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1 2008 年全省技工 教育和职业培训参评论文 Pro Engineer Wildfires 2 0 斜齿轮斜齿轮 全参数化设计及二次开发全参数化设计及二次开发 作者姓名 杨兴民 单 位 山东省水利技术学院 通讯地址 山东水利技术学院机电系数控教研室 邮政编码 255033 联系电话2 基于 Pro ENGINEER 斜圆柱齿轮参数化设计及二次开发模型 Pro Engineer 是美国 PTC Parameter Technology Corporation 开发的一款基于 PLM 的 CAD CAM 软件 该软件是最早提出的参数化设计概念 基于全参数化 数据相关 统一数据库的设计理念使得 Pro Engineer 成为行业的领先者 基于参数化的设计使得设计过程不在是几何简单的堆砌而反映出设计者 在的思想意图 不仅可以生成直观的三维模型 而且可以方便的实现设计的重复性及设计变更 一 参数化原理 设计者在建模的过程中并不急于直接构建 3D 模型 而是通过对产品特征进行分析 从中抽象出特 征参数 根据特征之间的依存关系 父子关系 建立尺寸关系式 建立模型时特征参数不再是简单常数 而是由特征参数驱动的关系表达式 当需要对特征尺寸进行修改 只需要对抽象的一些参数进行重新赋 值 相关的特征尺寸值就会根据关系式来进行计算 进而达到驱动尺寸的目的 因此可以说参数化设计 就是对模型进行的基于特征父子关系 全尺寸相关 尺寸驱动的设计方法 基于特征的参数化设计为产品模型的可变性 可重用性 并行设计等提供了手段 使用户可以利用 以前的模型方便地重建模型 并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型 生成系列产品 提高 了生产效率 参数化建模的方法可以方便零件族的实现和管理 对于形状大致相似的系列零件 只需要修改参数 便可生成新的零件 从而大大设计效率 譬如标准模架和常用标准件的设计 Pro Engineer 中建立零件族的方法有两种 一是表族 通过建立一个通用零件为父零件 在其基础 上对零件各个参数加以控制 派生出新的零件 二是程序建模 Pro Program 是 Pro Engineer 软件提供 的一种程序化的二次开发工具 利用 Pro Engineer 造型的同时 Pro Program 会产生特征的 program 它是一个记录文件 由类似 BASIC 的高级语言构成 记录着模型树 Model Tree 中每个特征的详细信 息 包括各个特征的建立过程 参数设置 尺寸以及关系式等 我们可以通过修改和添加特征的 program 来生成基本参数相同的一系列模型 二 斜齿圆柱齿轮参数化设计的过程 1 零件分析 斜齿轮传动的优点 直齿圆柱齿轮传动时 齿面上的接触线是一条与轴线平行的直线 这就使轮齿的啮合沿整个齿宽同 时接触或同时分离 比较容易引起冲击 振动和噪音 斜齿轮传动齿面上的接触线先由短变长 再由长 变短 轮齿是逐渐进入和脱离啮合的 这种接触方式使斜齿轮传动比较平稳 冲击和噪音小 由于斜齿 轮的轮齿是螺旋形的 所以在啮合区内 齿面上接触线的总长度比同样参数直齿轮的齿面接触线长 故 斜齿轮的承载能力也较大 正确啮合条件 斜齿轮的正确啮合条件除应满足两轮模数和压力角对应相等外 两轮的螺旋角还应大小相等 旋向 相反 内啮合旋向相同 2 特征分析 根据齿轮啮合条件在设计时抽象出以下参数 齿轮模数 M 法向模数 垂直于轮齿方向 是齿轮啮合的重要条件 根据轮齿的强度计算后取 标准值确定 齿数 NO OF TEETH 由齿轮的传动比来进行确定 压力角 PRESS ANGLE 压力角已经标准化 我国采用 20 度 螺旋角 HELIX ANGLE 轮齿展开形成的斜线与轴线的夹角 由于螺旋角就产生轴向力 螺旋 角越大 轴向力越大 一般取 8 30 度 齿轮宽度 FACE WIDTH 根据齿轮的承载强度确定 3 参数关系 在开始设计零件先根据对特征的分析建立如图 1 所示的参数变量 3 图 1 参数变量 4 参数化建模 使用草绘工具轮齿曲线 如图 2 所示 图 2 轮齿曲线 利用特征工具复制出其他轮齿曲线 如图 3 所示 图 3 轮齿曲线 4 用混合 BLEND 命令建立第一个齿 然后在运用阵列工具建立所有的轮齿特征 如下图 4 所示 图 4 轮齿阵列 使用拉伸 旋转 拔模建立齿轮的内部特征 并建立新图层将曲线纳入该层 隐藏图层保存图层 状态 结果如下图 5 所示 图 5 齿轮实体 三 基于 Pro Program 的二次开发 利用 Pro Program 对 Pro E 零件的二次开发不需要重新撰写设计步骤 只需要加入几条类似于计算 机编程高级语言的语法指令就可以让整个零件变的有弹性与多样化 主要思想就是利用 Pro Program 的功 能模块来接收相关参数 通过改变特征与参数之间的关系来达到尺寸驱动的目的 因此利用 Pro Program 进行二次开发的关键在于变量设计 应用编程的方法进行参数的输入控制 建立参数变量和特征变量关系式如下图 6 所示 5 图 6 关系式 编辑该零件的程序设计 在 Pro Engineer 的主菜单中选择 工具 程序 只需要在程序编辑器 的 INPUT 和 END INPUT 语句之间输入以下语句 M NUMBER 请输入新齿轮模数 NO OF TEETH NUMBER 请输入新齿轮齿数 PRESS ANLGE NUMBER 请输入新齿轮压力角 HELIX ANGLE NUMBER 请输入新齿轮螺旋角 FACE WIDTH NUMBER 请输入新齿轮宽度 ROUND YES NO 是否添加圆角修饰特征 保存对程序的修改 然后为以上建立变量输入新的数值 重新生成后新的模型特征会自动重建 四 齿轮库建立 除了通过 Pro Program 功能可以零件进行参数化设计以达到零件自动化变更的目的 Pro Engineer 的 族表功能亦可以达到异曲同工之妙 在 Pro Engineer 的主菜单中选择 工具 族表 将建立的设计 变量提取到族表项目中 建立模型库的电子表格 在族表中可以复制多个实例并修改变量的数值 从而 将模型自动重建 图下图 7 所示 6 图 6 族表及实例 通过修改上图中各实例的参数便可以重新产生新的齿轮模型 各个实例组成了各种型号的齿轮库 如果需要该齿轮 只需要选中某实例将其打开重新生成并保存下来就可以了 五 结束语 Pro Engineer 软件是一款功能强大的参数化设计软件 采用文本编程的方式可以进行零件设计 并 可以控制零件任何特征的的存在 通过族表和 Pr