JXSW01-020@基 于 ProE 的 齿 轮 油 泵 三 维 建 模 设 计
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机械毕业设计全套
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JXSW01-020@基 于 ProE 的 齿 轮 油 泵 三 维 建 模 设 计,机械毕业设计全套
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LOGO 学生姓名：王 勇 所在院系：机电学院 所学专业：机电技术教育 导师姓名：安爱琴 完成时间： 2009年 5月 27日 基于 PRO/E的齿轮油泵三维建模设计 nts Company Logo 立题 传统的机械类专业课教学中经常用到实物模型，而实物模型有很多缺点。 现在用虚拟三维模型代替实物模型，能极大的提高教学质量 nts Company Logo 比较 传统教学实物模型缺点 1 携带不方便，容易损坏，不便 于保管 2 模型一成不变，更新换代速度慢 3实物模型作运动演示和分析有缺陷 4成本高 虚拟三维模型优点 1携带方便，不易损坏 2可制作模型库，开放式，便于更新 3运动演示分析逼真 4方便制作多媒体 5成本低 本文就是从虚拟三维模型出发，以齿轮油泵的 PROE三维建模为例，来展开设计的 nts Company Logo 设计概述 一 齿轮油泵零件建模设计 二 齿轮油泵装配设计 三 齿轮油泵机构仿真设计 四 齿轮油泵工作原理动画设计 结束语 nts零件建模设计 nts装配设计 nts机构仿真设计 nts工作原理动画设计 在齿轮油泵机构仿真设计中，注重运动学的仿真和数据分析，对齿轮的内部工作原理展示不充分。下边设计为在组件中装入“箭头”零件，表示油液流动方向。 ntsLOGO 感谢各位评委老师和同学！ ntsntsntsntsntsntsnts 河南科技学院本科毕业论文（设计）中期 进展情况 检查表 学生姓名 王 勇 班级 机 教 043 指导教师 安爱琴 论文（设计）题目 基 于 Pro/E 的 齿 轮 油 泵 三 维 建 模 设 计 目前已完成任务 到目前为止论文已经完成任务： 1. 进行有关 Pro/E 三维建模 设计 方面 资料的搜集和整理 ； 2. 齿轮油泵 设计 整体思路已 完 成 ； 3. 齿轮油泵 零件 的建模 ； 4. 论文草稿已经完成 大 部分 。 是否符合任务书要求进度： 是 尚需完成的任务 到目前为止论文尚未完成 的 任务： 1. 2000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料 ； 2. 齿轮油泵的机构仿真及工作原理动 画设计 ； 3. 论文正文的书写 及格式的整理 。 能否按期完成论文（设计）： 能 存在问题和解决办法 存 在 问 题 设计中存在的问题： 1. 资料收集不够充分 ； 2. 论文的 整体结构需整理 ； 3. Pro/E 动画设计不足 。 拟 采 取 的 办 法 拟采取的办法： 1. 加强 和指导老师 的 沟通， 多多 请教老师 ； 2. 及时学习使用 Pro/E 的参数化建模 ； 3. 查看有关资料，及时完成论文。 指导教师签 字 日期 年 月 日 教学院长（ 系 主任） 意 见 签字： 年 月 日 nts 河南科技学院本科生毕业论文（设计）任务书 题目名称 ： 基 于 Pro/E 的 齿 轮 油 泵 三 维 建 模 设 计 学生姓名 王 勇 所学专业 机 电技术教育 学号 20040315024 指导教师姓名 安爱琴 所学专业 机械制造及其自动化 职称 讲师 完成期限 2008 年 12 月 16 日至 2009 年 6 月 5 日 一、论文（设计）主要内容及主要技术指标 1.主要内容 （ 1）用 Pro/E 对齿轮油泵 的所有零部件 进行 三维实体 建模 ； （ 2）用 Pro/E 对 齿轮油泵 进行虚拟装配设计 ； （ 3）用 Pro/E 对 齿轮油泵进行动态机构仿真 。 2.技术指标 (1) 齿轮零件采用参数化设计 ； (2) 装配应无干涉 。 二、 毕业论文（设计）的基本要求 1.毕业设计（论文）一份：有 200 字左右的中英文摘要，正文后有 15 篇左右的参考文献，正文中要引用 5 篇以上文献，并注明文献出处。论文字数在 6000 字以上； 2.有不少于 2000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料； 3.毕业设计总字数在 10000 字以上 。 三、毕业论文（设计）进度安排 1. 1.2008 年 12 月 16 日 -2008 年 12 月 21 日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成 英 文资料翻译和开题报告。 2. 2009 年 2 月 16-2 月 27 日（第 1-2 周），指导教师审核开题报告、 设计方案 和英 文资料翻译。 3. 2009 年 3 月 2 日 -4 月 24 日（第 3-10 周），毕业设计单元部分设计。 4. 2009 年 4 月 20 日 -4 月 30 日（第 10-11 周），毕业设计中期检查。 5. 2009 年 5 月 4 日 -5 月 22 日（第 12-14 周），设计仿真、程序调试、线路板制作调试， 整理、撰写毕业设计报告 。 6. 2009 年 5 月 25-6 月 5 日（第 15-16 周）上交毕业设计报告 ，指导 教师、评阅教师审查评阅 设计报告 ， 毕业设计答辩资格审查。毕业设计 答辩 ， 学生修改整理 设计报告 。 nts 河南科技学院毕业论文（设计）课题 审核 表 院（系）名称 机电学院 专业名称 机电技术教育 指导教师姓名 安爱琴 课题名称 基于 Pro/E 的 齿轮油泵三维建模 设计 课题来源 自选课题 立题理由 和所具备 的条件 在机械 专业 等课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容量损坏，不便于保管。 所以 把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的虚拟模型库，能很大程度降低教学成本，提高教学质量 。 本文即以齿轮油泵的虚拟建模为例进行设计。 此外本项目申请人 长期自学 Pro/E 软件， 对该软件较为熟悉。 教研室 审批意见 教研室主任签字： 年 月 日 毕业论文（设 计）工作领导 小组审批意见 组长签字： 年 月 日 注：本表经教务处复审后存院（系）备查 。 nts 河南科技学院 2009 届本科毕业论文（设计） 论文题目：基于 Pro/E 的齿轮油泵三维建模 设计 学生姓名 : 王 勇 所在院系：机 电 学 院 所学专业：机电技术教育 导师姓名：安 爱 琴 完成时间： 2009 年 5 月 20 日 nts 摘 要 本文 介绍了利用 Pro/E 软件，来 完成齿轮油泵三维建模 设计。 齿轮油泵设计主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。 用 Pro/E 建立三维模型及模型库，进行虚拟装配、动画演示、运动特性分 析，将三维技术融入机械 类 等课程，从而实现用现代化教学手段达到降低教学成本，提高教学质量的目的。 关键词 ： 齿轮油泵 ， 三维建模 , Pro/E， 计算机 辅助教学 ，机构仿真 nts Based on Pro/E three-dimensional modeling of the gear pump design Abstract This article describes how to use Pro/E to complete the design of three-dimensional modeling of gear pumps. The design of gear pumps, mainly began from parts modeling, assembly design, simulation of body movement, the work of several aspects of the principle of animation. Utilizing Pro/E to establish three-dimensional model and model-base, virtual assembly, animation demo , movement analysis, three-dimensional technology will be integrated into the mechanical subject, which made it become true to achieve reducing the cost of teaching and improving the quality of teaching using the teaching methods of modernization. Keywords： gear pumps, three-dimensional modeling, Pro/E, CAI ,simulation nts 毕业论文（设计）开题报告 题目名称 基 于 Pro/E 的 齿 轮 油 泵 三 维 建 模 设 计 学生姓名 王 勇 专业 机 电技术教育 学号 20040315024 指导教师姓名 安 爱 琴 所学专业 机械制造及其自动化 职称 讲师 完成期限 2009 年 2 月 16 日 至 2009 年 2 月 27 日 一、 选题的目的意义 计算机辅助教学是教学发展的一个焦点， Pro/E 软件三维建模技术的发展以及虚拟制造技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学的工作平台。 在机械 专业 等课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容量损坏，不便于保管。 所以 把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的虚拟模型库，能很大程度降低教学成本，提高教学质量。 本文即 以齿轮油泵 的虚拟 建模为例 进行设计 。 二、国内外研究现状 随着 计算机三维建模软件的发展，机械类专业相关的虚拟模型库得到很大发展，特别是最基本的工程制图学科 .工程制图虚拟模型库综合运用 网络 技术、数据库技术、可视化方法以及 Pro/E三维建模技术，建立基于网络的虚拟模型库教 学系统。该系统包括工程图学教学中所涉及的标注尺寸、标准件、典型零件、多个曲面立体相交、看图练习、两曲面立体相交、平面立体与曲面立体相交、平面与立体相交、剖视图、视图、由轴测图画三视图、轴测图、装配体、组合体等十多类模型，以目录树的结构管理。用户可以对其进行添加、删除、重命名等操作。 机械设计课用虚拟模型库也有很大发展，包括减速器设计、夹具设计等。液压课程用的虚拟模型 ，包括液压阀、液压泵、液压缸等也在发展完善。 三、主要研究内容 （ 1）用 Pro/E 进行 齿轮泵 的零部件的三维 建模 （包括： 齿轮泵主体 、 左侧盖 、 右 侧盖 、齿轮轴 、 螺钉 、 外部齿轮 、 平键、圆垫片、螺母、压盖、圆柱销 ） ； （ 2）用 Pro/E 对 齿轮泵 的所有零部件的虚拟装配设计 ； （ 3）用 Pro/E 对 齿轮泵 的虚拟装配体生成爆炸图 ； （ 4）用 Pro/E 进行 齿轮泵 的所有零部件进行全局干涉的检查 。 四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 研究方法：在老师的指导下 ,利用图书馆以及网络技术资料进行整个系统的设计 技术路线： （ 1） 参照相关书籍确定齿轮泵的整体结构及局部尺寸 ； （ 2） 用 Pro/E 对 齿轮泵 进行 所有零件三维建模设计 ； （ 3） 生成装配图 ； （ 4） 全局干涉检查 ； （ 5） 生成爆炸图 。 nts 五， 要参考文献与资料 1 朱金波 .Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 工业产品设计完全掌握 M.北京：兵器工业出版社 .2007.3 2 谭雪松 ,朱金波 ,朱新涛 .Pro/ ENGINEER Wildfire 中文版典型实例 M.北京：人民邮电出版社 .2005.9 3 林清安 . Pro/ENGINEER 野火 3.0 中文版动态机构设计与仿真 M.北京 :电子工业出版社 .2007.3 4 林清安 .Pro/ Engineer Wildfire3.0 中文版零件设计下 M .北京 :电子工业出 版社， 2006.12 5 林清安 .Pro/ Engineer Wildfire3.0 中文版零件设计上 M .北京 :电子工业出版社， 2006.12 6 谢晓华 .浅谈 Pro ENGINEER 的三维技术在机械专业教学中的应用 J.湖南科技学院学报 ,2005(05)： 287288 7 刘明光 ，蒋立军 . S1 95 柴油机曲柄连杆机构的三维建模与运动仿真 J。河南机电高等专科学校学报 ,2008(05):8482 8 赵四海 . 锤式破碎机三维建模与仿真研究 J。煤矿机械 , 2008(8):3436 9 张文兵 . 基于 Pro E 的齿轮类零件三维建模 J。北京工业职业技术学院学报， 2008(3)：5054 10 王魁 .基于参数化技术的圆柱直齿斜齿统一建模方法 J。三峡大学学报 , 2008 (11) ： 7476 五、 指导教师审批意见 年 月 日 nts nts 2009 届本科毕业论文（设计） 相关中英文翻译资料 资料题目：计算机辅助设计与制造 学 生姓名： 王 勇 所在院系：机电学院 所学专业： 机电技术教育 nts CAD and CAM The engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered. In the beginning, CAD systems were no more than a graphics editor with some built-in design symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of them. The development of free-form curves and surfaces, such as Coons patch, Beziers patch, and B-spline, enables a CAD systems allow a designer to move into the third dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-path programming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s. The 1970s marked the beginning of a new era in CAD the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-frame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well. Later, many commercial systems and research systems were developed. Quite a few of these systems were based on the PADL and BUILD systems. Although they are powerful in representation, many deficiencies still exist. For example, such systems have extreme computation and resource (memory) requirements, an unconventional way of modeling objects and a lack of tolerance capability have all hindered CAD applications. It was not until the mid-1980s that solid modelers made their way into the design environment. Today, their use is as common as drafting and wire-frame model application. CAD implementations on personal computers (PCs) have brought CAD to the masses. This development has made CAD available and affordable. CAD originally was a tool used only by aerospace and other major industrial corporation. The introduction of PC CAD packages, such as AutoCAD, VersaCAD, CADKEY systems, made small companies, even individuals, own and use CAD. By 1988, more than nts 100,000 PC CAD Packages had been sold. Today, PC-based solid modelers are available and are becoming increasingly popular. Because rapid developments in microcomputers have enabled PCs to carry the heavy computational load necessary for solid modeling, many solid graphics user interface (GUI) , CAD systems can be ported easily from one computer to another, most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems. When a design has frozen, manufacturing can begin. Computers have an important role to play in many aspects of production. Numerically controlled (NC) machine tools need a part program to define the components being made; computer techniques exist to assist, and in some cases virtually automate the generation of part programs. Modern shipbuilding fabricates structures from welded steel plates that are cut from a large steel sheet. Computer-controlled flame cutters are often used for this task and the computer is used to calculate the optimum layout of the components to minimize waste metal. Printed circuit board assembly can also be improved by computer methods. Quality is maintained by computer-controlled automatic test equipment that diagnoses faults in a particular board and rejects defective boards from the assembly line. Computers are used extensively to plot the artwork used to etch printed circuit boards and also to produce part programs for NC drilling machines. One of the most important manufacturing functions is stock and production control. If the original design is done on a computer, obtaining lists of material requirements is straightforward. Standard computer data processing methods are employed to organize the work flow and order components when required. Part geometry requires calculation of a large number of tool positions. Part programming software is usually incorporated into a family of CAM (Computer Aided Manufacturing) software. Some CAM software is associated with CAD (Computer Aided Design) software into CAD/CAM stations. Then the CAM software can use the CAD files as a source of data, which speeds up the programming process. Part programming software is user-friendly, meaning that the programmer does not have to know the computer programming language or its operating system. It uses screen menus to lead the user through the programming process. Data can be entered via the keyboard, the mouse, or the function keys. Experienced programmers can use built-in macro capabilities and advanced techniques such as a family of parts to nts become even more productive. Programming software has a dynamic graphics database to hold the actual machining sequences. These sequences can be viewed, edited, chained, or deleted. The programming can be accomplished whether single cuts or CNC machine canned cycle will be used. The software will also automatically calculate the proper feeds and speeds to be used during the machining, create a tooling list, and define the tool path. Programmers can use different layers to associate with each profile being created or to construct clamps and fixtures to get a complete picture of the part setup. The tool motion can be seen as it will occur at the machine. Using part programming software, the programmer can easily solve trigonometry problems to define an accurate tool path. When the program is done, the programmer can send it from the PC to the machine via a communication channel using built-in software with communications capability. Good part programming software is capable of: （ 1） Establishing the machining parameters and tooling for a particular machine or job. （ 2） Defining the geometry and tool path. （ 3 ） Code generation, enabling the programmer to use standard communications protocols or create his or her own. nts 计算机辅助设计及制造 在讲述 CAD 的基本原理之前，先说说它的简史是比 较合适的。 CAD 是计算机时代的产品。它从早期的计算机绘图系统发展到现在的交互式计算机图形学。两个这样的系统包括：麻省理工学院的 Sage Project 及 Sketchpad。 Sage Project旨在开发 CRT 显示器及操作系统。 Sketchpad 是在 Sage Project 下发展起来的。CRT 显示和光笔输入用于与系统进行交互操作。 CAD 与初次出现的 NC 和 APT（自动编程工具）碰巧同时问世。后来， XY绘图仪作为计算机绘图的标准拷贝输出装置使用。一个有趣的现象是 XY 绘图仪与 NC 钻床具有相同的基本结构，除 啦绘图笔被 NC 机床上的主轴的刀具代替之外。 开始， CAD 系统仅仅是一个带有内置设计符号的绘图编辑器。供用户使用的几何元素只有直线、圆弧以及两者的组合。自由曲线及曲面的发展，如昆氏嵌面、贝赛尔嵌面以及 B 样条曲线，使得 CAD 可用于复杂曲线与曲面设计。三维CAD 设计允许设计者进入三维设计空间。由于一个三维模型包含啦 NC 刀具路径编程所需要的足够信息，所以能够开发 CAD 与 NC 之间联系的系统。所谓交钥匙的 CAD/CAM 系统便是根据这一概念开发的，并从 20 世纪 70 年代至 80 年代流行起来。 20 世纪 70 年代末，三维实体建模 的发明标志着 CAD 一个新时代的开始。过去的三维线框模型仅用其边界来表达一个物体。这在某种意义上是含糊的，一个简单的模型可能有几种解释。同时也无法获得一个模型的体积信息。实体模型包含完整的信息，因此，他们不仅可用于生成工程图，而且也可在同一模型上完成工程分析。后来，开发了许多商业系统和研究系统。这些系统中相当多的是基于 PADL 和 BUICD 系统。尽管他们在表达上是强有力的，但仍然存在许多缺陷。例如，这种系统要有极强的计算能力和内存需求，非常规的物体建模实体建模开始介入设计环境。 今天实体建模的应用如同绘图和线框模型应用一样普遍。 在个人计算机上， CAD 已走向大众化。这种发展使 CAD 应用面广并且很经济。 CAD 原本作为一种工具仅被航空和其它主要工业企业使用。诸如 AutoCAD，VersaCAD， CADKEY 等个人机 CAD 软件包的引入，使小型公司乃至个人可以拥有并使用 CAD 系统。到 1988 年为止已销售 10 万个以上的 PCCAD 软件包。今天，基于个人计算机的迅速发展使得个人计算机的实体建模的 PCCAD 易于获得，并且销售变得更为普及。由于微型计算机的迅速发展使得个人计算机能够承受实体模型需要的 大量计算负荷，所以如今许多实体模型在 PC 机上运行，并且nts 作为平台已不成问题。随着标准图形用户界面的发展 CAD 系统可以很容易的从一台计算机向另一台计算机传送，大多数 CAD 系统都能够在不同的平台上运行。在大型计算机、工作站和基于个人计算机的 CAD 系统之间几乎没有区别。 当设计确定之后，制造才能开始。计算机在生产的许多方面扮演者一个重要角色。数控机床需要一个零件程序来表达被加工零件；计算机技术起到辅助作用，在谋些情况下实质上是自动生产零件加工程序。现代造船是用从大张钢板上切下并焊接钢板来制造船体结构的。计算机控制的 火焰切割机经常用于此项任务，而且计算机用于计算最佳排料，已是边角废料最少。 印刷电路板装配过程也可以通过计算机方法加以改进。质量是由计算机控制的自动检测装置来保证的，该装置能在装配线上检测到某个有缺陷的板子，并且能从装配线上删除。计算机广泛用于绘制蚀刻到印刷电路板上的布线图，并且生成数控钻床所需的零件程序。 最重要的功能之一是库存和生产控制。如果原始设计是在计算机上进行的，则获取材料需求清单则是直截了当的。标准的计算机数据处理方法是用于组织这项工作流程，并且按需订购零件。 零件的几何形状需要计算大量刀位。零 件编程软件通常是并入一个计算机辅助制造软件包中的。一些计算机辅助制造软件与计算机辅助设计软件合并成计算机辅助设计与制作工作站。计算机辅助制造软件可使用计算机辅助设计文件作为数据源，这样加快啦编程的进程。 零件编程软件是一个用户界面友好的软件，这意味着程序员不必懂的计算机编程语言或它的操作系统。它用屏幕菜单引导使用者完成编程过程。数据可通过键盘、鼠标或功能键输入。有经验的程序员可使用计算机巨大的内置内容和诸如系列零件族的先进技术来获得更高的生产力。 编程软件有一个动态图形数据库来支持实际加工程序。这些程序可被 显示、编辑、串联或删除。无论是单一切削还是采用 CNC 机床固定循环加工，程序都可生成。该软件也会自动计算加工中所用的适当进给量和切削速度，生产一个刀具清单和定义刀具路径。程序员为生成的每一个轮廓分配不同的图层或用另外的图层加入卡具与夹具获得一个完整的零件工装图。可以看到如同在机床上进行实际加工一样的刀具运动过程。 使用零件编程软件，程序员能够很容易的解决三角学问题，以确定准确的刀具路径。当一个程序编好后，程序员可以从 PC 机上通过通信线路用带有通信能力的内置软件将程序传送给数控机床。好的零件编程软件应具备如下条 件： （ 1） 建立加工参数以及用于特殊机床或任务的刀具。 （ 2） 定义几何模型及刀具路径。 nts （ 3） 生成代码，能让程序员确定将使用什么代码以及如何输出到机床。 nts目 录 1 绪论 . 0 1.1 机械专业传统的教学方式存在的问题 . 1 1.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中 . 1 2 设计概述 . 2 3 设计过程 . 3 3.1 齿轮油泵零件建模设计 . 3 3.1.1 齿轮油泵骨架的设计 . 4 3.1.2 齿轮油泵主体的设计 . 5 3.1.3 齿轮油泵左盖的设计 . 7 3.1.4 创建齿轮泵右侧盖的设计 . 8 3.1.5 齿轮轴的设计 . 8 3.1.6 其它零件的创建 . 12 3.2 齿轮油泵装配设计 . 13 3.2.1 虚拟装配设计 . 13 3.2.2 生成爆炸图 . 16 4 机构仿真及工作原理动画 . 17 4.1 齿轮油泵机构仿真设计 . 17 4.2 齿轮油泵工作原理动画仿真 . 19 5 总结 . 22 致谢 . 23 参考文献 . 24 nts 1 1 绪论 计算机辅助教学是教学发展的一个焦点， Pro/E 等三维建模软件的发展以及虚拟制造技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学的工作平台 1。 1.1 机械专业 传统的教学方式存在的问题 （ 1） 在机械 类 课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，如果没有模型，仅仅依靠讲解，是很难讲清楚一个立体结构的。学生缺少对实物的感官 认识也就更难理解没有模型的讲解，而传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容易损坏，不便于保管。 （ 2） 教学中存在的另一个问题是传统的教学实物模型一成不变，更新换代的速度慢，而几十年不变的教学模型已不能满足教 学和科技时代不断进步的需要。时代在发展，教学内容在不断更新，当然教学模型也要跟上教学内容的更新，要想根据教学需要 更改实物模型是很困难的。更换新实物模型成本又很高，而旧模型基本没有再利用的价值，造成很大的浪费。 （ 3） 传统的教学模型作运动演示和运动分析也存在很多缺陷，一是学校很难保证有一套完整的机械专业的教学模型，而且成本也较大；二是有些空间的机构内部的运动很难观察到；三是装配模型时容易损坏零件，运动容易出故障；四是运动特性的分析也很困难。 （ 4） 对于机械设计的教学，传统的教学方法是先展开平面简图的构思，形成稍微完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过 程中，需要用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。 1.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中 Pro/E 系统是美国参数技术公司（ Parametric Technology Corporation，简称PTC)的产品。本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械 CAD CAE CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械 CAD CAE CAM 领域的新标准。将现代化的 Pro/E 三维技术应用到在机械专业课的教学中，可以解决以上传统教学存在的很多不足 2。 （ 1） 建立零件的三维模型，虚拟的模型便于现代化教学，在教学中如果应用 Pro/E 的三维技术建立零件的三维模型，可以避免传统教学模型的缺点，它同样具有实物教学模型的直观、容易理解的优点，又克服了传统教具的不足，避免nts 2 了携带困难的问题，还便于制作多谋体课件。 （ 2） 把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的模型库，利用 Pro/E提供的强大的基于特征的参数化实体造型功能，把教学中常用的零件、部件和标准件，利用微机的存储信息量大的特点 建立起自己的模型库，以充分利用已有的设计成果和前人的经验。 我们建立的教学模型库有如下特点： 1） 零件模型库的覆盖面广、标准新 ； 2） 当教学需要某一零件模型时，可直接从零件模型库中调出，不必手工绘制 ； 3） 零件模型从模型库中调入后可任意移动、旋转，在装配时确定准确的位置 ； 4） 零件模型库的操作使用简捷、方便、灵活、易学易懂 ； 5） 还可以用互联网实现零件模型库的资源共享，充分运用网络资源为教学服务。 （ 3） 可将各种三维零部件和机械传动在 Pro/E 内进行虚拟装配、三维动画演示和运动特性分析。 总之， 把 Pro/E 的三维技术引入机械专业课的教学，彻底改变了传统的教学理念，大大改善了辅助教学环境，提高了教学效果 3。通过实践证明，我们只要认真研究和大胆尝试辅助教学这一现代化教学手段，不断地去学习、掌握这种技术，很好地将 Pro/E 的三维技术应用到我们的机械专业教学中去，提高工作效率，充分利用微机多媒体辅助教学的优越性，调动学生的积极性，就一定能有效地帮助我们达到降低教学成本，提高教学质量的目的。 2 设计概述 本设计主要围绕齿轮油泵设计这个实例展开。液压油泵作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统 的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大，Pro/E 作为一款高效快捷的 CAD/CAM 软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，本文将着重就 Pro/E 的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。齿轮油泵包含多个零部件，其设计巧妙运用 Pro/E 基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。 设计的具体要求为： （ 1） 齿轮油泵零件建模设计 ； （ 2） 齿轮油泵装配设计 ； （ 3） 齿轮油泵机构仿真设 计 ； （ 4） 齿轮油泵工作原理动画设计。 nts 3 3 设计过程 3.1 齿轮油泵零件建模设计 齿轮油泵包含 20 多个零部件，其设计巧妙运用 Pro/E 基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法 4，齿轮油泵的最后设计结果如图 1 所示，组件分解图如图 2 所示。 图 1 齿轮油泵三维图 图 2 齿轮油泵爆炸图 nts 4 3.1.1 齿轮油泵骨架的设计 齿轮油泵骨架的设计主要是一系列基准曲线的绘制，其随后的建模设计建立在骨架设计的基础上，齿轮油泵的骨架设计结果如图 3 所示 。 图 3 齿轮油泵 骨架设计结果 （ 1） 新建零件文档 ； 1） 单击 “新建 ”按钮打开 “新建 ”对话框。在 “类型 ”选项组中选取 “零件 ”选项 ，在 “子类型 ”中选取 “实体 ”选项，在 “名称 ”文本框中输入零件名称 “Gear_pump”； 2） 取消 “使用缺省模板 ”复选项，单击 “确定 ”按钮。系统打开 “新文件选项 ”对话框，选取其中的 “mmns_part_solid”选项，再单击 “确定 ”按钮进入三维实体建模环境 5。 （ 2） 草绘基准曲线 ； 图 4 齿轮油泵 骨架草绘 1） 单击 “草绘工具 ”按钮打开 “草绘 ”对话框 ； nts 5 2） 选取基准平面 FRONT 作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击 “草绘 ”，进入草绘界面 ； 3） 在草图内绘制曲线 如图 4 所示 。 （ 3） 创建基准平面 ； 1） 单击 “基准平面工具 ”按钮打开 “基准平面 ”对话框 ； 2） 选取 FRONT 基准平面作为参照，设置平移距离 35； 3） 单击 “确定 ”，完成 DTM1 基准平面 。 （ 4） 草绘曲线 。 1） 单击 “草绘 ”打开 “草绘 ”对话框 ； 2） 选取 DTM1 作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击 “草绘 ”； 3） 绘制如图 5 所示曲线 。 图 5 齿轮油泵 骨架草绘二 保存设计结果，作为骨架设计，关闭窗口。 3.1.2 齿轮油泵主 体 的设计 （ 1） 新建零件文档 ； 单击 “新建 ”按钮打开新建对话框。在 “类型 ”中选 “零件 ”，在 “子类型 ”中选 “实体 ”，在 “名称 ”文本框中输入零件名称 “Gear_part_m”。 （ 2） 创建外部继承特征 ； 1） 单击 “插入 ”主菜单中选取 “共享数据 ”/“合并 /继承 ”选项，系统打开设计图标版 6； 2） 单击 “打开 ”按钮，使用浏览的方式打开上一小节设计的齿轮油泵骨架文件 “Gear_pump”.同时系统打开 “外部合并 ”对话框，在该对话框的 “约束类型 ”下选nts 6 取 “缺省 ”选项，在系统默认位置装配齿轮油泵骨架文件 ； 3） 单击 “外部合并 ”中的 “确定 ”，单击 “设计板 ”上的 “确定 ”。 （ 3） 创建拉伸实体特 征 ； 1） 单击 “拉伸 ”打开设计板，在设计板中单击 “放置 ”打开参照面板，单击其中 “定义 ”打开 “草绘 ”对话框，选择 FRONT 为草绘平面，接受其它默认设置单击“草绘 ”进入草绘模式 ； 2） 在草绘平面内使用 “抓取边 ”工具绘制拉伸剖面图，然后单击 “确定 ”退出草绘，调整方向输入拉伸深度 “25.2”，最后创建的拉伸实体如图。再次单击 “拉伸 ”按钮，选取上一零件端面作为草绘平面，进入草绘模式 ； 3） 绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入拉伸深度 “25.2”，最后创建的实体特征如图所示 ； 4） 再次单击 “拉伸 ”，选取上 一零件右侧面为草绘平面，进入草绘模式 ； 5） 绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入深度 “9.5”，最后创建的拉伸实体如图 6 所示。 图 6 齿轮油泵主体 拉伸结果 图 7 齿轮油泵主体 创建孔结果 （ 4） 创建孔特征 ； 1） 单击 “孔 ”打开孔设计板。单击拉伸体端面为主参照。单击 “放置 ”打开参照面板，选取 “同轴 ”放置类型，然后激活 “次参照 ”，选取拉伸体轴线 ； 2） 完成后的 “放置 ”，设置 “形状 ”列表，最后完成的孔特征如图所示 ； 3） 再次用孔特征创建 孔 ， 如图 7 所示 。 （ 5） 创建螺纹修饰特征 ， 如图 8； （ 6） 创建倒圆角特征 ，如图 9； （ 7） 补上一个拉伸切削特征， 最后 完成的零件图 ，如图 10。 nts 7 图 8 齿轮油泵主体 螺纹修饰结果 图 9 齿轮油泵主体 倒圆角结果 图 10 齿轮油泵主体 设计结果 图 11 左盖设计结果 3.1.3 齿轮油泵左盖的设计 齿轮油泵左盖的设计同样以齿轮油泵骨架作为母体零件，综合运用拉伸 、孔和镜像复制等建模方法。齿轮油泵的最后设计结果 ， 如图 11 所示。 （ 1） 新建零件文件，输入零件名称 “Gear_pump_leftcover”； （ 2） 创建外部继承特征 ，如图 12； （ 3） 创建拉伸实体特征 ，如图 13； 图 12 左盖 外部继承 图 13 左盖 实体拉伸结果 nts 8 （ 4） 创建拉伸切削特征 ，如图 14； （ 5） 创建阶梯孔 ，如图 15； 图 14 左盖 拉伸切削结果 图 15 左盖 阶梯孔结果 （ 6） 创建倒圆角特征 ，如图 16。 图 16 左盖 倒圆角结果 图 17 右盖设计结果 3.1.4 创建齿轮泵右侧盖的设计 齿轮泵右盖的设计和齿轮油泵左盖的设计相似，都是以齿轮油泵的骨架作为母本二进行设计的。设计步骤参照左盖设计，齿轮油泵右盖的设计结果如图 17所示。 3.1.5 齿轮轴的设计 齿轮轴的设计以全参数化标准直齿圆柱齿轮通用件作为母体，对齿轮通用件参数进行修改并添加必要的特征。齿轮轴的最终设计结果 ， 如图 18 所示。 nts 9 图 18 齿轮轴设计结果 图 19 “PROE标准零件库 2.1”对话框 为简化设计，这里的全参数化齿轮采用台湾大学林清安教授开发的 “PROE标准零件库 2.1”. （ 1） 打开 “PROE标准零件库 2.1”，如图 19 所示 ； （ 2） 从 “零件类型 ”中选择 “齿轮 ”，零件规格选择 “20T”，如图 20 所示 ； 图 20“正齿轮 ”对话 框 修改右边列表中 “可修改 ”项目，修改齿轮的模数 M=3,齿数 Z=9,齿宽 B=25.2.单击 “打开文件 ”按钮，输入零件名称 “gear_shaft_1”,打开的齿轮零件如 图 21。 nts 10 图 21 参数齿轮调用 （ 3） 创建实体拉伸特征 选取上一实体端面为草绘平面，绘制草图，拉伸深度为 “10”，拉伸结果如图 23； 图 22 齿轮轴 拉伸草绘 图 23 齿轮轴 拉伸结果 （ 4） 创建旋转实体特征 ，旋转结果如图 25； 图 24 齿轮轴 旋转草绘 图 25 齿轮轴 旋转结果 nts 11 （ 5） 创建旋转切削特征，以切出槽 ，切槽结果如图 27； 图 26 齿轮轴 切槽草绘 图 27 齿轮轴 切槽结果 （ 6） 重复旋转切削，切出另一端的槽 ； （ 7） 创建键槽 ，结果如图 29； 图 28 齿轮轴 键槽草绘 图 29 齿轮轴 键槽结果 （ 8） 创建倒角特征 ，结果如图 30； 图 30 齿轮轴 倒角结果 图 31 齿轮轴设计结果 nts 12 （ 9） 创建螺纹修饰特征 选择 “插入 ”、 “修饰 ”、 “螺纹 ” ； 选取作图平面为参照面，右图面为螺纹起始面，输入深度为 10，直径为 12.6。 （ 10） 隐藏基准，完成齿轮轴的创建 ，如图 31。 3.1.6 其它零件的创建 至此齿轮油泵的主要零件以创建完成，下面还有很多装配用的小零件，其建模过程不再详细介绍。只列出其最终结果 ，如图 32。 包括：螺钉、外部齿轮、平键、 圆垫片、螺母、压盖、圆柱销。 a） 螺钉 b） 外部齿轮 c） 平键 d） 圆垫片 e） 螺母 f） 压盖 nts 13 g） 圆柱销 图 32 其它零件 至此齿轮油泵所有零件三维建模都以完 成，下一步就是装配。 3.2 齿轮油泵装配设计 3.2.1 虚拟装配设计 齿轮油泵的装配综合运用到无连接接口约束和连接接口约束。在进行齿轮油泵的装配前，设计者首先要对齿轮油泵进行整体的分析，要弄清楚那些元件具有运动自由度，那些元件完全约束。对于具有运动自由度的元件就要根据具体要求选择合适的连接接口，反之使用无连接接口的约束进行装配即可。 （ 1） 创建组件文档，输入组件名称 “Gear_pump_model”； （ 2） 在默认位置装配齿轮油泵主体 ； 单击 “添加元件 ”按钮，打开下设计板，选择缺省，以在默认位置装配 泵的主体。 （ 3） 向组件中装配销 ； 使用 “插入 ”“对齐 ”“对齐 ”三种约束装配销钉，使其高出端面 “8”。 （ 4） 重复装配销钉 ； 选中前面装配好的销钉零件，然后在 “编辑 ”中选取 “重复 ”打开 “重复元件 ”对话框。 按住 “ctrl”键，选中 “插入 ”和 “对齐 ”两种约束方式。单击添加，共装配 4 根销钉。 （ 5） 向组件中装配齿轮油泵左盖 ； 使用 “匹配 ”“插入 ”“插入 ”三种约束。 （ 6） 向组件中装配齿轮轴一 ； 1） 单击右工具箱中的 “向组件中添加元件 ”按钮，打开齿轮油泵文件Gear_shaft_1； 2） 在系统打开的设计 板上的 “用户定义 ”中选取 “销钉 ”连接类型 ； 3） 完成 “放置 ”列表，装配结果如图 33。 nts 14 图 33 装配齿轮轴一 （ 7） 向组件中装配齿轮轴二 ； 1） 单击右工具箱中 “向组件中添加元件 ”按钮，打开齿轮油泵零件文件Geat_shaft_2； 2） 在系统打开的装配设计板上的 “用户定义 ”下拉菜单中选取 “销钉 ”连接类型 ； 3） 在设计板上单击 “移动 ”按钮，打开 “移动 ”列表。在该列表的 “运动类型 ”选项中选取 “旋转 ”选项，然后选中 “运动参照 ”副选项 ； 4） 根据系统提示选 shaft_1 的轴线作为旋转运动参照，然后在工 作区中旋转齿轮轴二，使两齿轮正确啮合，最后的啮合结果如 图 34。 图 34 装配齿轮轴二 （ 8） 向组件中装配齿轮油泵右盖 ； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，使用浏览方式打开齿轮油泵零件文件Gear_pump_rightcover； 2） 在系统打开的装配设计板上单击 “放置 ”按钮，然后在 “放置 ”列表的 “约nts 15 束类型 ”下拉菜单中选取 “对齐 ”约束类型，然后分别选取轴 A8 和 A15 作为约束参照。新建 “对齐 ”约束选取轴 A9 和 A16 作为约束参照 ； 3） 新建 “匹配 ”约束类型，选取油泵主体端面和右盖端面，输入偏距 “0”； 4） 最后完成的 “放置 ”列表如下图，最后装配结果如图 35。 图 35 装配右盖 （ 9） 在装配的元件之间进行布尔运算 ； 1） 在 “编辑 ”主菜单中选取 “元件操作 ”选项打开 “元件 ”菜单，选取 “切除 ”选项 ； 2） 根据系统提示选取右盖为被切除元件，单击 “确定 ”，接着选取和其有相交关系的两个销作为切除参照元件 ； 3） 最后单击 “再生 ”，再生后转配结果如图，被切除的右盖零件会相应变化 。 （ 10） 装配螺栓 ； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开 “blot.prt”； 2） 使用 “对齐 ”约束，选取螺栓轴线和螺栓 孔轴线 ； 3） 使用 “匹配 ”约束，选取螺栓头下端面和螺栓孔上端面 。 （ 11） 重复装配螺栓 ； （ 12） 向组件中装配压紧螺母 ； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开齿轮油泵零件文件 Pack； 2） 使用 “插入 ”和 “匹配 ”两中约束选取相应参照 。 （ 13） 在元件之间进行布尔运算 同步骤 9 一样，切除压紧螺母 ； （ 14） 装配键 ； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开齿轮油泵零件文件 key； 2） 使用 “匹配 ”“匹配 ”“匹配 ”三种约束方式选取相应参照。 （ 15） 装配齿轮 ； nts 16 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开齿轮油泵零件文件 gear； 2） 使用 “对齐 ”“匹配 ”“匹配 ”三种约束方式选取相应参照 。 （ 16） 装配垫片 ； （ 17） 装配螺母 ； （ 18） 影藏曲线特征 。 1） 在模型树上选中 “pack”元件，单击右键，选取 “打开 ”打开该元件 ； 2) 单击 “层 ”按钮，系统显示 “层树 ”窗口。选取 “PRT_ALL_CURVES”,单击右键选取保存 ； 3) 在空白处单击右键，选取 “保存状态 ”； 4) 接着保存对 “pack”元件的修改结果 ， 最后的组件显示结果如图 36。 图 36 齿轮泵设计结果 3.2.2 生成爆炸 图 （ 1） 从菜单栏中选择 “视图 ” “分解 ” “编辑位置 ”命令，打开分解位置对话框； （ 2） 在 “分解位置 ”对话框中，设置 “运动类型 ”等选项组用来调整爆炸图中个元件的位置，得到满意位置后，点击 “确定 ”按钮。 编辑爆炸图完成后，得到分解视图下的齿轮油泵装配爆炸图，效果如图 37。 图 37 齿轮泵爆炸图 nts 17 4 机构仿真及工作原理动画 4.1 齿轮油泵机构仿真设计 （ 1） 准备工作 设置模型显示外观 ，结果如 图 38； 图 38 模型显示结果 （ 2） 进入 “机构 ”模块 ； 在 “应用程序 ”主菜单中选取 “机构 ”选项，进入机构仿真界面 6。 （ 3） 定义齿轮副连接 ； 1） 单击 “定义齿轮副连接 ”按钮，打开 “齿轮副定义 ”对话框 ； 图 39 “齿轮定义 ”对话框 图 40 “齿轮定义 ”对话框 2） 定义齿轮 1 选项卡，选 “gear_shft_1”为运动轴，节圆直径 “27”，如图 39； 3） 定义齿轮 2 选项卡，选 “gear_shft_2”为运动轴，节圆直径 “27”，如图 40； 4） 打开 “属性 ”选项卡，在 “齿轮比 ”选项组中选取 “节圆直径 ”选项。 （ 3） 创建驱动 ； 1） 单击 “定义伺服电机 ”按钮，系统弹出 “伺服电机定义 ”对话框 ； 2） 在 “从动图元 ”选项组中选取 “连接轴 ”选项，然后选取 “gear_shaft_1”的轴nts 18 线作为连接轴 ； 3） 在 “伺服电机定义 ”对话框中打开 “轮廓 ”选项卡，在 “规范 ”中选 “速度 ”选项 在 “模 ”中选 “常数 ”，并将 “A”值设为 “40”，完成后的对话框如图 41； 图 41 “电机定义 ”对话框 图 42 定义结果 4） 完成所以设置后在 “伺服电机定义 ”对话框中单击 “确定，机构设计的最终结果如图 42 所示。 （ 4） 创建连接 ； 1） 在 “编辑 ”主菜单中选取 “连接 ”选项，弹出 “连接组件 ”对话框 ，如图 43； 2） 单击 “运行 ”按钮，打开 “确认 ”对话框，单击 “是 ”按钮，完成连接的创建工作 ，如图 44。 图 43 “连接组件 ”对话框 图 44 “确认 ”对话框 （ 5） 创建运动分析 ； 1） 单击 “运动分析 ”按钮，系统打开如图 “分析定义 ”对话框 ； 2） 在 “类型 ”下拉列表框中选择 “运动学 ”选项，并把运动 “终止时间 ”栏的值修改为 “60”，接着单击 “运行 ”按钮，观察齿轮油泵的运动情况 ； 3） 完成上述操作后，单击 “确定 ”按钮关闭 “分析定义 ”对话框，完成运动分析创建。 （ 6） 回放结果并制作多媒体播放文件 。 nts 19 1） 单击 “回放以前的运动分析 ”按钮，系统弹出如图所示 “回放 ”对话框 如图45，单击其中 “回放 ”按钮，打开如图所示 “动画 ”对话框 如图 46； 图 45 “回放 ”对话框 图 46 “动 画 ”对话框 2） 在动画对话框中可以单击 “播放 ”按钮观察仿真结果；单击 “停止 ”按钮结束运动仿真；单击 “捕获 ”按钮打开 “捕获 ”对话框如图所示。单击其中的 “浏览 ”按钮，弹出 “保存副本 ”对话框，在次选择文件的保存路径，选择保存格式并填写文件名称。完成后单击 “捕获 ”对话框中的 “确定 ”按钮，开始媒体播放文件的制作。 4.2 齿轮油泵工作原理动画 仿真 外啮合齿轮泵的工作原理：在泵的壳体内有一对外啮合齿轮，齿轮两侧有端盖盖住。壳体、端盖、齿轮的各个齿间槽组成啦许多密封工作腔。当齿轮旋转时，右侧吸油腔由于相互啮合的齿轮逐渐 脱开，密封工作腔容积逐渐增大
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