基于ProE平臺(tái)上的雙圓弧齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)

基于Pro/E平臺(tái)上的雙圓弧齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)摘要：雙圓弧齒輪是一種具有凹凸齒廓嚙合的高效齒輪，其優(yōu)點(diǎn)是承載能力高，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低。利用Pro/E中的Program編程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙圓弧齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，為對(duì)雙圓弧齒輪的進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：雙圓弧齒輪Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)Pro/ToolkitVisualC++引言：參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)改變圖形中的一部分或幾部分的尺寸參數(shù)，自動(dòng)的完成對(duì)零件圖形相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng)。參數(shù)化設(shè)計(jì)有以下幾則好處：1）節(jié)省不必要的花費(fèi)，繪圖人員只需調(diào)入零件庫(kù)后輸入?yún)?shù)即可應(yīng)用；2）可以無(wú)數(shù)次的修改參數(shù)來(lái)滿足不同規(guī)格的零件裝配等的需求，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。基于Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)以下三個(gè)途徑完成：1）利用插件設(shè)計(jì)即Pro/Toolkit和VisualC++共同完成的的編制，其優(yōu)點(diǎn)是零件參數(shù)化可以實(shí)現(xiàn)真正的模塊化，但由于所需的專業(yè)知識(shí)特別強(qiáng)，設(shè)計(jì)人員必須具備機(jī)械專業(yè)的知識(shí)和CAX，而且對(duì)面向?qū)ο蠡木幊蹋╒isualC++）也必須熟練掌握，這給機(jī)械行業(yè)人員帶來(lái)巨大困難，所以插件設(shè)計(jì)只適合于專業(yè)開發(fā)Pro/E等軟件外掛的人員應(yīng)用；2）基于家族表（FamilyTable）平臺(tái)上的參數(shù)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是以表格的形式出現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單，使用方便，但設(shè)計(jì)的通用性低，使用零件標(biāo)準(zhǔn)變化不大的場(chǎng)合；3）基于Pro/E界面上的Program平臺(tái)上的參數(shù)化設(shè)計(jì)，他的優(yōu)點(diǎn)以上優(yōu)點(diǎn)兼而有之，只需簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)句，如：賦值語(yǔ)句和條件語(yǔ)句就可以，初學(xué)者只要懂以上兩種語(yǔ)句的應(yīng)用即可。由于其編程簡(jiǎn)單易懂，所以非常適合大眾化的編程來(lái)開發(fā)簡(jiǎn)單的通用化模塊，是非專業(yè)開發(fā)人員的好工具。文中是通過(guò)Pro/E中的Program實(shí)現(xiàn)對(duì)雙圓弧齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)的，在此基礎(chǔ)上可以建立零件的3DCAD模型，為雙圓弧齒輪的傳動(dòng)、仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、應(yīng)力應(yīng)變分析打下基礎(chǔ)。確定繪制雙圓弧齒輪的基本參數(shù)圖1所示為GB12759-91型雙圓弧齒輪的基本輪廓圖1用Pro/E繪制的雙圓弧齒輪齒廓圖上圖中可以看到，一個(gè)完整的雙圓弧齒廓是由八段圓弧組成的，這八段圓弧所在的圓的方程可由下列四個(gè)方程段表示（方程各參數(shù)參見參考文獻(xiàn)[1]）：式中個(gè)參數(shù)：——凸齒齒廓圓弧半徑——凸齒齒廓圓心偏移量——凸齒齒廓圓心移距量——齒頂高——凸齒接觸點(diǎn)齒厚——凸齒連接點(diǎn)高——凸齒工藝角——連接圓弧半徑——凹齒齒廓圓心偏移量——凹齒齒廓圓弧半徑——凹齒齒廓圓心移距量——凹齒工藝角——齒跟高——齒跟圓半徑（注：坐標(biāo)系為圖1所示）確定雙圓弧齒輪齒廓實(shí)體及參數(shù)為了完成對(duì)雙圓弧齒輪基本齒廓的繪制，需要四段圓弧的圓心坐標(biāo)和半徑，根據(jù)上面四個(gè)式子求得結(jié)果如下表：表1各圓弧的參數(shù)列表區(qū)段圓心橫坐標(biāo)圓心縱坐標(biāo)半徑凸齒圓弧段-過(guò)渡圓弧段凹齒圓弧段齒跟圓弧段草繪雙圓弧齒輪輪廓及單個(gè)齒的形成以拉伸的方式繪制一個(gè)圓，單擊工具/編程，輸入相應(yīng)的關(guān)系式：在INPUT和ENDINPUT中間輸入以知參數(shù)表達(dá)式，如：TOOTH_NUMBERNUMBER=20“輸入齒數(shù)Z：”模數(shù)（MODULE）、壓力角（PRESSURE_ANGLE）、齒厚（WIDTH）、螺旋角（SCREW_ANGLE）的輸入方式與之相同。在RELATIONS和ENDRELATION之間輸入關(guān)系式與條件語(yǔ)句（條件語(yǔ)句的作用是確定在不同的模數(shù)范圍內(nèi)所使用的不同關(guān)系式），如：當(dāng)模數(shù)在3到6之間時(shí)輸入下列條件句：RELATIONS．．．ELSEIFMODULE>=3&MODULE<6ρf=1.41*MODULEEF=0.0285*MODULELF=0.6994*MODULEδ2=9°19′30″SFK=1.9643*MODULERGF=0.5043*MODULEELSE．．．ENDIFENDRELATION輸入完成后，保存后關(guān)閉記事本。表1中完成了四個(gè)圓的繪制，再于以（0,HA）、（0.5πm,HA）、（0.5πm,-HF）、（0,-HF）為頂點(diǎn)的矩形進(jìn)行布爾運(yùn)算，就得到了雙圓弧齒輪右半個(gè)齒廓，如圖1所示。再以鏡像方式得到了一個(gè)完整的齒廓。保存草繪文檔為chikuo.sec。接下來(lái)繪制雙圓弧齒輪的齒外輪廓如圖2所示圖2pro/e草繪的雙圓弧齒闊及各參數(shù)再將上面的個(gè)數(shù)據(jù)利用鼠標(biāo)右鍵的屬性改稱如下的格式：d70=had61=ead56=ρa(bǔ)d55=rjd75=hjad74=lad58=0.5*m*pid59=rgfd71=hfd16=lfd18=ρf等等將其旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺旋角度后，在投影到原來(lái)的面上，保存為*2.sec文檔后關(guān)閉窗口。在繪制圓柱，如圖3所示，比在關(guān)系史中插入如下關(guān)系式：D1=module*tooth_number-2*HFD0=module*face_width然后利用混合的方式草繪截面：再“插入”里單擊“混合”中的“伸出項(xiàng)”，在瀑布式菜單中一次選“平行”“規(guī)則截面”“光滑”“完成”，單擊圓柱的一個(gè)側(cè)面，確定，在第一個(gè)截面草繪中單擊“從文件”選擇剛剛保存的*2.sec格式的草繪文件在比例中輸入1，在旋轉(zhuǎn)中輸入0，再用鼠標(biāo)將其拖至參考曲線上，單際確定，然后畫第二和第三個(gè)，方法是：比例都是1，但第二個(gè)旋轉(zhuǎn)負(fù)7.5度，第三個(gè)旋轉(zhuǎn)負(fù)15度，單擊確定按鈕，完成混合。在出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入36.22和36.22完成。如圖4所示：在關(guān)系中插入如下關(guān)系：d658=d0/2d622=d0/2d656=spiral_angle/2d657=spiral_angle然后關(guān)閉關(guān)系對(duì)話框。圖3參數(shù)化齒輪圓柱的繪制圖4一個(gè)齒廓的成型這是一個(gè)齒形的參數(shù)等式（等式左側(cè)的參數(shù)各個(gè)計(jì)算機(jī)的顯示不同只需輸入相應(yīng)參數(shù)即可）。再利用陣列命令將其以圓周方向陣列20個(gè)，如圖5。然后進(jìn)行相應(yīng)的切槽工作，在切材料時(shí)需要如下關(guān)系式：在INPUT和ENDINPUT中插入SHAFT_DIANUMBER"Entertheshaftdiameter:"KEY_HEIGHTNUMBER"Enterthekeyheight:"KEY_WIDTHNUMBER"enterthekeywidth:"在RELATIONS和ENDRELATIONS中插入D667=key_widthD666=key_heightD665=shaft_dia/2最后得到了模型的整體3DCAD視圖，見下圖6。圖5陣列完的齒輪3DCAD模型圖6完整的雙圓弧齒輪的3D模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本手段就是有程序驅(qū)動(dòng)和參數(shù)驅(qū)動(dòng)，程序驅(qū)動(dòng)是通過(guò)幾何模型的特點(diǎn)確定主參數(shù)和尺寸關(guān)系，從而使只要輸入幾何參數(shù)就可生成所需的模型。尺寸驅(qū)動(dòng)主要完成用戶編程或交互式輸入，從而生成的模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)的框圖利用Pro/E的Program生成的雙圓弧齒輪的基本步驟如下：1）根據(jù)輸入的法面模數(shù)m確定齒輪各參數(shù)值，并賦予相應(yīng)的參數(shù)；2）根據(jù)表1和矩形坐標(biāo)對(duì)圓弧進(jìn)行布爾運(yùn)算；3）進(jìn)行鏡像計(jì)算和陣列最終得到所需的雙圓弧齒輪的3DCAD模型，其程序框圖如下：結(jié)束語(yǔ)參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是給工程技術(shù)人員帶來(lái)極大的方便，是未來(lái)CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。建立3DCAD模型，這對(duì)模型進(jìn)行有限元分析（FEA）及優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真和應(yīng)力應(yīng)變的分析等一系列后期工作打下基礎(chǔ)，而且在快速原型技術(shù)（RPM）等現(xiàn)代制造技術(shù)中發(fā)揮著巨大作用。參考文獻(xiàn)：[1].盧賢纘.圓弧齒輪嚙合原理[]M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003[2].姚俊紅等.雙圓弧齒輪基本齒廓的圖形參數(shù)化[J].德州：德州學(xué)院學(xué)報(bào)[3].趙春章.機(jī)械零件設(shè)計(jì)教程[M].北京：海洋出版社.2004[4].林清安.正齒輪自動(dòng)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)臺(tái)灣：國(guó)立臺(tái)灣科技大學(xué).2001[5].孫江宏.Pro/E2001高級(jí)功能應(yīng)用與編程處理[M].北京：清華大學(xué)出版社.2003[6].成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004[7].葉克明.齒輪手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1990[8].詹友剛.Pro/ENGINEER英文野火版教程——零件設(shè)計(jì)范例[M].北京:清華大學(xué)出版社.2005ParametricDesigningoftheDoubleCircularArcGearBasedonPro/EngineerAbstract:DoubleCircularArcGearisastyleofgears,whichhasconvex-concavetoothprofileandworkinhighefficiency.ThemeritofDoubleCircularArcGearisthatithashugeloadingabilities,simplymanufacturingprocessandlowcost.ByusingProgramofPro/,Wecanreceivetheparametricdesigningof