基于ProE齿轮参数化造型设计.docx
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基于ProE齿轮参数化造型设计
XINYUUNIVERSITY
毕业设计（论文）
（2014届）
题目基于Pro/E齿轮参数化造型设计
二级学院机械工程学院
专业机械设计制造及其自动化
班级10机制本三班
学号1001210341
学生姓名颜昱
指导教师张香林老师
摘要
Pro/E乃是当今世界上比较流行的三维模型设计软件，使用这个渐开线方程或螺旋线方程启动生成渐开线或螺旋线。
它有更好的图形界面，和设计环境更加生动，快速的渲染功能，反映了更大的灵活性。
而且可以利用计算机预先举行动态剖析及装配干预检查工作，从而最大幅度地提升工作效率，降低设计本钱。
使用pro/e可以用到内部工具来设计齿轮，例如整列、拉伸等一些功能。
设计非常的快速和方便，方便大学生学习以及工作中的办公使用。
Abstract
Pro/Eisasoftwareof3Dmodeloftoday'smorepopular,theuseofinvolutesequationorspirallineequationsdrivengenerationofinvolutesandhelix.Ithasbettergraphicsinterface,andthedesignenvironmentismorevivid,quickandrenderingfunctions,reflectsthemoreflexibility.Andcanusecomputerpriortodynamicanalysisandassemblyinterferenceinspectionwork,thusgreatlyenhanceandworkefficiency,increasethecostofdesign.Pro/ecanbeusedtodesignthegearusedinternaltools,suchascolumn,stretchingsomefunction.Thedesignarefastandconvenient,convenientforcollegestudentsstudyandworkintheoffice。
目录
摘要1
Abstract1
引言1
1研究背景1
2国内外研究现状1
第1章渐开线齿轮数学模型3
1．1渐开线成型原理3
1.1.1渐开线方程及特性3
1.1.2直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算5
第2章Pro/E软件简介7
2.1软件概述7
第3章渐开线直齿轮的参数化造型8
3.1参数化技术8
3.2参数化模型8
第4章Pro/ENGINEER中制作齿轮的基本方法9
4.1设置参数和关系式9
4.1．1、设置参数9
4.1.2、添加关系式10
4.1.3、创建齿顶圆10
4.1.4创建齿轮基圆12
4.1.5创建渐开线14
4.1.6镜像渐开线16
4.1.7创建轮齿18
4.1.8阵列切料特征19
总结与展望23
参考文献24
引言
1研究背景
20世纪80年代以来，以计算机辅助设计技巧为代表的新的技术的变革浪潮保罗了全世界，它不光是促进了计算机本身性能的提高和推陈出新，而且几近影响到全部技术领域，打击着很多传统的做事形式。
CAD技术经历了曲面造型，实体建模技术和参数化技术的跨越式发展，三代，将给人类带来巨大的影响和利益。
渐开线齿轮行为各类机械传动配置中的紧要装配，具有传动比大、效率高、布局紧凑、做事可靠、寿命长等优点，普遍应用于机器、船舶、航空、电力范畴。
跟着大量杰出的三维CAD软件纷繁涌现，一般机器零件的三维计划对平凡工程师来讲曾经不再是艰苦的事情。
但对渐开线齿形，由于其复杂性，在CAD的总设计师是准确的模型非常困难，进而影响到下面的齿轮加工操作。
对这个问题的形式解CAD参数化设计的概念，有效的方法。
计算机辅助设计的广泛应用以及计算机硬件和软件技术大大提高了模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发反面都具有较大的应用价值。
在以往的研究中已经知道，在一个大的制造企业最具代表性的，各种齿轮生产的企业，具有50多年的悠久历史，无论是从技术的角度还是从行业设备的角度来看都处于领先地位，市场份额约占全国的20%，有一个相当好的语言。
但这样的定性，在设计模式和设计方法仍落后。
调研中发觉，该厂策划部门没有自己的齿轮研发设计界面，差别的设计小组之间并且是疏通不畅，数据管理很乱，设计效率低，在CAD的已经技术日趋成熟的今天，必将要将这些问题逐个解决，才能使企业在市场竞争中立于百战不殆。
2国内外研究现状
AutoCAD是一个，由美国Autodesk欧特克公司，于二十世纪八十年代初为微机上操作CAD技术而研发的画图准则软件包，连接不断的完美，它已成为国际上广泛使用的绘图工具。
AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。
它的多文档谋划环境，让许许多多的非计算机专业人员也可以很快地学会使用。
为了更好地掌握它的各种应用和开发能力在不断实践的过程，从而提高工作效率。
第1章渐开线齿轮数学模型
1．1渐开线成型原理
依照动瞬心线法可以形成共轭齿廓的这样理念，当直线齿廓的齿条与动瞬心线（直线）S相在一起凝集并沿齿轮作出纯转动时，可以包络出渐开线齿廓来。
这种方法可以被视为齿轮与齿条或齿轮啮合啮合，每个包络原理加工齿轮的齿形，齿的加工方法称为范成法。
1.1.1渐开线方程及特性
图-渐开线齿轮的计算
进行了渐开线齿轮的三维参数化建模，除了要了解渐开线形式原则外，还需要知道齿轮渐开线渐开线方程5值的每个点的坐标，即，图2-1所示，如图2-1渐开线齿廓的算数当线kb沿半径为rb的圆周作滚动，直线上的任意一点K的轨迹ka称为渐开线，直线BK称为渐开线的发生线6。
θk称为渐开线上尤点的展角。
其中，一个是基圆渐开线的开始，K是在其前后径渐开线任一点，RK。
当齿形渐开线齿轮的点在K，则齿廓在点K所受到的正压力方向的即法线目标与速率方向沿aK方向所夹的锐角αk为渐开线在压，
图-直齿圆柱齿轮齿轮部分名称
αk=∠kOb，cosαk=rkrb，又因:
tanαk=BK/BO=rb（αk+θk）/rb=αk+θk的公式2-1故得:
θk=tanαk-αk
因为式可得知，展角得θk是压力角αk的函数呈非线性变化称其为渐开线函数，工程上经常行使invαk来表示，即invαk=θk=tanαk-α，综上所述，可得渐开线的极坐标方程为:
rk=rb/cosαk
θk=tanαk-α
1.1.2直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
因为齿轮己经达成了标准化，关于渐开线准则直齿圆柱齿轮，描绘齿轮根本的几何尺为齿宽H=15、齿顶高系数h=1、顶隙系数c=0.25、模数m=2、齿数z=25和压力角α=20，渐开线的其他参数，可以使用下面的公式。
图2-2直齿圆柱齿轮轮齿部分名称
（1）齿顶高
ha=m*h=2公式2-4
（2）齿根高
hf=m*（h+c）=2.5公式2-5
（3）分度圆直径
d=z*m=50公式2-6
（4）基圆直径
DB=d*cos（α）=46.984881公式2-7
（5）齿顶圆直径
da=d+2*h=54公式2-8
（6）齿根圆直径
df=d-2hf=45公式2-9
渐开线的参数方程
Ang=90*t
R=db/2
S=（PI*t*r）/2
X=r*cos（ang）+（s*sin（ang））
Y=r*sin（ang）-（s*cos（ang））
Z=0
模数m齿轮已实现标准化，齿轮圆压力角也指定的标准值。
一旦你确定齿轮的模数m，Z和压力角等参数，然后根据机械原理知识计算齿轮。
计算齿轮的几何参数，你可以把三维实体参数通过Pro/E系统强大的建模能力，通过齿轮传动参数创建三维实体模型。
第2章Pro/E软件简介
2.1软件概述
Pro/ENGINEER软件是由美国PTC公司建立的CAD/CAM/CAE系统解决方案。
在目前的三维建模软件的一个重要的位置，三维处理功能，强大的先进设计理念和实际操作的许多设计师的尊重。
Pro／E首先提出了参数化设计的概念，相关性和一个单一的数据库解决特征采用。
此外，它选用了模块化方法，用户能够依据自身的需求进行选择，而没有
必要安装所有的模块。
Pro／E法的特点是基于对整个生产过程的设计集成在一起，并行工程的设计。
它不仅可以应用于工作站，也可以用一个单一的计算机。
Pro／E使用模块可分别，草图，装配设计，零部件制造，金属板的设计，加工，确保用户可以根据自己的需要选择参数化设计和特征功能此功能的工程设计提供了设计从不简单灵活。
单一数据库。
Pro/ENGINEER是建造在归并基层上的数据库上的，它不像一些很传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
单一数据库项目中的所有信息，是从一个库，以便在产品设计工作的每个用户，不管是哪个部门。
换句话说，在任何的变化，设计的全过程，还可以在整个设计过程的响应后。
例如，一旦项目细节已经改变，数控（NC）的刀具路径将自动更新；拼装工程图若有任何改变，也完全同样反应全体三维模型上。
这类特别的数据结构与工程设计的完全结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
第3章渐开线直齿轮的参数化造型
3.1参数化技术
齿轮是一种常使用的，传动机构，有很特别的设计和加工技术，加工精度对传动精度、机床稳定性等，有特大影响，于是，达成齿轮的准确建模是后续考虑的重要保障。
参数化建模，是参数表达的尺寸关系和属性部分的使用，通过具体的参数和修改零件性能的工程技术人员，根据相关尺寸，然后改变整个模型。
的作用，从而获得所需配件。
本章论述齿轮渐开线的形成的原理和在Pro/Engineer（Pro/E）中达成了渐开线斜齿圆柱齿轮实体建模的具体步骤。
在Pro/E中，经过参数化建模的办法，于是生成了齿轮的所有渐开线齿廓，采用操作方式生成了渐开线斜齿圆柱齿轮的三维实体模型。
此类建模方式对其它相似零件的实体建模有借鉴释义。
3.2参数化模型
参数模型有很多种，内容主要几何参数模型。
该该模型用于表示实际的或抽象的对象和现象。
给出了处理对象的结构和方向，可以生成图形。
它给出被处理对象的结构和向能，并且可以产生其中图形。
一个模型的计算，基本面分析，对处理对象的结构仿真研究。
几何模型描述的是一个几何特征的实体，它包括两个主要概念：
几何与拓扑关系。
几何的关系是指定具有几何意义的点、线、面，具有去定的位置和度量值。
几何关系构成的几何信息，拓扑关系的反映和关系的本体特征。
设计的计算机辅助设计系统，不同类型的产品往往是相似的，这是相同的大小和结构，映射的几何模型，几何信息和拓扑信息是不一样的。
因此，对三维图形驱动的参数化模型，在相同或类似结构的前提下，大小和随机变量或是在要求的范围内变化。
第4章Pro/ENGINEER中制作齿轮的基本方法
4.1设置参数和关系式
4.1．1、设置参数
在主菜单上选择{工具}/{参数}命令，弹出{参数}对话框没添完成添加后在{参数}对话框内单击{确定}
4.1.2、添加关系式
设置完成后的关系对话框如下图
4.1.3、创建齿顶圆
（1）在工具栏中单击
按钮，或有选取【插入】【拉伸】命令，出现【拉伸】属性面板，在拉伸面板内单击【放置】按钮，出现上滑面板，再单击【定义】按钮，弹出【草绘】对话框。
（2）选择front平面当做草绘平面，选择right平面当做参考平面，选取参考目标为【右】对话框。
（3）以坐标原点为圆心绘制一个任意大小的圆，并且注明圆的直径尺寸，如下图。
在主菜单上依次选择【工具】【关系】命令，弹出【关系】对话框。
（4）此时圆的直径尺寸显示为sd0（视具体情况会有不同），在【关系】对话框内添加关系式“sd0=da”，如下图，单击【确定】按钮，圆的直径自动调整到参数da的数值大小。
（5）在工具栏中单击
按钮，回拉伸属性面板，在深度值文本框内输入H，如下图，按Enter键后系统提醒“是否添加关系式”，并且单击【是】按钮，拉伸的效果如下图。
4.1.4创建齿轮基圆
这一步将用参数驱动来创建齿轮的齿根圆、分度园和基圆。
（1）在工具栏中单击
按钮，出现【草绘】的对话框，选择FRONT平面当做草绘平面，选择RIGHT平面当做参考平面，选择参考的方向为【顶】，如下方的图，单击【草绘】按钮进入草绘模式。
（2）以原点为圆心绘制三个同心圆，圆的尺寸大小任意，并且标注三个圆的尺寸，如下图，在主菜单上依次选择【工具】【关系】命令，弹出【关系】对话框。
（3）此刻三个圆的直径尺寸表示为sd0、sd1、sd2，在【关系】对话框内加入如下的关系式来驱使圆的直径尺寸。
Sd0=df
Sd1=db
Sd2=d
完成后的【关系】对话框如下图
（4）在【关系】对话框内单击【确定】按钮，三个圆的直径大小将调整到参数df、db和d的指定大小。
（5）在工具栏中单击
按钮，完成了三个基圆的创建，完成以后的曲线表现如下图
4.1.5创建渐开线
步骤一创建一条渐开线
（1）在工具栏中单击
按钮，或有在主菜单上一次选取【插入】【模型基准】【曲线】命令，出现【曲线选项】菜单管理器，并且如下图。
（2）在【曲线管理器】菜单的管理器上依次选取【从方程】【完成】命令，出现【得到坐标系】菜单管理器，选取【选取】命令，如下图
（3）在绘制区单击选取系统内的坐标系作为曲线的坐标系，出现【设置坐标类型】菜单管理器，如下图，选取【笛卡尔】命令，系统弹出一个记事本窗口用于编辑曲线方程。
（4）在出现的记事本窗口中输入如下曲线方程。
ang=90*t
r=db/2
s=（PI*t*r）/2
x=r*cos（ang）+（s*sin（ang））
y=r*sin（ang）-（s*cos（ang））
z=0
在记事本主菜单上选择【文件】【保存】命令，关闭记事本窗口。
（5）在如图表示的【曲线从方程】对话框中点击【确定】按钮，可以完成渐开线曲线的创建，达成后的效果如下图
4.1.6镜像渐开线
这一步，咱们将开始建立一个基准平面，再者经过基准平面来镜像上一步创建的渐开线。
（1）在工具栏中单击
按钮，或者选择【插入】【模型基准】【平面】命令，弹出【基准平面】对话框。
（2）开始选择TOP平面作为参考面，接着按住Ctrl键单击选取第一步建立的齿顶圆圆柱体的中心轴当做参考，如下图
（3）在【基准平面】对话框中的偏转地【旋转】文本框内输入扭转角度：
-360|（4*z）,如下图按回车键后系统提醒“是否添加关系式”，再点击【按钮，最后点击【确定】按钮达成基准平面的建立。
（4）将关系式加入到【关系式】对话框内。
在模型树中右击建立的DTM1基准平面，在出现的快捷菜单中选取【编辑】指令，系统提醒基准平面D1M1与TOP平面的夹角最后为3.6度。
（5）在主菜单上选择【工具】【关系】命令，弹出【关系】对话框，同时基准平面DTM1与TOP平面的夹角3.6度显示为d9（视具体情况有所不同），在关系类型”对话框添加关系：
D9=360（4×Z），下面的图表，单击[确定]按钮来完成。
（6）在模型树中点击选取步骤1中的渐开线，最后在工具栏中点击
按钮，系统出现的镜像特征属性面板，如下图表
（7）在绘图区或者在模型树中点击选取刚刚建立的基准平面DTM1，在镜像属性面板上点击
按钮，达成渐开线的镜像，最后的结果如下图
4.1.7创建轮齿
下面通过拉伸切料切除轮齿间的间隙，然后用阵列间隙的办法创建轮齿。
创建齿间间隙这一步将用拉伸切料工具切出间隙。
（1）在工具栏中点击
按钮，出现上滑面板，然后点击【定义】按钮，出现【草绘】对话框。
（2）选择圆柱体的一侧断面当做草绘平面，选取RIGHT平面当做参考平面，选择参考方向为【顶】。
点击【草绘】按钮进去草绘的模式。
绘制如下图的二维草图，在工具栏中单击
按钮，完成完成草图的绘制。
（3）在拉伸属性面板内单击拉伸为实体按钮、通孔按钮和切除材料按钮，如下图，单击
按钮，完成切料特征。
完成后的特征如图所示。
4.1.8阵列切料特征
为了阵列切料特性，首先创建另一个齿间间隙的切料特征。
（1）在模型树内单击上一步创建的切料特征，然后在主菜单上选择【编辑】【复制】命令，再选择【编辑】【选择性粘贴】命令，弹出【选择性粘贴】对话框。
（2）在【选择性粘贴】的对话框内选取【对副本应用移动旋转变换】的复选框，如下图，单击【确定】按钮。
（3）此时弹出选择性粘贴属性面板，在面板内单击旋转按钮
，在绘图区同样选取圆柱体中心轴作为旋转轴。
在旋转的角度文本框内写入旋转角度：
360|Z，然后按回车键后系统提示“是否添加关系式”，点击【是】按钮确认添加关系式，再点击
按钮达成切料特征的建立。
（4）将关系式添加到【关系式】对话框。
在模型树中右点击刚刚建立的切料特性，在出现的快捷菜单中选取【编辑】命令，体系显示两个切料特性的夹角为14.4度。
（5）在主菜单中，选择【工具】【关系】命令。
出现【关系】对话框，同时两个切料特征的夹角14.4度，显示为d28,在【关系】对话框内添加关系式：
d28=360/z,如下图所示
（6）阵列特征。
在模型树中点击建立的第二切料特征，而后在工具栏中点击
按扭。
（7）选择尺寸阵列，在绘图区单击选择两个切料特征的夹角14.4度作为尺寸参照，如下图，在第一方向阵列个数文本框内输入阵列数为24.
（8）在阵列属性板内单击
按钮，完成阵列。
完成后的齿形如下图。
（9）将关系式添加到【关系】对话框。
在模型树中右击刚刚创建的阵列特征，在弹出的快捷菜单中选择【编辑】命令。
（10）在主菜单中，选取【工具】【关系】命令，出现【关系】对话框，同时在两个齿形表征的上方出现有p38移动字样。
在【关系式】对话框内输入p38=z-1,单击【确定】按钮。
到此，已经达成了齿轮齿形的建立过程。
达成后的【关系】对话框如下图所示中。
总结与展望
该学科的直齿圆柱齿轮的参数化设计的主要内容进行了研究，达到了预期的效果。
现对课题的研究做出简洁的回首，主要的内容如下：
本文使用软件Pro/E来实现圆柱直尺轮的三维参数化造型，可以通过改动齿轮的少许根本参数，生出相对的齿轮，达到设计要求。
具体章节安排如下：
1.渐开线齿轮数学模型。
讨论了渐开线形成原理，主要包括渐开线方程和特征及计算齿轮几何。
折射Pro/E参数化建模的理论基础。
2渐开线直齿轮的参数化造型。
简介了Pro/E参数化建模思维，使用方程输入对齿轮渐开线设计。
3通过程序参数的限制，各参数之间的相互关系，完成齿轮参数化建模程序。
本文主要是通过程序模块实现齿轮的参数化建模。
本文做的齿轮参数化设计模型有非常好的实用价值，可以方便些许以齿轮设计和制造为主要的单位供应便捷建模，提升设计效率。
参考文献
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