基于ProE实现齿轮三维参数化建模.pdf
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1、http:/ - 1 - 基于基于 Pro/E 实现齿轮三维参数化建模实现齿轮三维参数化建模 魏永乐,晁彩霞 辽宁工程技术大学机械学院,辽宁阜新 (123000) E-mail: 摘摘 要:要:利用 Pro/Engineer 系统提供的 Pro/Program、Pro/Toolkit 等二次开发模块以及功能强 大的 Visual C+编程工具,在 Pro/Engineer 系统中实现了齿轮三维参数化建模,提高了齿轮 的设计质量和效率。 关键词:关键词:Pro/E;二次开发;参数化建摸;齿轮 中图分类号:中图分类号:TP391.72 1引言引言 齿轮作为最重要的基础传动零件被广泛地应用于各个行业
2、的生产设备中, 因此齿轮设计 的是否合理,将直接影响到设备的生产效率和寿命。由于齿轮结构比较复杂,故齿轮的设计 和生产过程中,需要进行大量的分析、计算和绘图工作。在传统的齿轮设计中,齿轮的设计 和强度校核过程主要是通过人工完成的,存在计算繁琐、设计周期长、效率低等问题,而且 容易出现设计误差和错误,难以实现优化设计。建立齿轮的三维实体模型,分析齿轮工作状 态和受力状况,得到优化齿形,这对于提高齿轮的传动质量和使用寿命有重要意义。 本文以 Pro/Engineer 为平台,利用 Pro/Toolkit 等二次开发模块,探讨了直齿渐开线齿轮 三维参数化建模的方法,最终实现了齿轮三维模型快速、精确的
3、建立。并且为进一步实现齿 轮的传动及受力分析奠定了基础。 2Pro/E 二次开发工具二次开发工具 Pro/Engineer 系统是美国 PTC 公司的优秀产品,提供了产品三维造型设计、加工、分析 及绘图等功能的完整 CAD/CAE/CAM 解决方案。目前 Pro/E 软件在我国的机械、模具、汽 车、航天、电子、家电、工业设计、玩具等行业取得了广泛的应用。 Pro/E 在提供强大的产品设计、分析、制造等功能的同时,还为用户提供了多种二次开 发工具,有:族表、用户定义特征、Pro/Program、J-link、Pro/Toolkit 等1。本文 Pro/Program 和 Pro/Toolkit
4、二次开发工具。 2.1 Pro/Program 在产品设计过程中, 经常遇到许多零件的外形具有高度的重复性, 那么重复相同的步骤 导致设计效率很低。 为了提高设计效率, Pro/E 提供了一个可程序化的工具Pro/Program。 在 Pro/E 系统中,每建立一个模型,都会有一个宏文件记录模型的产生过程,如果对这个宏 文件进行修改,就可以控制模型的建立过程,从而控制所生成的模型7。用户可以根据设计 需要利用 Pro/Program 工具来编辑模型的宏文件,使其作为一个程序来运行,用户只需要通 过人机交互的方法来输入模型的主要参数, 便可直接生成零件模型, 从而大大地提高了零件 设计效率。 2
5、.2 Pro/Toolkit Pro/Toolkit是Pro/E中自带的基于Visual C+的二次开发工具。 Pro/Toolkit能实现与Pro/E 的无缝集成,是 Pro/E 自带的功能最强大的二次开发工具2。其主要目的是让用户或第三方 通过 C 程序代码扩充 Pro/E 系统的功能,开发基于 Pro/E 系统的应用程序模块,从而满足用 http:/ - 2 - 户的特殊要求。它提供了大量的 C 语言库函数,能够使外部应用程序(客户应用程序)安全有 效地访问 Pro/E 的数据库和应用程序。还可以利用 Pro/Toolkit 提供的 UI 对话框、菜单以及 VC 的可视化界面技术,设计出
6、方便实用的人机界面,从而大大提高用户的设计效率1。 3齿轮参数化建模的实现齿轮参数化建模的实现 3.1 生成渐开线生成渐开线 渐开线的生成是齿轮设计过程中的 关键。 渐开线的定义是绕在圆上的线展开时, 线保持与圆相切, 线的端点形成的轨迹2。 渐开线的数学分析如图 1 所示。 根据以上分析,可以得到渐开线的数学公式: xc=r*cos(ang) x=xc+(s*sin(ang) yc=r*sin(ang) y=yc-(s*cos(ang) 利用 Pro/E 中的关系式,即可生成渐开线,但需要使用系统的一个变量“t”,“t”的变化 范围是 0 到 1;“PI” 表示圆周率,是 Pro/E 的默认
7、变量。090范围内的渐开线关系式如下: ang=t*90 r=base_dia/2 s=(PI*r*t)/2 xc=r*cos(ang) yc=r*sin(ang) x=xc+(s*sin(ang) y=yc-(s*cos(ang) z=0 渐开线创建完成后,利用三维造型功能创建齿轮模型。如图 2 所示。 图 1 渐开线的数学分析 Fig.1 Math analysis of Involute Curve 图 2 渐开线齿轮 Fig.2 Involute Curve gear http:/ - 3 - 3.2 创建创建 Pro/Program 程序程序 1) 输入齿轮的主要参数, 并建立主要与
8、次要参数之间的关系。 在 INPUT 与 END INPUT 之间输入如下语句: Z=20 /齿轮齿数 M=2 /齿轮模数 WIDTH=12 /齿轮宽度 PRESSURE_ANGLE=20 /齿轮压力角在 RELATION 与 END RELATION 之输入如 下语句: pitch_dia=z*m /分度圆直径 root_dia=z*m-2.5*m /齿根圆直径 top_dia=z*m+2*m /齿顶圆直径 base_dia=z*m*cos(pressure_angle) /基圆直径 addendum=m /齿顶高 dedendum=1.25*m /齿根高 tooth_thickness=m
9、*PI/2 /齿厚 2)完成后保存退出,将程序合并到模型中。 3.3 定制用户界面定制用户界面 用户界面是采用 Pro/Toolkit 提供的 UI 对话框技术创建的, 由菜单项调用, 如图 3 所示。 执行程序之前,应当先在当前窗口中打开齿轮模型,以使齿轮模型的主要参数在“参数 列表”中显示出来,否则“参数列表”中的内容将为空。在该用户界面中,可以完成如下操作: 1)编辑参数 在“数值”输入框中输入新的参数值并按回车键,即可完成对参数值的修 改。 2)添加参数 输入新参数的名称、值和类型后,单击“添加”按钮即可创建新的参数对 图 3 用户界面 Fig 3 User Interface htt
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