基于ProE三环减速器参数化建模装配设计

本科毕业设计（论文）基于 Pro/E 三环减速器参数化建模及装配设计Research on parametric design of the three 一 ring reducer【摘要】介绍了一个基于 Pro/E 软件开发的三环减速器参数化建模及装配设计平台，详细介绍了该平台的系统结构、零件的建模和绘制方法、装配图中各个零件的关系实现的参数化方法、以及工程图纸的生成等。该设计平台可用于三环减速器系列化产品设计及装配检查，所建立的模型能够用于进一步的结构分析。关键词：三环减速器;参数化设计;建模;装配 本科毕业设计（论文）Abstract：A design platform used for solid creation and parametric desigrz of the three rings reducer is introduced based on Pro/E. The description includes software architecture, solid creation and the para-metric design of the parts, parametric design of assembly drawing and the automated update, and thecreation of engineering drawings. The pla form can be used to design the series of three 一 ring reducers,and the model created by software can be used for further structure analysis.Key words: Three 一 ring reducer; Parametric design; Solid creation; Assembly本科毕业设计（论文）三环减速器是一种新型少齿差行星传动装置，它是将 N 型少齿差行星传动的中心内齿轮改为行星轮，将行星外齿轮改为中心轮而形成的新型行星传动装置，具有传动比大、结构简单、承载能力高、传动效率高、内啮合、接触强度高应力小、重合度大等特点。三环减速器的基本结构如图 1 所示。该结构主要由一根低速轴 a，二根高速轴 1,3 和三片传动环板 2 构成。各轴均平行配置。相同的两根高速轴带动三片传动环板呈 120相位差作平面运动，通过传动环板上的内齿圈与低速轴 4（输出轴)外齿轮相啮合输出动力和运动。两根高速轴可以同时双驱动)或单独(单驱动)输人运动。三环式传动机构自成体系，增加高速轴与低速轴的数量或变更其相互位置，可构成若干派生型，单级传动还可以申联成多级传动。1、三环减速器设计平台的系统结构三环减速器参数化建模及装配设计平台是在 Pro/E 环境下.采用 Pro/E 提供的 Pro/TOOLKIT 二次开发工具和 Visual C +进行二次开发。平台的设计采用了模块化设计思想，系统框图如图 2 所示。本科毕业设计（论文）三环减速器参数化建模和装配设计平台由 7 个子模块组成，其中设计模块是设计平台的控制核心。三环减速器使用了很多标准零件，如轴承等，为了便于维护和查找，设计平台采用了 Access 关系型数据库建立标准零件的参数数据库。该模块分为三个部分，数据库、查询维护模块和标准零件绘制模块。查询维护模块和数据库之间通过 ODBC 接口通讯，向标准零件绘制模块提供数据查询接口。 机械零件绘制模块根据设计模块计算出的零件参数完成机械零件三维图形的绘制。零件三维图形的绘制采用编程创建特征和/ 或零件模板的方式完成。零件模板库保存了三环减速器中典型零件的模板，零件模板是抽象出的参数化的零件。同时，在一些复杂的零件和装配图绘制过程中需要使用 Pro/TOOLKIT 提供的 API 函数创建一些特征，如参考平面、曲线、拉伸等等，以及绘制零件图时需要创建一些典型的零件特征，如轮齿、键槽等等。Pro/E 基本特征绘制模块提供零件绘制需要的各种特征绘制函数，绘制时只需要提供相关的参数即可。设计模块是三环减速器的控制核心。它根据用户输人的参数以及三环减速器的约束关系完成各个零件的最终设计，根据设计结果生成三维零件图，完成装配图和二维图纸的绘制。装配模块根据三环减速器的装配关系，使用绘制好的零件三维图完成三环减速器的装配。图纸生成模块根据三维图完成装配图和零件图的二维图纸的生成。Pro/E 自身提供的对话框功能开发工作量较大，而且不提供对关系型数据库访问的支持，给设计平台的开发带来的一定的困难。由于 Pro/E 不能支持Visual C 十+ 的 MFC 类库，因此无法充分利用 MFC 提供的强大功能。在三环减本科毕业设计（论文）速器参数化建模及装配设计平台开发过程中，为了解决这个问题，所有涉及到与界面和数据库访问相关的模块均采用 MFC 开发成单独的动态连接库，供Pro/TOOLKIT 调用。这种方法极大的方便了设计平台的开发工作。2、零件实体的设计与绘制在 Pro/E 中，零件图的绘制有两种方法:一种是编程创建特征来完成零件图的绘制，一种是使用零件模板的方式完成。三环减速器零件的绘制综合了这两种绘制方法，简化了设计平台的开发工作。2. 1 使用零件模板绘制零件图“零件模板”是定义了参数和约束关系的 Pro/E 模型文件 (*Part ) ,零件模板的建立是零件参数化建模的过程，也是影响变形设计的关键要素。建模时应考虑零件的特征和变形设计的特点，同时注意参数间的约束关系的建立。如果零件功能结构已存在约束关系，则应相应建立参数间的约束关系。基于零件模板，使用 Pro/TOOLKIT 可以对零件模板中定义的参数进行访问，动态更新参数值，实现零件的绘制。通过建立参数间的约束关系，当参数值更新后生成的新零件在结构上可能与原零件不同，因而形成了在原零件基础上的变形设计。基于零件模板绘制零件图，先要将三环减速器的零件进行抽象，创建零件模板，统一进行命名和组织。绘制零件时，加载相应的零件模板，根据用户的输人数据和计算出的数据对零件模板中定义的参数进行更改，完成相应的零件设计与绘制。在三环减速器中，有些零件可以使用零件模板的方式完成设计与绘制，如轴承、螺栓等标准件和偏心套等零件;有些零件则使用零件模板完成基本绘制后，再通过编程完成最终的绘制，如齿轮、环板等零件。图 3 为三环减速器中环板零件的模板。本科毕业设计（论文）2. 2 使用编程创建特征绘制零件图Pro/TOOLKIT 提供了丰富的 C 语言应用程序接口(API),使得用Pro/TOOLKIT 开发的设计平台能够与 Pro/E 无缝集成。特征是 Pro/E 中图形绘制的基本元素，如基准平面、草绘基准点、一般基准点、基准轴、坐标系、拉伸等等。使用 Pro/TOOLKIT 提供的 API 绘制一个特征可以分为三步: 首先分配工作区结构，然后填充该工作区结构。最后将工作区结构传递给 Pro/ E 创建特征。三环减速器中的一些零件无法使用上面的零件模板绘制，必须使用Pro/TOOLKIT 提供的 API 进行编程绘制。一个机械零件由很多的 Pro/E 特征组成，包括绘制过程中使用的基准点、线、面，以及拉伸等等。为了简化机械零件的绘制，需要将绘制零件中用到的基本特征编制成基本特征绘制函数，供零件绘制时调用。这些基本零件绘制函数汇总在一个模块中，形成 Pro / E 基本特征绘制模块。使用 Pro/TOOLKIT 提供的 API 和基本特征绘制模块的函数绘制零件，首先根据用户的输入由设计模块完成零件的设计，然后根据设计的结果确定零件的绘制参数，按照一定的绘制步骤调用 Pro/E 基本零件绘制模块中的基本特征绘制函数创建特征，完成零件的绘制。这些零件绘制函数汇总在一个模块中，形成零件绘制模块。2. 3 三环减速器环板的绘制环板是三环减速器的最主要的零件之一，以环板为例说明综合利用零件模本科毕业设计（论文）板和编程方法绘制零件的过程。在 Pro/E 环境中，绘制环板的基本轮廓.用“拉伸” 方法形成环板实体，采用“减切材料”形成中间的齿轮孔，与两边的轴承孔。最终形成如图 3 所示的环板模板，环板模板的中间齿轮孔定义为齿顶圆。定义相关的参数后，保存为零件模板，供后面的绘图使用。三环减速器环板设计完成后，首先加载环板的零件模板文件，根据设计计算出的数据更改环板模板中定义的相关参数，完成环板零件的基本设计。在此基础上，按照齿轮的绘制方法，以及设计计算的结果，调用 Pro/E 基本零件绘制模块中的基本特征绘制函数进行内齿轮的绘制。图 4 为绘制完成的环板零件，图 5 为内齿轮绘制的流程图。3、装配图的总成与参数化完成各零件模型建立后，进行三环减速器的装配，在总装配图中进行关系的查找，是一个复杂的过程。图 6 为某型号三环减速器总装模型分解图。一个零件位置与多个其他零件有关，许多尺寸由其他零件决定。部分尺寸可以通过参数赋值或根据其他尺寸计算得到的，另外还有查表尺寸，例如轴承数据库。轴承的选择根据轴段直径确定轴承内径、型号，然后受力分析、校核寿命。轴承各部分尺寸根据内径查轴承的表而得出。数据查找的方法采用了关系型数据库和 ODBC 数据库访问接口。装配图的总成是由各个零件相互关联，相互匹配，组装而成。当总装图在 Pro/E 环境下生成时。会自动搜寻所需零件。本科毕业设计（论文）4、工程图纸的生成三环减速器的设计完成后，将会自动按照要求生成零件图和装配图的设计图纸。图纸中除了零件本身，还包含有很多其他的信息，如标题栏、明细表、尺寸标注信息等等。图纸生成模块的设计可以细分成几个子模块，每个模块完成一个独立的功能如标题栏子模块、明细表子模块等等。在生成图纸时，由图纸生成的主控模块根据需要调用。为了避免在图纸自动生成的过程中产生视图间干涉、尺寸重叠等现象，需要事先按要求将图纸划分出特定区域。对于结构较为相似、几何外形不太复杂的零件，可以将整个图纸分成视图区、剖面图区、表格区及注释区。然后根据所确定的区域大小及位置，调节视图比例，生成较为合理的视图。生成视图的关键是确定视图方向以及视图的比例。如果视图方向选择错误，则无法正确表达零件的形状。对于视图比例，选择恰当的比例系数，可以使视图尽可能表达清楚，又不会造成越界，产生区域干涉。由于特定的外形特征，在生成图纸时除了各个主要视图外还需生成一些剖视图。在 Pro/ENGINEER 中。提供了两种方法实现尺寸标注: 在图纸中直接生成新的尺寸标注，或者在图纸中使用实体模型中存储的尺寸。Pro/TOOLKIT 提供函数用于在图纸中直接生成新的尺寸标注，可以生成各种需要的尺寸。对于使用实体模型中存储的尺寸进行尺寸标注的方式，Pro/TOOLKIT 也有函数进行有条件地显示实体模型中存储的各种尺寸。相比较而言，这种显示尺寸的方法更简单适用，而且根据面向加工的设计思想(DFM)，在设计阶段即实体造型阶段就考虑到加工，使得实体模型中存储的尺寸信息满足加工需求，即满足在出图时对尺寸显示的要求。5、总结这里基于 Pro/E 构建三环减速器参数化建模及装配的应用设计平台，本设计平台可用于三环减速器系列化产品设计及虚拟装配检查，对所建立的模型进行有限元分析。在典型零件的参数化建模、总装配图中各个零件的装配关系实现的方法中，利用 ProE 设计平台提供的工具并结合解析算法，可较好保证齿形计算精度并减小编程工作量;利用矩阵变换方式可提高对称轮廓的设计精度 ;参数化方法只需改变其中参数即可生成新的模型，提高了设计效率。本科毕业设计（论文）参考文献1、蒋