基于ProE平台上的双圆弧齿轮的参数化设计

基于Pro/E平台上的双圆弧齿轮的参数化设计摘要：双圆弧齿轮是一种具有凹凸齿廓啮合的高效齿轮，其优点是承载能力高，制造工艺简单，成本低。利用Pro/E中的Program编程，以实现对双圆弧齿轮的参数化设计，为对双圆弧齿轮的进一步研究打下基础。关键字：双圆弧齿轮Pro/E参数化设计Pro/ToolkitVisualC++引言：参数化设计是指通过改变图形中的一部分或几部分的尺寸参数，自动的完成对零件图形相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。参数化设计有以下几则好处：1）节省不必要的花费，绘图人员只需调入零件库后输入参数即可应用；2）可以无数次的修改参数来满足不同规格的零件装配等的需求，降低劳动强度，提高工作效率。基于Pro/E的参数化设计可以通过以下三个途径完成：1）利用插件设计即Pro/Toolkit和VisualC++共同完成的的编制，其优点是零件参数化可以实现真正的模块化，但由于所需的专业知识特别强，设计人员必须具备机械专业的知识和CAX，而且对面向对象化的编程（VisualC++）也必须熟练掌握，这给机械行业人员带来巨大困难，所以插件设计只适合于专业开发Pro/E等软件外挂的人员应用；2）基于家族表（FamilyTable）平台上的参数化设计，其优点是以表格的形式出现，操作简单，使用方便，但设计的通用性低，使用零件标准变化不大的场合；3）基于Pro/E界面上的Program平台上的参数化设计，他的优点以上优点兼而有之，只需简单的编程语句，如：赋值语句和条件语句就可以，初学者只要懂以上两种语句的应用即可。由于其编程简单易懂，所以非常适合大众化的编程来开发简单的通用化模块，是非专业开发人员的好工具。文中是通过Pro/E中的Program实现对双圆弧齿轮的参数化设计的，在此基础上可以建立零件的3DCAD模型，为双圆弧齿轮的传动、仿真、优化设计、应力应变分析打下基础。确定绘制双圆弧齿轮的基本参数图1所示为GB12759-91型双圆弧齿轮的基本轮廓图1用Pro/E绘制的双圆弧齿轮齿廓图上图中可以看到，一个完整的双圆弧齿廓是由八段圆弧组成的，这八段圆弧所在的圆的方程可由下列四个方程段表示（方程各参数参见参考文献[1]）：式中个参数：——凸齿齿廓圆弧半径——凸齿齿廓圆心偏移量——凸齿齿廓圆心移距量——齿顶高——凸齿接触点齿厚——凸齿连接点高——凸齿工艺角——连接圆弧半径——凹齿齿廓圆心偏移量——凹齿齿廓圆弧半径——凹齿齿廓圆心移距量——凹齿工艺角——齿跟高——齿跟圆半径（注：坐标系为图1所示）确定双圆弧齿轮齿廓实体及参数为了完成对双圆弧齿轮基本齿廓的绘制，需要四段圆弧的圆心坐标和半径，根据上面四个式子求得结果如下表：表1各圆弧的参数列表区段圆心横坐标圆心纵坐标半径凸齿圆弧段-过渡圆弧段凹齿圆弧段齿跟圆弧段草绘双圆弧齿轮轮廓及单个齿的形成以拉伸的方式绘制一个圆，单击工具/编程，输入相应的关系式：在INPUT和ENDINPUT中间输入以知参数表达式，如：TOOTH_NUMBERNUMBER=20“输入齿数Z：”模数（MODULE）、压力角（PRESSURE_ANGLE）、齿厚（WIDTH）、螺旋角（SCREW_ANGLE）的输入方式与之相同。在RELATIONS和ENDRELATION之间输入关系式与条件语句（条件语句的作用是确定在不同的模数范围内所使用的不同关系式），如：当模数在3到6之间时输入下列条件句：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输入完成后，保存后关闭记事本。表1中完成了四个圆的绘制，再于以（0,HA）、（0.5πm,HA）、（0.5πm,-HF）、（0,-HF）为顶点的矩形进行布尔运算，就得到了双圆弧齿轮右半个齿廓，如图1所示。再以镜像方式得到了一个完整的齿廓。保存草绘文档为chikuo.sec。接下来绘制双圆弧齿轮的齿外轮廓如图2所示图2pro/e草绘的双圆弧齿阔及各参数再将上面的个数据利用鼠标右键的属性改称如下的格式：d70=had61=ead56=ρad55=rjd75=hjad74=lad58=0.5*m*pid59=rgfd71=hfd16=lfd18=ρf等等将其旋转一个螺旋角度后，在投影到原来的面上，保存为*2.sec文档后关闭窗口。在绘制圆柱，如图3所示，比在关系史中插入如下关系式：D1=module*tooth_number-2*HFD0=module*face_width然后利用混合的方式草绘截面：再“插入”里单击“混合”中的“伸出项”，在瀑布式菜单中一次选“平行”“规则截面”“光滑”“完成”，单击圆柱的一个侧面，确定，在第一个截面草绘中单击“从文件”选择刚刚保存的*2.sec格式的草绘文件在比例中输入1，在旋转中输入0，再用鼠标将其拖至参考曲线上，单际确定，然后画第二和第三个，方法是：比例都是1，但第二个旋转负7.5度，第三个旋转负15度，单击确定按钮，完成混合。在出现的对话框中输入36.22和36.22完成。如图4所示：在关系中插入如下关系：d658=d0/2d622=d0/2d656=spiral_angle/2d657=spiral_angle然后关闭关系对话框。图3参数化齿轮圆柱的绘制图4一个齿廓的成型这是一个齿形的参数等式（等式左侧的参数各个计算机的显示不同只需输入相应参数即可）。再利用阵列命令将其以圆周方向阵列20个，如图5。然后进行相应的切槽工作，在切材料时需要如下关系式：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体3DCAD视图，见下图6。图5阵列完的齿轮3DCAD模型图6完整的双圆弧齿轮的3D模型参数驱动参数化设计的基本手段就是有程序驱动和参数驱动，程序驱动是通过几何模型的特点确定主参数和尺寸关系，从而使只要输入几何参数就可生成所需的模型。尺寸驱动主要完成用户编程或交互式输入，从而生成的模型。参数化设计的框图利用Pro/E的Program生成的双圆弧齿轮的基本步骤如下：1）根据输入的法面模数m确定齿轮各参数值，并赋予相应的参数；2）根据表1和矩形坐标对圆弧进行布尔运算；3）进行镜像计算和阵列最终得到所需的双圆弧齿轮的3DCAD模型，其程序框图如下：结束语参数化设计的最大优点是给工程技术人员带来极大的方便，是未来CAD技术的发展趋势。建立3DCAD模型，这对模型进行有限元分析（FEA）及优化设计、运动仿真和应力应变的分析等一系列后期工作打下基础，而且在快速原型技术（RPM）等现代制造技术中发挥着巨大作用。参考文献：[1].卢贤缵.圆弧齿轮啮合原理[]M.北京：机械工业出版社.2003[2].姚俊红等.双圆弧齿轮基本齿廓的图形参数化[J].德州：德州学院学报[3].赵春章.机械零件设计教程[M].北京：海洋出版社.2004[4].林清安.正齿轮自动化设计[J].中国台湾：国立台湾科技大学.2001[5].孙江宏.Pro/E2001高级功能应用与编程处理[M].北京：清华大学出版社.2003[6].成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社.2004[7].叶克明.齿轮手册[M].北京：机械工业出版社.1990[8].詹友刚.Pro/ENGINEER英文野火版教程——零件设计范例[M].北京:清华大学出版社.2005ParametricDesigningoftheDoubleCircularArcGearBasedonPro/EngineerAbstract:DoubleCircularArcGearisastyleofgears,whichhasconvex-concavetoothprofileandworkinhighefficiency.ThemeritofDoubleCircularArcGearisthatithashugeloadingabilities,simplymanufacturingprocessandlowcost.ByusingProgramofPro/,Wecanreceivetheparametricdesigningof