 把检索模型的参数指 针存于类型为参数 ProParameter 的指针数组中 4 3 三维模型的参数化重建 要实现参数化 必须实现数据流双向传动 即一方面从基 准模型设计参数传递到交互界面 供用户修改 另一方面 用户 修改后的新参数值要从用户界面返回到基准模型以实现参数 更新 进而重建零件模型 首先用ProMdlRetrieve 把零件从模型库调入内存 通过 ProParameterInit 或ProParameterVisit 函数检索出参数对 象之后 通过 ProParameter 指针数组中各参数的指针调用 ProParameterValueGet 函数可获得类型为参数值 ProParam2 value 的结构体变量 以此结构体变量为输入参数调用函数 ProParameterValueSet 可设置修改参数之值 在参数更新之 前 须按照约束条件进行参数值合法性检查 满足约束条件的 新的 参 数 值 才 能 向 模 型 参 数 值 结 构 体 赋 值 最 后 用 ProSolidRegenerate 函数再生三维模型 完成零件的参数化自 动重建 这样 通过函数检索参数变量并对其赋值 再通过关系式 传递驱动关系和约束关系 便可控制模型的几何特征 重建模 型 5 减速器参数化CAD系统应用实例 减速器零件很多 以减速器的代表性零件齿轮为例 详细 说明其参数化设计过程 首先运行系统进入减速器基本参数输入界面 用户可输入 减速器输入功率 转速 传动比 如图4所示 确定后便可进 入系统优化设计和结构设计模块 16 2006年2月江渡 等 基于Pro E的行星齿轮减速器三维参数化CAD系统 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 图4 减速器基本参数输入界面 在优化设计和结构设计模块程序可自动完成减速器一级 二级优化设计和结构设计 并显示20个优化方案供用户选择 如图5所示 图5 减速器优化方案选择 用户可通过Next按钮和Previous按钮来预览 选择优化 方案 点OK确定后 系统把优化方案数据存入数据库 供参 数化设计模块调用 启动Pro E进入参数化设计模块 根据优化方案在模型 库中自动提取齿轮模型 并显示在用户面前 同时该零件模型 的结构尺寸 即齿轮的驱动参数 模数 6 齿数 37 压力角 20 齿宽 64 等也以对话框的形式显示在用户的面前 如图 6 图6 参数化修改建模对话框 此时 如果用户对面前的齿轮模型不满意 可在对话框中 修改驱动参数 即可动态再生齿轮模型 如此反复 直到用户 满意 这样便实现了齿轮模型的参数化设计 另外 应用该系统设计了行星齿轮减速器的整体三维装配 图 如图7 6 结束语 在行星齿轮减速器设计中引入参数化设计思想 可大大 缩短设计周期 提高设计质量和效率 在VC的集成开发环境 中开发基于Pro E的CAD系统 可以实现人机交互界面的可 视化设计 采用人机交互造型和程序开发相结合的三维参数 化建模方法 可满足零件库快速建模和产品系列化设计的要 求 同时 系统对其它参数化CAD系统的开发有借鉴作用 图7 减速器装配图 参考文献 1 Parametric Technology Corporation Pro TOOL KIT user s guide C USA PTC 2001 2 江渡 等 基于Pro E二次开发的铁道客车结构三维参数化CAD 系统 J 机械设计与制造工程 2002 5 58 59 3 廖忠民 崔斌 Pro TOOL KIT中模型树的快速创建 J 机械 2004 31 5 46 47 4 李世国 何建军 基于Pro E零件模型的参数化设计技术研究 J 机械设计与研究 2003 19 3 36 37 3D parameterized CAD system of planet gear reducer based on Pro E JIANGDu CHEN Shi2gang MA Tie2qiang School of Mechanical Engineering Dalian Jiaotong Uni2 versity Dalian 116028 China Abstract The complete process of developing the 3D pa2 rameterized CAD system for planet gear reducer based on Pro E under the integrated developing environment of VC was intro2 duced in this paper The parameterized modeling and assemb2 ling method by the use of developing tool Pro TOOL KIT of Pro E were put forward Finally take the gear as an example the application of this CAD system was introduced in detail Key words planet gear reducer parameterized design CAD system Pro E VC Fig 7 Tab 0 Ref 4 Jixie Sheji 4874 上接第59页 presented Analy