基于PROPE 布局控制的齿轮参数化设计.pdf

计算机应用 基于PROΠE布局控制的齿轮参数化设计 毛 君,李 娜 辽宁工程技术大学 机械学院,辽宁 阜新123000 摘要介绍了渐开线齿轮的PROΠE三维建模方法和设置齿轮的参数,通过ProΠE布局来控 制整个齿轮参数。利用PROΠE这种方法便于将机械零件的设计计算跟三维实体建模融合起来,从 而提高零件的设计计算和绘图效率,实现机器零件的快速造型和重构。 关键词 PROΠE;布局;齿轮;参数化设计 中图分类号 TH132 ; TP39 文献标志码 A 文章编号10032079420070720070202 Based on PROΠE Layout Gear Parameter Designs MAO Jun , LI Na Mechanical College of Liaoning Technical University , Fuxin 123000 ,China AbstractThe three - dimensional modeling of PROΠE to a involute gear is introduced ,and use layout to carry on the parameter entity modeling to design. Use this kind of to benefit ,because the calculate the design of machine components with three - dimensional entity modeling to merge. Thus improve design calculat2 ing and drawing efficiency of the part. Realize the fast model of the part to the machine and reconstruct. Key wordsPROΠE; layout ; gear ; parameter design 0 引言 ProΠE是美国PTC公司开发的CADΠCAEΠCAM 软件。该软件是采用参数化设计的、 基于特征的实 体模型化系统。ProΠE参数化的设计使用户可以运 用强大的数学运算方式,建立各尺寸参数间的关系 式,使模型自动计算出相应的外形。还可以运用所 提供的各种工具,进行二次开发,将繁琐的设计工程 化为几个变量的输入,快速生成新的实体模型。本 文以渐开线齿轮的参数化结构设计为例,使用手工 建模,在特征创建的过程中在Program中设置各个参 数与各个参数之间的关系,最后生成精确的渐开线 齿轮,并可以提示输入相应的参数,自动重新生成齿 轮,实现齿轮的模块化。 1 渐开线的数学模型 渐开线是直线BK沿圆周作纯滚动时,直线上 任意一点K的轨迹AK。如图1所示。 图1 渐开线的产生 根据渐开线的特性,可以得到渐开线的数学公式 xrb cos ξξsinξ yrb sin ξ-ξcosξ 式中 x、y k点坐标; rb 基圆半径; ξ 滚动角,ξθkαk。 2 渐开线齿轮参数设定 要应用ProΠProgram实现齿轮的参数化设计,首 先要在ProΠE中对齿轮进行三维建模。因为齿轮之 间具有很强的重复性,齿轮的主要参数有齿数、 模数 和压力角等。因此,只要对一个齿轮进行参数化的 设定,通过对设定参数的修改就可以得到其他的齿 轮。齿轮的主要参数设定见表1所示。 表1 齿轮各尺寸之间的关系和名称 参数含义参数名参数类型参数值 模数m实数3 齿数z整数30 压力角alpha实数20 齿顶高系数ha实数1 顶隙系数c实数0.25 分度圆直径d实数mz 基圆直径db实数mz cos alpha 齿顶圆直径da实数mz2ha 齿根圆直径df实数m[z - 2 hac ] 齿宽b实数用户给定 在给定上述参数之后,利用ProΠE的草绘4个 基准圆,分别为基圆、 齿顶圆、 分度圆和齿根圆。创 建完成之后,通过使用参数方程的形式定义渐开线 的齿廓线。 1建立渐开线方程 根据渐开线生成的基本原理,一条发生线沿齿 轮基圆作纯滚动时,直线上任一点的轨迹为基圆的 渐开线。根据渐开线方程得出以下渐开线的笛卡尔 07 第28卷第7期 2007年 7月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol128No17 Jul. 2007 坐标方程,零件特征中系统关系的坐标系PRT - CSYS - DEF作为三维坐标系 rdbΠ2 thetat45 xr cos theta r sin theatthetapiΠ180 yrsin theta - rcos thetathetapiΠ180 z 0 这里引用了齿轮基圆直径db构成笛卡儿坐标 方程,以此构成渐开线方程的的笛卡儿坐标方程。 2生成渐开线轮廓线 利用上面所述的渐开线方程生成的曲线如图2 所示。 图2 齿轮轮廓曲线 创建好齿廓一侧渐开线曲线之后,利用草绘绘 制工具的镜像、 基准轴、 基准平面等工具创建一个完 整的齿槽轮廓曲线。在创建了轮廓曲线之后,利用 拉伸以及借助边工具,创建一个轮齿。成功之后利 用阵列功能创建其余的各个轮齿。如图3所示。 图3 轮齿的建立 阵列成功之后,创建里面的实体,同样利用关系 工具进行控制。创建成功之后的图形如图4所示。 图4 三维模型 3 布局的建立及参数控制的实现 齿轮三维模型的建立以PROΠE为平台,模型建 立的目的有2个 1 为了生产提供三维数模样本, 也为结构详细设计提供一个良好的基础 ;2 为详细 的分析提供一个合理、 准确的模型,也为结构设计提 供一个强度校核的依据。 Layout文件的建立。Layout的核心功能是定义 产品的主要参数和主要尺寸,并且设定这些参数和 尺寸之间的关系。然后通过声明,使其他的设计部 分同Layout关联,从而实现Layout对整个零件的控 制。 Layout的次要功能是勾画出零件的外形及组成 部分,以实现对零件的直观认识。由于Layout的几 何部分是非参数的,Layout中的几何形状、 外形等没 有任何含义,只起一个视觉作用,就像手工设计中的 草图一样。 1在PROΠE中建立一个布局文件Layout ,其 本质上是一个结构尺寸示意图,布局文件用来定义 组件的基本要求和约束。而不必处理大量的或具体 的几何特征。在 “布局” 模式下创建的二维草绘,以 概念方式记录和注释零件或组件。创建布局文件的 主要目的是确定关键设计参数之间的配合、 大小和 其他关系,定义一组英语组件及其成员的全局参数。 然后,利用CAXA软件绘制齿轮的轮廓,如图5所 示。 图5 齿轮轮廓 2将其导入ProΠE中,同时在模型文件中需要 进行参数声明,声明指向之前建立的布局文件。这 样,模型的尺寸完全由布局文件驱动。布局文件建 立之后,便利用此来驱动三维模型,从而实现参数建 模。布局文件的实质是工程图的一种几何参数化描 述,最终的结果得到了一系列的具有树形拓扑关系 的布局文件和对应的模型组件文件。 4 结语 计算机相关技术和现代先进的设计手段的应用 为渐开线齿轮的设计提供了方便,也是其他产品设 计开发的必然趋势。本文从ProΠE布局文件出发, 对齿轮三维模型进行参数化控制。该方法特别适用 于结构上较为归正、 产品设计需求多变的产品开发。 当然在实际应用中参数化设计与人机交互设计应当 相互结合与补充,设计者的思想和经验在一定程度 上是计算机不能完全取代的。 参考文献 [1]罗述浩,罗正纲,阮月蛾.机械设计基础[M].重庆重庆大学出版 社,1999. [2]崔凤奎,等. ProΠENGINEER机械设计[M].北京机械工业出版社, 2004. [3]田绪东. ProΠENGINEER Wildfire 2.0三维机械设计[M].北京机械 工业出版社,2006. [4]徐锦康,周国民,刘极峰.机械设计[M].北京机械工业出版社, 2006. [5]徐国斌. ProΠENGINEER Wildfire在企业的实施与应用[M].北京 机械工业出版社,2006. 作者简介毛君1960 - ,辽宁岫岩人,教授,辽宁工程技术大 学机械工程学院院长,主要从事动态设计与仿真方面的研究,电话 0418 - 6510767. 收稿日期2007203223 17 第28卷第7期 基于PROΠE布局控制的齿轮参数化设计 毛 君,等 Vol128No17