(陈成)0机械设计毕业论文

1、毕业设计（论文）班级：柳职院13级机械制造1班姓名： 陈成自我介绍大家好，我是陈成，出生于贫困家庭，今年十九岁。小的时候就很少得到父母的关 爱，因为父母每天都要外出务农，早出晚归，回到家的时候已是疲惫不堪，自然顾不上 我。也是这个原因，我自小就得学会自己煮饭，要不然就会饿肚子。到了该上学前班的 时候，我已经四岁了，还记得第一次进课堂的时候，像个傻子一样，谁也不认识，老师 也不怎么注意我。我在那里呆呆坐了一天同学们也不怎么理我，从那时开始我的性格一 直闷闷不乐从六年级开始我的性格在慢慢地改变。我不知道是同学们看我傻还是看我 呆，述是因为我曾经被一个斧头猛烈地撞到脑屮心还是被一辆巴士的门夹到脑袋，

2、可能 因为这两个原因导致同学们看我傻傻地。到了我上初一的时候，我能和一两个同学接触 了，我和他们说话不再像上次那样不敢说话。上初中，家里的经济条件没那么拮据了， 我们家已经搬到街上住。早上起床我都向父母要点早餐费去学校买早餐吃。其实要钱了， 我都没用，口己攒着，然后在家开冷饭。攒下的一些钱，到了学校，认识的一些人，他 们见我有钱，老叫我请他们吃东西。到了下学期的时候，他们都没钱了。要我去偷学校 的东西买。第一次成功了，卖得钱后，他们乂叫我去，乂成功了。到了第三次，去偷那 东西也成功了，不过学校发现仓库东西少了，有很多群众认识我，举报给学校，学校报 了警。然后学校把我叫去办公室，开导了我一天，我

3、想通了，把要我去偷东西的人都拱 了出來，我就去派出所自首了。后來我就停学了，停了一个学期。在停学期间，我被家 人叫去做苦力。终于明白家里挣钱不容易，比如说扛枕木，砌房子，挑水泥，刷墙，捞 漆等各种辛苦的工作我都做过了。当我第一次得到我自己辛苦挣的钱后，我不怎么开心。 因为我挣得的钱被爸爸拿去了百分z七十，留下的百分z三十是我的，第二次，第三次 的工资也是如此，我把我得到的工资拿去卖了第一台手机。我从小到大，经历了 19年，优点是有集体荣誉感，乐于助人，有进取心，是个有 梦想的年轻人。缺点有这些，性格不太稳定，会突发改变，结交朋友不是很多，认识的 人不多，喜欢恶搞，捉弄人等等。人无完人，我有的这

4、些缺点我会慢慢改变，争取让自 己变得更好，让别人更能接纳我.总结：我觉得这19年來，我的成长环境和我的性格息息相关。有个好的成长坏境, 父母贴心的关爱，我想我会变得和现在不一样。也许我的想法是错误的，一个人一生屮 最不能选择的就是出身。出生在怎样的家庭不是你我能控制的，埋怨父母更是不该。既 然出生的环境选择不了，但我可以选择今后我过什么样的生活。努力，努力再努力，改 变门己的生活，和家里的条件。吧我在学校学到的知识都应用到实践屮去，让我能更好 地完成实践要求和忖的。转眼间到了毕业季，19年来的学习和生活一瞬间在脑了里闪过，所有的辛酸和不堪 的遭遇让我醒了。19岁了，我该成长了，我改为口己的未来

5、想想了，我该考虑口己下半 生的工作生涯了我想我能应付得过来，因为我相信努力过后定有所收获。这就是我，一 名普通高级技工学校学生。务等方面的问题。机械设计乂是一项创造性的工作，因此，设计人员除必须具有机 械设计及与机械设计相关的深厚的基础知识和专业知识外，还要有饱满的创造热情。基于proe的齿轮建模研究1绪论1.1计算机辅助设计(cad)的研究现状及发展趋势1.1.1 cad技术简介cad技术是随着电子技术和计算机技术的发展而逐步发展起来的，它具有工程及产 品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形、工程数据库管理和生成设计文件等 功能。进二十年来，由于计算机硬件性能的不断提高，cad技术有了

6、大规模的发展。m 前cad计算已经应用于许多行业，如机械、汽车、飞机、船舶、电子、轻工、建筑、化 工、纺织及服装等。cad技术应用于机械类产品设计的比例最人，机械cad在整个工程 cad中占有比较重要的位置。1. 1.2 cad软件现状、主要分类，及各自的主要特色cad是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写 技术文档等设计活动的总称。根据模型的不同，cad系统一般可分为二维cad系统和三 维cad系统：二维cad系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本”等 几何元素的集合，所依赖的数学模型是几何模型1。h前使用最多的是autodesk公司 的aut

7、ocad软件。三维cad系统的核心是产品的三维模型，这种三维模型包含了更多的实际结构特征, 使用户在采用三维cad造型工具进行产品结构设计时，更能反映时间产品的构造或加工 制造过程。冃前使用最多的有ptc公司的pro/engineer软件；eds公司的ugh软件； sol idworks 公司的 sol idworks 软件；ug 公司的 sol i dedge 软件。根据产品结构，生产方式和组织管理形式不同，企业对cad软件的功能又有四方面 不同需求：一、计算机二维绘图功能：“甩掉图板”把科技人员从繁琐的手工绘图中解放出来, 其是cad应用的主要冃标，也是cad技术的最主要功能。二、计算机辅

8、助工艺设计（capp）功能：进行工艺设计，工艺设计任务管理，材料定 额管量等功能，实现工艺过程标化，保证获得高质量的工艺规程，提高企业工艺编制的 效率和标准化。三、三维设计，装配设计，曲面设计，飯金设计，有限元设计，机构运动仿真，注 塑分析，数控加工等三维cad, cam功能，可以解决企业的三维设计，虚拟设计与装配, 机构运动分析，应力应变分析，饭金件的展开和排样等困难，使企业走向真正的cad设 计。四、产品数据管理pdm。复朵产品的设计和开发，不仅要考虑产品设计开发结果。 而且必须考虑产品设计开发过程的管量与控制.管量产品生命周期的所有数据（包括图 纸技术文档）以及产品开发的工艺过程，使ca

9、d、capp、cam等系统实现的数据共享，使 产品设计工作规范化保持一致性，保证图纸，工艺卡，加工代码，技术资料等的安全性。1. 1.3 cad发展方向当前工业金业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企 业间i韦i绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系 统和新的生产管理方法。如并行工程、及时生产、精良生产、墩捷制造和虚拟现实技术 等，所有这些先进制造技术和系统都与cad系统的发展与应用密切相关。冃前cad系统 的发展趋势主要体现在以下几方面2:cad系统应用面向产品的全过程：在产品的全过程屮，要求产品的信息能在产品生 命周期的不同环节方便地

10、转换.有助于产品开发人员在设计阶段能全方位地考虑产品的成本、质量、进度及甩户需求。cad系统应充分考虑产品的继承性：在产品的更新换代过程屮，要求能方便地获得产品 的全部历史数据.以便充分利用已经经过生产实践的产品信息。1）在用cad系统进行新 产品成品的开发设计时，只需对其中极少部分零部件进行重新设计和制造.即可得到全 新的产品。2）对于类似零件，当采用特征建模法完成新零件设计后，并当类似的零件变 型不断出现时，应自动将零件功能特征模型转为典型零件模型。这不仅大大缩短了产品 开发周期，节约了研制成木，还提高了产品的标准化程度。保证了产品的一次成熟性和 一次成功性。cad系统应满足并行设计的要求

11、：并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计 方法。产品在设计过程屮可以容易地被分解为不同的模块，分别由不同设计人员分t进 行设计.然后通过计算机网络进行组装和集成。在产品的开发过程中，使开发组成员易 于实现半结构化通信.同时不同的设计层具有不同的管理使用权限。对产品建立统一的 数据模型后进行动态管理。cad系统应满足灵活的虚拟现实技术：设计人员可在虚拟现实中创造新的产品模型。 并检查设计效杲，可以及早看到新产品的外形，以便从多方面观察和评审所设计的产品: 可以运用虚拟t具任意改变产品的外形而无需耗费材料及占用加t设备。这种方法可尽 早地发现在产品研制过程的最初阶段出现的设计缺陷如结构空间的干

12、涉等问题，以保证 设计的准确性。cad系统要具有很好的可移植性和自组织性：在cad系统中.用户可以 根据自己的需要随时加入运行文件和模块.还可重新装配齐个模块屮的子模块。或者按 照自己的要求修改系统中的不足之处。而这种修改不会影响这个cad系统。cad系统要具有很好的集成性：cad与capp、cam的集成已成为工程领域屮急需解 决的问题。一般可以通过两个途径來解决：一是通过接口，将现有的各口独立的cad、 capp和cam系统连接起來；二是开发集成的cad/capp/cam系统。智能cad系统：智能cad是一种新型的高层次计算机辅助设计方法和技术。它将人 工智能的理论和技术与cad相结合，使计

13、算机具有支持人类专家的设计思维、推理决策 及模拟人的思维方法与智能行为的能力，从而把设计自动化推向更好的层次。这种智能 性具体表现为：（1）智能地支持设计人员，而且是人机接口也是智能的。系统必须懂 得设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。（2）具有推理能力, 使不熟悉的设计人员也能做岀好的设计来。在未來的几十年里，cad技术将在建模技术、软件组件技集成智能化等方面进一步 发展，因而也必将在机械工程设计的各个领域发挥越來越重要的作用。pro/e软件简介1.2.1软件概述pro/engineer软件是美国ptc公司开发的cad/cam/cae系统解决方案。在冃前的三 维造型软件领

14、域屮占有十分重要的地位，其强大的三维处理功能、先进的设计理念和简 单实用的操作受到许多设计者推崇，并作为当今壯界机械cad/cae/cam领域的新标准而 得到业界的认可和推广，是现今最成功的cad/cam软件之一。pro/e第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库來解决特征的相关 性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所 有的模块。pro/e的基于特征方式能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程 设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用在单机上。pro/e采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、饭金设计、 加工处理等，保

15、证用户可以按照自己的需要进行选择使用3。参数化设计和特征功能pro/engineer是采用参数化设计的、基于特征的石头模型化系统，工程设计人员采 用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，你可以随意勾 画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和 灵活。单一数据库pro/engineer是建立在统一基层上的数据库上的，它不像一些传统的cad/cam系统建立 在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程屮的资料全部来自一个库，使得每个独立 用户在为一件产品造型而工作，而不管他是哪个部门的。换言之，在整个设计过程的任 何一处发生改动，亦可以前后反应

16、在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图 有改变，nc （数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何改动，也完全同样反 应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得一件产品的设 计结合起来。这-优点使得设计更优化，成品质虽更高，产品能更好地推向市场，价格 也更便宜。1.2.2 pro/engineer 软件包简介pro/engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基木部分，其中功能包括参数化 功能定义、实体零件及组装造型、三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视 图（三维造型还可以移动、放大或缩小和旋转）。pro/engineer是一个功能定义系统， 即

17、造型是通过各种不同的设计专用功能來实现的，其中包括：筋（ribs）、槽（slots）、 倒角（chamfers）和抽空（shells）等，釆用这些手段来建立形体,对于工程师来说是 更自然、更直观的，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数化功能是采用符号式 的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建 立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一 个参数改变，其他相关的特征也会自动修正。 这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，述 可以传送到绘图机上或一些支持postscript格式的彩色打印机。pro/engineer述可输 出三维

18、和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准 数据交换格式來实现的。用户更可以配上pro/emgheer软件的其他模块或自行利用c 语言编程，以增加软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的 设计能力,组装能力（人工）和工程制图能力（不包©ansi, iso, din或jis标准）, 并且支持符合工业标准的绘图仪（hp,hpgl）和黑白机彩色打印机的二维和三维图形输 岀。pro/engjlneer软件包的主耍功能如下4:1、特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳）。2、参数化（参数二尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）。3、通过零件的特征

19、值z间、载荷/边界条件与特征参数z间(如表面积等)的关系 来进行设计。4、支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件、交替排列、pro/program 的各种能用零件设计的程序化方法等)。5、贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地 方改动)，其它辅助模块将进一步提高扩展pro/engtneer的基本功能。1.3齿轮建模的研究现状在现代工业屮，齿轮传动是应用最为广泛的一种传动方式。为了保证齿轮传动的精 确性，在齿轮传动设计中，对齿轮的精确建模显得尤为重要，如何提高利保证齿轮传动 的精确性是目前齿轮建模研究领域的重点研究方向。目前，齿轮建模方法有很多，如描 点法，

20、参数法，利用插件法等各种方法5。(1) 描点法描点法是构建齿轮参数化模型通用的方法，其建模过程一般为：首先建立齿廓曲线 的数学模型，求取曲线上点的坐标，然后根据坐标值描绘出齿廓曲线草图，最后通过齐 种三维建模软件的三维建模功能建立齿轮的三维模型。它可以推广至各种不同齿廓曲线 齿轮的建模，只要建立相应的齿廓曲线的数学模型，利用计算软件求得一系列离散点的 坐标值，在三维造型软件中描点绘出齿廓曲线草图斤，进行拉伸或者切除等命令即可得 到齿轮的三维模型。其建模过程比较繁琐，但只要建立精确的数学模型，多取些型值点 就可以获得较高的曲线精度，从而提高三维建模的精度。(2) 参数法参数法是利用描点法屮论述的

21、相应的齿廓曲线算法编写程序，建立一个通用的齿轮模板 文件。在进行齿轮建模时只需调用和应的模板文件，通过修改和应参数，自动生成所需 的齿轮模型。此种建模方法因模板文件已将描点法屮的分析曲线，建立数学模型，计算 型值点坐标等过程编写成程序内置，故其界面比较简单。对于常用的标准齿轮建模，只 要精度更求不是很高，采用这种方面很方便，用户只需输入参数，就可方便迅速地建立 所需的齿轮模型。(3) 利用插件法利用插件法是一种非常便捷的齿轮建模方法。现在的三维建模软件，人多提供了丰 富的数据接口，fl前市场上有很多发展成熟的第三方插件可供选用，以geartrax为例， 其功能强大且易学易用，用户只需打开其界面

22、，在geartrax中选定齿轮参数后，点击“绘制”，即可完成齿廓曲线的绘制。然后在齐种不同的三维建模软件中通过拉仲、切 除特征等一系列操作，即可得到相应齿轮的三维模型。这三种齿轮建模方法都有很强的实用性，用户可根据自身设计需要选择适合自己的 齿轮建模方法，以达到最佳的设计结果。1.4本文研究内容简介齿轮传动是机械设备中应用最广泛的动力和运动传递装置，广泛应用于航空、汽车、 机床和口动化生产线等各种通用机械中。齿轮啮合的力学行为和工作性能对整个机器有 重要影响。随着机械行业的不断发展，齐种精密机床不断被研发，对齿轮的成形精度有 了越來越高的要求。为了精确模拟齿轮的实际成形过程，就要求对齿轮进行精

23、确的三维 建模。本文基于pro/e3. 0平台上进行齿轮的三维建模研究。本文主要讲述了渐开线斜 齿圆柱齿轮、渐开线直齿圆柱齿轮以及直齿圆锥齿轮这三种常用齿轮的参数化建模方 法。通过对这三种不同齿轮的参数化建模方法的研究，可以非常明确的了解其建模方法 的异同z处，对进一步进行齿轮有限元分析、齿轮啮合运动学和动力学分析等有着十分 重要的意义。2渐开线斜齿圆柱齿轮参数化建模齿轮是一种通用的传动机构，有特殊的设计和加工技术，其加工精度对传动精度、 机床稳定性等有重要影响，因此实现齿轮的精确建模是后续研究的重要保证。参数化建 模是指用参数表达式来表示零件的尺寸关联和加性，t程技术人员可以通过修改零件的

24、特定参数和属性，然后根据相关联的尺寸表达式的作用而引起整个模型的变化，从而可 得到所需的零件6。本章主耍论述了齿轮渐开线的形成原理和在pro/engineer(pro/e) 屮实现渐开线斜齿圆柱齿轮实体建模的详细方法。在pro/e中，通过参数化建模的方法, 生成齿轮的完整渐开线齿廓，采用特征操作方法生成了渐开线斜齿圆柱齿轮的三维实体 模型。此种建模方法对其它类似零件的实体建模有重要的借鉴意义。2. 1齿轮渐开线的生成原理标准渐开线齿轮的齿廓部分形状如图2.1所示，由机械原理知识可知，当一直线bk 沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点k的轨迹ak就是该圆的渐开线，这个圆称为渐开 线的基圆，半径为rb

25、 ,直线bk叫做渐开线的发生线；角bk叫做渐开线ak段的展角， 如图2. 2所示。从而得到渐开线的极坐标方程为7：(2-1)rk=rb/cos «根据渐开线的生成原理，得到渐开线曲线的数学分析，得到如下的数学关系方程8：(2-2)x=rbsinurbucosu y=rbcosu+rbusinu式中，rb为渐开线的基圆半径；u=tan(a k)为渐开线上任一点k的滚动角；a k为 渐开线上k点的压力角。图2.1齿轮单齿端面轮丿郭图2. 2渐开线生成原理2. 2渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化建模步骤本文以无锡开源机床厂提供的xk2425-600型龙门镇铳床传动箱中的主动齿轮为例, 介绍基于p

26、ro/e的渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化建模过程，齿轮的参数如表2. 1所示， 具体步骤如下：表2.1渐开线斜齿圆柱齿轮口变参数自变参数名端 面模数数l压 力角旋角宽齿 顶高系 数顶 隙系 数位系 数代号mn2ahacx斜齿轮4cz520°15°010.250(1) 创建新的零件文件。打开pro/e,单击工具栏新建文件的按钮，选择零件模块, 输入零件名称：helical_gear,点击0k。将坐标系prt_csys_def及基准平面right、top、 front显示在画面上；(2) 设置参数。点击“工具”下拉菜单屮的“参数”，出现如图2. 3所示的对话 框，根据齿轮的参数进行

27、设置；图2.3参数设置(3) 作圆曲线。点击特征工具栏“草绘”按钮，选取front而作为基准面，画四 个圆，点击“工具”下拉菜单中的关系，输入如图2.4关系式，系统自动将关系式添入 驱动，生成齿轮的基圆、齿根圆、分度圆和齿顶圆，如图2. 5；薦关系匚i问区文件 編辑 插入 参数 实用工具 显示 查找范围js2d0001关系c c % 庵)d x 护二？ r 114 /xy 3()ht= (hax+x)*mnh£= (hftx+cx-x)*mnalpht_t=atwi (tan («lph<)/cos (beta) d=mn*z/cos (beta)da=d+2*had

28、b=d*cos (alpha_t)2*h閔dbd 卜 = f=dodld2 d s s s重置图2. 4齿轮各圆曲线关系式图2.5关系驱动生成的齿轮基圆、齿根圆、分度圆和齿顶圆匚叵区(4) 作齿廓线(渐开线)。点击特征工具栏“基准曲线”按钮，选取“从程” - “完 成”-“选取坐标系”(选取系统坐标系prt csvs def)- “笛卡尔”,弹岀如图2.6 所示的文木编辑框，输入如图所示的关系式，点击文木编辑框的“文件” -“保存”， 然后关闭，生成如图7所示的渐开线； rel. ptd -记車本文件迈)漏辑 格式© 查看帮助/*为笛卡儿坐标系输入参数方程"根堆t (務从険

29、gfn对x, yjoz"例如:对在xp平面的一个囿，中心衽原点 "半径参数方程将是：/»x = 4 * cos ( t » 360 )/»y = 4 * sin ( t * 360 )/* 2=0/*r=db/2 theta=t*45 x=r»cos(theta)*r*sin(theta)*tbeta»pi/180 y=r»sin(theta)-r»cos(theta)*theta*pi/180图2. 6渐开线方程式(5) 作基准轴、基准点、基准面。点击“基准轴”按钮，按住“control”键选 取top

30、和right基准面即可生成齿轮基准轴a_l。点击“基准点”按钮，按住“control” 键选取步骤4)生成的渐开线和齿轮分度圆，即可生成基准点pnto。点击“基准而”按 钮,按住“control”选取基准轴a_1和基准点pnto,即可生成基准面dtm1,如图2. 7 所示；图2.7渐开线图2. 8创建基准轴、基准点和基准面(6) 作齿廓的镜像基准面。点击“基准面”按钮，选取上步生成的基准面dtm1 和基准轴a 1,在“旋转”选项中输入关系“360/ (4*z) ” ,即生成基准面dtm2,如 图2. 8所不；(7) 镜像生成单齿另一边的齿形线。先选取步骤4)生成的渐开线，再点击“镜像”按钮，选

31、择基准面dtm2为镜像参考即可，如图2. 9所示；图2.9镜像齿廓线（8）拉伸生成齿根圆柱坯体。点击“拉伸”按钮，依次点取“放置”-“定义”， 选择front面作为草绘面，拾取“从边创建图元”按钮，选择“环”，选取步骤3）生 成的齿根圆，点击“确定丿”,修改其长度尺寸为longtii,在关系文本框中添加关系： longth二b;（9）草绘端面齿廓。点击“草绘”按钮，选取front面作为基准面，拾取“从边创建 图元”按钮，选择“环”,选取齿根圆曲线、两条渐开线及齿顶圆曲线，点击“圆角” 按钮，绘制齿根过渡曲线，点击“草绘器约朿”按钮，使两圆角半径相等，点击“修剪” 按钮，将多余的线删除，点击“确

32、定，修改半径尺寸为添加关系：r=0. 38*mn, 生成的齿廓如图2. 10所示；图2. 10齿轮端面齿廓（10）进行特征操作生成另一端齿廓。选择菜单栏“编辑” -“特征操作” - “复 制”-“移动” “独立”-选择上一步骤生成的齿廓-“平移” “平面” -选择front基准 面-“正向”，输入平移距离：b（即齿宽），再选择“旋转” “坐标系”-选择系统坐标 系-“刁轴” - “反向”（该齿轮为左旋，若为右旋，则选“正向”，根据右手定则判定） -“正向”（即确定），旋转角度先不管，点击确定，修改旋转角度为theta,添加关系: theta=2*b*tan （beta） *180/ （pi*d

33、）,结果如图2. 11所示，旋转角度的原理图9如 图 2. 12；图2.11齿廓的特征操作结果p图2. 12斜齿轮展开图(11) 作扫描轨迹。若将斜齿轮的分度圆柱面水平展开，则其螺旋线成为斜直线， 斜直线与轴线之间的夹角即为分度圆柱上螺旋角3。先“拉伸”操作生成分度圆柱面, 修改拉伸尺寸,添加关系:longthl=b+10o再点击“草绘”按钮，选取rtght面为草绘 平而，作一斜直线(注意齿轮旋向)，点击“确定丁”，修改角度尺寸，添加关系： angle二beta。最后点击菜单栏“编辑” -“投影”,将所作直线投影到分度圆柱面上；(12) 混合扫描生成单个轮齿。先选屮上步骤生成的投影线，点击菜单

34、栏“插 入”-“混合扫描”，点选实体按钮，点击“剖面”，在剖面选项中选取“所选截面”先选取扫描路径上箭头所在的-端齿廓，点击“插入”，选取另一端齿廓，点击“确定 ,生成如图2. 13所示的轮齿；、图2. 13混合扫描生成一个轮齿(13) 阵列生成所有轮齿。先选中上步生成的轮齿，点击“阵列”按钮，阵列方式 选“轴”，输入阵列个数和角度，点击“确定丿”;(14)生成轴孔。点击“拉伸”按钮,选取frongt为草绘面,绘制如图214所示草图，点击确定，最后生成完整的斜齿轮模型如图2. 15所示。图2.14轴孔截而图图2. 15完整的齿轮实体模型2.3小结基于pro/e的参数化建模，用户可以定义各参数之

35、间的相互关系，使得特征之间存 在依存关系。当修改某一单独特征的参数值时，会同时牵动其它与之存在依存关系的特 征进行变更，以保持整体的设计意图。因此在同类零件的设计中，使用参数化造型方法, 通过修改零件的特定参数和属性，然后根据相关联的尺寸表达式的作用而引起整个模型 的变化，即可得到所需零件，从而为工程人员节省大量时间。3渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模本章通过对渐开线的生成方式及数学原理的分析，提岀了一种使用pro/engeer软 件对渐开线圆柱齿轮进行参数化设计的具体方法，并通过实例对其加以论证，证明了该 设计方法的可行性。3. 1渐开线直齿圆柱齿轮的参数渐开线有以下特性10：1. 发生线沿基圆

36、滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长度。2. 渐开线上任意点的法线恒与基圆相切。3. 渐开线愈接近于基圆的部分，其曲率半径愈小；离基圆愈远，曲率半径就愈大。4. 渐开线的形状取决于基圆的大小。在展角相同的情况下，基圆的大小不同，渐开 线的曲率也不同。基圆半径愈小，其渐开线的曲率半径愈小；基圆半径愈大，具渐开线 的曲率半径愈大；当基圆半径为无穷大时，其渐开线变成一条直线。5. 基圆内无渐开线。如图3.1所示，齿廓在点k所受正压的方向(即齿廓曲线在该点的法线)与点k速 度方向线之间所夹的锐角，为渐开线在点k的压力角，用qk表示，a k=zkob, cos a k=rb/rko 由 a obk,有ta

37、n a k=bk/rb=rb(a k+ 0k)/rb=a k+ 0 k (3-1)则有0 k=tan a k- a k(3-2)其中,bk为线段bk的长度，展角ok为压力角a k的渐开线函数，:t程上常用inv a k 表示9 k,即0 k=i nv a k二tan a k- a k(3-3)渐开线的极坐标参数方程式为:(3-4)r=rb/cos a kinv a k=tan a k- q k用直角坐标来表示渐开线时，其方程式为：(3-5)x=rbsin a krb a kcos a ky=rbcos a krb a ksin a k渐开线发生线&b基园图3.1渐开线渐开线直齿圆柱齿轮

38、最基本的参数有模数m和齿数z,节圆的直径就等于模数m和 齿数刀的乘积。所以，一旦模数m和齿数刁确定以后，整个齿轮的大小就已经确定下來 to3.2渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模对渐开线直齿圆柱齿轮进行参数化建模的口的是使设计者在设计过程屮方便地使 用该模型，只要输入模数、齿数、厚度、齿根圆角半径以及变位系数，就能自动生成设 计者所需要的齿轮模型，所以要在这个前提下对渐开线直齿圆柱齿轮进行建模。设计流程建模的具体过程如下11：(1) 新建一个 prt文件(在proe中，prt文件代表零件)。在建立该文件的时 候，不同的行业最好使用各自不同的模板，因为在模板中定义了不同的单位、参数和出 图格式等，所以

39、在建模z前应先选择合适的模板，以便于后续工作的进行，如同3.1、 3. 2所示。絵件件造囹式喪衰局记 草零组刮绘格按图布标 型逋 3 h a s 上©eoeee'e©.e子类型8实体 复台 板金件 主体名称 沙心 公用名称使用缺省模板取消图3. 1新建.prt文件图3.2模板的选泄（2）进行参数设置，如同3. 3所示。参数不用设置太多，只需设置影响齿轮外形 的6个参数就可以了。它们分别是齿轮厚度、模数、压力角、齿数、齿根圆角半径以及 变位系数。为了方便起见，需要把这些参数设为实数型。此外，还要为这些参数设定一 个初始值，如同3. 4所示，其中变位系数的初始值最好设为

40、0,因为使用不变位齿轮的 机会比较多，对其他参数的初始值并没有具体的要求。具体步骤是：在菜单中选择set up（设置）parameters （参数）creat （创建）。参数关系设置好后,得到如同3. 5 的新参数。（3）建模。为了确定渐开线直齿圆柱齿轮的外形尺寸，最好先画出基圆、齿根圆、 节圆和齿顶圆。在画这些圆的时候，可以随意定尺寸，只要记下它们的尺寸参数，等到 写程序的时候再把它们的尺寸和最初设泄的外部参数联系起来就可以，建议把基圆的直 径设为模数、齿数和压力角初始值的乘积，以免在以后的建模过程中出现不必要的错误。 具体建模过程分别如同3.6 3.7所示。（4）画出渐开线。在proe中画

41、渐开线的唯-方法就是通过方程画曲线。具体步骤是： 在菜单中选择crv options （曲线选项）f from equation （从方程），然后选择基准平 面（与基圆在同一平面），接着选择坐标系，然后再设置坐标系类型为cylindrical （柱 坐标），最后在弹出的窗口中输入曲线方程如下，如图3. 8所示：r=module x num_tceth x cos（pressure_ang）/2 x cos（45 x t）theta=tan （45x t） x 180/pi-（45 x t）z=0插入一个基准平面dtm1,如图3. 9所示，通过坐标系原点以及渐开线与节圆交点， 并垂直于渐开线所在

42、的平面，然后再插入一个基准轴a-1；通过坐标原点并垂直于渐开 线所在的平面，接着再插入一个基准平面dtm2,如图3. 10所示，通过基准轴a-1,与 基准平面dtm1形成一个夹角（该夹角的尺寸通过程序来确定），使用基准平面dtm2对 刚才所画的渐开线进行镜像操作，这样齿槽的形状就确定下来了。3>»4山 hjsi3tw m »ain a*1 性1尊r* l-m i - ia0砒9g明30s)«p®xa?9»2s用咤浙mwakl£sa20s3两户5£湎圧力角&u剂1.000000圈rp555waq.2wooosii

43、o.ocnoocri户炯航和m0.000000憎爵1gf0.000000虧出*xo omnooe»用户磁“出屈住po.owws3分昭咅38o.qococc/j5户s?湎raitih0 ooooooxm筠r債户直册£9 1号* -£ljttjmtt ooi w u cm 3图3. 3参数设置图3.4关系设置图3. 5新参数的生成图3. 6尺寸切换图3.7关系再置e rel. ptd -记3jt本文洋e）編锯梏式査署电）帚舫）/为笛卡儿坐标系前殛薮方程"根站上（将从8交越对x.师z/ f祇口:对在x-y平面的一个凰中心在原点/-半径虬莽数方程将是：/

44、7;x - >1 » cos （ t » 360 >/*y 為* sin （ t « 360 ）/z « 0 theta->i5*tr-db/2x»r«cos(theta)>r*sin(theta)*pi*theta/180 y«r*sin(theta)-r«cos(theta)*pitheta/180 z-0图3. 8 illi线方程的输入（5）通过拉伸方式生成齿坯，然后以两条渐开线以及齿顶圆和齿根圆为基准，剪 切出齿槽形状，其他齿槽通过阵列的方式产生。由于第一个齿槽生成方式的关系，无法

45、直接进行阵列，所以可先用旋转方式复制一个齿槽，然后再对该齿槽进行阵列（由于刚 开始时尺寸不一定准确，所以阵列个数最好尽可能少些）。阵列完以后，这个齿轮就已 基本成型了。在输入程序之前，必须检查每个尺寸的参数。查看尺寸参数的具体步骤是：在菜单 中选择relations （关系）-show dim（显示尺寸），然后再选择你想要检查的尺寸。（6）输入程序。在菜单中选择program （程序）一edit design （编辑设计），在 弹岀的窗口屮输入程序，如图3. 12所示。输完以后，渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模 的工作就全部完成了。使用者点击菜单中的regenerate选项，系统会让使用者选择是

46、否要输入参数，输完参数以后，系统就会自动生成使用者想要的渐开线直齿圆柱齿轮， 如图3. 13所示。图3. 9插入基准平面dtm1图3. 10插入基准平面dtm2图3. 11通过拉升方式生成齿坯确定取消图3. 12程序的输入图3.13齿轮模型的生成3.2.2源程序以下为proe的program模块环境下的源程序:versionrevnum 5948零件 gear_cylindervar 的列表：inputthick number“请输入齿轮厚度”module number“请输入模数”pressure ang number“请输入压力角”num_teeth number“请输入齿数”root_r

47、ound_rad number“请输入齿根圆角半径”var_coef number“请输入变位系数”end inputrelationsif modulevi x确定齿根圆直径dedendum_dia二modulex (num_teeth-3. 5+2x var_coef)elsededendum_dia二modulex (numteeth-2. 5+2x var_coef)end ifbase_dia二modulexnum_teetiix cos (pressure_ang) x 确定基圆直径pitch_ di a二module x num_teeth x 确定节圆直径addendum_di

48、a=modulex (numjteeth+2+2 x var_coef) x 确定顶圆直径d8二360/(num.teeth x4) x对各个内部参数进行赋值d11=thtckpl二num teeth-1d94=36o/(p1+1)d104二d94di 74二root_round_radend relations3.3设计实例也论证某机械厂在其新开发的kdf2e机组上使用了一对使用上述方法设计的渐开线直线圆 柱齿轮（如图32所示）。其设计要求是它们能够完全啮合，而且压力角必须为20° o图3.2渐开线直齿圆柱齿轮模型实例其中左边齿轮的参数设置为：thick二16module二2pre

49、ssure_ang=20num_teeth=32root_round_rad=o. 3var coef=o右边齿轮的参数设置为：thtck=16module=2pressure ang=20num teeth=48root_round_rad=o. 3var_coef=o然后在proe环境屮建立一个.asm文件，对这两个齿轮进行装配。先在装配模型中画两 条互和平行的中心线，把它们之间的距离设为两个齿轮的节圆半径之和，然后再放置第 一个齿轮，在放置过程中只使用中心线重合一个约朿，接着再放置第二个齿轮，在放置 过程中可使用两个约束，一是中心线重合，另一个是两条渐开线相切。装配完成后，使用proe自

50、带的分析功能对其进行分析，结果发现两个齿轮能够完 全啮合，而且在两个齿轮啮合处的压力角也正好为20° ,这与设计要求完全吻合，同时 也证明了上述方法在实际应用小是可行的。3.4小结渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模的方法有许多，例如建立标准齿轮和变位齿轮两 种，然后再把它们装配在一起，通过装配中的编程来选择其中一种。这种方法看起来考 虑得非常全而，但是由于它混淆了零件和结合件的概念，所以不利于在pdm系统中的应 用，而且人为地把齿轮分成标准齿轮和变位齿轮也没有多大必要。本章介绍的这种渐开 线直线圆柱齿轮参数化建模的方法操作起来比较简单，制造的齿轮模型使用起来也非常 方便，大大减少了设计者的

51、工作量。该方法在某些机械制造厂已经得到了广泛的应用， 实践证明这种方法是可行的。4直齿圆锥齿轮参数化建模本章主要介绍了一种在pro/e环境下和确的生成参数化控制的直齿圆锥齿轮模型及 其模型库的方法。4. 1参数化建模原理分析参数化设计方法使设计者构造模型时可以集屮于概念设计和整体设计，充分发挥创 造性，提高设计效率。其主要思路如图4.1所示，通过对产品建模特征的解析，从特征 中抽象出特征参数，再对特征参数进行分析，得到参数模型。根据模型信息建立参数间 关联与约束，并确定某些参数为设计变量，进而建立由设计变量驱动的零件族。图4. 1参数化建模思路通过参数化的方法建立零件，可以方便零件族的实现及其

52、管理操作，可以实现设计 中大量重复、改进型设计效率的提高。参数化设计对于形状大致相似的一系列零部件， 只需修改相关参数，便可生成新的零部件，从而大大提高设计效率。零件族由一个模板和用来驱动模板的表格组成，模板含有生成零件族成员的全部特 征，族表反映模板设计变星值、表达式关系及零件属性等的更改。零件族成员是一系列 结构相似的零件，对模板的修改将自动更新零件族的所有成员。在pro/engtneer中建 立的零件族实现方法主要有跖种12：(1) 族表。先建立一个通用零件为父零件，然后在其基础上对各参数(如尺寸，特 征参数，组件等)加以控制，生成派生零件；(2) 程序建模。pto/engjlneer具

53、有开放的体系结构和优秀的二次开发t具，允许开 发者根据客户的特殊需要来进行扩充和修改。利用pro/engineer建模时，pro/program 会产生特征程序，它记录着模型树(model tree)中包括各个特征的建立方法、参数设置、 尺寸以及关系式约束等在内的每个特征的详细信息，可以通过修改和添加特征的 program来生成基本参数相同的模型库。4. 2直齿圆锥齿轮参数化建模直齿圆锥齿轮是机械工业屮广泛使用传递两相交轴z间运动和动力的重要基础零 部件，它的绘图工作繁杂费时。而这类零件大部分具有相似的结构和形状，在新产品的 设计和图纸绘制过程中，不可避免要反复修改，进行零件形状、尺寸的综合协

54、调和优化。因此，应用参数化建模技术有非常重要的经济效用和现实作用，对于提髙设计效率和保 证设计质量也具有重要意义。4.2. 1零件解析首先进行直齿圆锥齿轮的建模特征解析。直齿圆锥齿轮相交两轴间定传动比的传 动，在理论上由两圆锥的摩擦传动来实现。圆锥齿轮除了有节圆锥之外，还有齿顶锥、 齿根锥以及产牛齿廓球面渐开线的基圆锥等。圆锥齿轮的齿廓曲线为球面渐开线，但是 由于球面无法展开成为平面，以致在设计甚至在制造及齿形的检查方面均存在很多困 难，本文采用背锥作为辅助圆锥(背锥与球面相切于圆锥齿轮大端的分度圆上，并且与 分度圆锥相接成直角，球面渐开线齿廓与其在背锥上的投影相差很小)。基于背锥可以 展成平

55、面，本章相关参量的计算均建立在背锥展成平面的当量齿轮上进行。基于以上的分析和简化确定建立该模型所需的参数：(1) 分度圆锥角8：分度圆锥的锥角的1/2即为分度圆锥角；(2) 外锥距r：圆锥齿轮节锥的大端至锥顶的长度；(3) 大端端面模数in；(4) 分度圆直径d：在圆锥齿轮大端背锥上的这个圆周上，齿间的圆弧长与齿厚的 弧长正好和等，这-特点在后面建模过程中得到利用；(5) 齿高系数h*、径向间隙系数c*、齿高h；(6) 压力角：圆锥齿轮的压力角是指圆锥齿轮的分度圆位置上，球面渐开线尺廓 面上的受力方向与运动方向所夹的角，按照我国的标准一般取该值为20° o4. 2.2建模策略根据零件解析屮所得到的基木模型参数抽象建模特征所需的特征参数。在直齿圆锥 齿轮屮抽象得到的特征参数有，alpha (压力角，根据国家标准，设定值为20) > delta (分度圆锥角)、m (锥齿轮模数)等，如图4.2所示。文秤x* w；曲s3 * zmwoa图4.2特征参数设定在特征参数中确定设计变量，z：直齿锥齿轮齿数；m：直齿锥齿轮模数；z_asm： 配合齿轮的齿数（分度圆