基于ProE的齿轮油泵三维建模设计本科毕业论文.docx
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基于ProE的齿轮油泵三维建模设计本科毕业论文
河南科技学院
2009届本科毕业论文（设计）
论文题目：
基于Pro/E的齿轮油泵三维建模设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
本文介绍了利用Pro/E软件，来完成齿轮油泵三维建模设计。
齿轮油泵设计主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。
用Pro/E建立三维模型及模型库，进行虚拟装配、动画演示、运动特性分析，将三维技术融入机械类等课程，从而实现用现代化教学手段达到降低教学成本，提高教学质量的目的。
关键词：
齿轮油泵，三维建模,Pro/E，计算机辅助教学，机构仿真
BasedonPro/Ethree-dimensionalmodelingofthegearpumpdesign
Abstract
ThisarticledescribeshowtousePro/Etocompletethedesignofthree-dimensionalmodelingofgearpumps.Thedesignofgearpumps,mainlybeganfrompartsmodeling,assemblydesign,simulationofbodymovement,theworkofseveralaspectsoftheprincipleofanimation.UtilizingPro/Etoestablishthree-dimensionalmodelandmodel-base,virtualassembly,animationdemo,movementanalysis,three-dimensionaltechnologywillbeintegratedintothemechanicalsubject,whichmadeitbecometruetoachievereducingthecostofteachingandimprovingthequalityofteachingusingtheteachingmethodsofmodernization.
Keywords：
gearpumps,three-dimensionalmodeling,Pro/E,CAI,simulation
1绪论
计算机辅助教学是教学发展的一个焦点，Pro/E等三维建模软件的发展以及虚拟制造技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学的工作平台[1]。
1.1机械专业传统的教学方式存在的问题
（1）在机械类课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，如果没有模型，仅仅依靠讲解，是很难讲清楚一个立体结构的。
学生缺少对实物的感官认识也就更难理解没有模型的讲解，而传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容易损坏，不便于保管。
（2）教学中存在的另一个问题是传统的教学实物模型一成不变，更新换代的速度慢，而几十年不变的教学模型已不能满足教学和科技时代不断进步的需要。
时代在发展，教学内容在不断更新，当然教学模型也要跟上教学内容的更新，要想根据教学需要更改实物模型是很困难的。
更换新实物模型成本又很高，而旧模型基本没有再利用的价值，造成很大的浪费。
（3）传统的教学模型作运动演示和运动分析也存在很多缺陷，一是学校很难保证有一套完整的机械专业的教学模型，而且成本也较大；二是有些空间的机构内部的运动很难观察到；三是装配模型时容易损坏零件，运动容易出故障；四是运动特性的分析也很困难。
（4）对于机械设计的教学，传统的教学方法是先展开平面简图的构思，形成稍微完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。
在造型设计的过程中，需要用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。
1.2将三维技术应用到机械类专业课的教学中
Pro/E系统是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的产品。
本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CAD／CAE／CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD／CAE／CAM领域的新标准。
将现代化的Pro/E三维技术应用到在机械专业课的教学中，可以解决以上传统教学存在的很多不足[2]。
（1）建立零件的三维模型，虚拟的模型便于现代化教学，在教学中如果应用Pro/E的三维技术建立零件的三维模型，可以避免传统教学模型的缺点，它同样具有实物教学模型的直观、容易理解的优点，又克服了传统教具的不足，避免了携带困难的问题，还便于制作多谋体课件。
（2）把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的模型库，利用Pro/E提供的强大的基于特征的参数化实体造型功能，把教学中常用的零件、部件和标准件，利用微机的存储信息量大的特点建立起自己的模型库，以充分利用已有的设计成果和前人的经验。
我们建立的教学模型库有如下特点：
1）零件模型库的覆盖面广、标准新；
2）当教学需要某一零件模型时，可直接从零件模型库中调出，不必手工绘制；
3）零件模型从模型库中调入后可任意移动、旋转，在装配时确定准确的位置；
4）零件模型库的操作使用简捷、方便、灵活、易学易懂；
5）还可以用互联网实现零件模型库的资源共享，充分运用网络资源为教学服务。
（3）可将各种三维零部件和机械传动在Pro/E内进行虚拟装配、三维动画演示和运动特性分析。
总之，把Pro/E的三维技术引入机械专业课的教学，彻底改变了传统的教学理念，大大改善了辅助教学环境，提高了教学效果[3]。
通过实践证明，我们只要认真研究和大胆尝试辅助教学这一现代化教学手段，不断地去学习、掌握这种技术，很好地将Pro/E的三维技术应用到我们的机械专业教学中去，提高工作效率，充分利用微机多媒体辅助教学的优越性，调动学生的积极性，就一定能有效地帮助我们达到降低教学成本，提高教学质量的目的。
2设计概述
本设计主要围绕齿轮油泵设计这个实例展开。
液压油泵作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、效率低下、绘图量大，Pro/E作为一款高效快捷的CAD/CAM软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，本文将着重就Pro/E的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。
齿轮油泵包含多个零部件，其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。
设计的具体要求为：
（1）齿轮油泵零件建模设计；
（2）齿轮油泵装配设计；
（3）齿轮油泵机构仿真设计；
（4）齿轮油泵工作原理动画设计。
3设计过程
3.1齿轮油泵零件建模设计
齿轮油泵包含20多个零部件，其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法[4]，齿轮油泵的最后设计结果如图1所示，组件分解图如图2所示。
图1齿轮油泵三维图
图2齿轮油泵爆炸图
3.1.1齿轮油泵骨架的设计
齿轮油泵骨架的设计主要是一系列基准曲线的绘制，其随后的建模设计建立在骨架设计的基础上，齿轮油泵的骨架设计结果如图3所示。
图3齿轮油泵骨架设计结果
（1）新建零件文档；
1）单击“新建”按钮打开“新建”对话框。
在“类型”选项组中选取“零件”选项，在“子类型”中选取“实体”选项，在“名称”文本框中输入零件名称“Gear_pump”；
2）取消“使用缺省模板”复选项，单击“确定”按钮。
系统打开“新文件选项”对话框，选取其中的“mmns_part_solid”选项，再单击“确定”按钮进入三维实体建模环境[5]。
（2）草绘基准曲线；
图4齿轮油泵骨架草绘
1）单击“草绘工具”按钮打开“草绘”对话框；
2）选取基准平面FRONT作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击“草绘”，进入草绘界面；
3）在草图内绘制曲线如图4所示。
（3）创建基准平面；
1）单击“基准平面工具”按钮打开“基准平面”对话框；
2）选取FRONT基准平面作为参照，设置平移距离35；
3）单击“确定”，完成DTM1基准平面。
（4）草绘曲线。
1）单击“草绘”打开“草绘”对话框；
2）选取DTM1作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击“草绘”；
3）绘制如图5所示曲线。
图5齿轮油泵骨架草绘二
保存设计结果，作为骨架设计，关闭窗口。
3.1.2齿轮油泵主体的设计
（1）新建零件文档；
单击“新建”按钮打开新建对话框。
在“类型”中选“零件”，在“子类型”中选“实体”，在“名称”文本框中输入零件名称“Gear_part_m”。
（2）创建外部继承特征；
1）单击“插入”主菜单中选取“共享数据”/“合并/继承”选项，系统打开设计图标版[6]；
2）单击“打开”按钮，使用浏览的方式打开上一小节设计的齿轮油泵骨架文件“Gear_pump”.同时系统打开“外部合并”对话框，在该对话框的“约束类型”下选取“缺省”选项，在系统默认位置装配齿轮油泵骨架文件；
3）单击“外部合并”中的“确定”，单击“设计板”上的“确定”。
（3）创建拉伸实体特征；
1）单击“拉伸”打开设计板，在设计板中单击“放置”打开参照面板，单击其中“定义”打开“草绘”对话框，选择FRONT为草绘平面，接受其它默认设置单击“草绘”进入草绘模式；
2）在草绘平面内使用“抓取边”工具绘制拉伸剖面图，然后单击“确定”退出草绘，调整方向输入拉伸深度“25.2”，最后创建的拉伸实体如图。
再次单击“拉伸”按钮，选取上一零件端面作为草绘平面，进入草绘模式；
3）绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入拉伸深度“25.2”，最后创建的实体特征如图所示；
4）再次单击“拉伸”，选取上一零件右侧面为草绘平面，进入草绘模式；
5）绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入深度“9.5”，最后创建的拉伸实体如图6所示。
图6齿轮油泵主体拉伸结果图7齿轮油泵主体创建孔结果
（4）创建孔特征；
1）单击“孔”打开孔设计板。
单击拉伸体端面为主参照。
单击“放置”打开参照面板，选取“同轴”放置类型，然后激活“次参照”，选取拉伸体轴线；
2）完成后的“放置”，设置“形状”列表，最后完成的孔特征如图所示；
3）再次用孔特征创建孔，如图7所示。
（5）创建螺纹修饰特征，如图8；
（6）创建倒圆角特征，如图9；
（7）补上一个拉伸切削特征，最后完成的零件图，如图10。
图8齿轮油泵主体螺纹修饰结果图9齿轮油泵主体倒圆角结果
图10齿轮油泵主体设计结果图11左盖设计结果
3.1.3齿轮油泵左盖的设计
齿轮油泵左盖的设计同样以齿轮油泵骨架作为母体零件，综合运用拉伸、孔和镜像复制等建模方法。
齿轮油泵的最后设计结果，如图11所示。
（1）新建零件文件，输入零件名称“Gear_pump_leftcover”；
（2）创建外部继承特征，如图12；
（3）创建拉伸实体特征，如图13；
图12左盖外部继承图13左盖实体拉伸结果
（4）创建拉伸切削特征，如图14；
（5）创建阶梯孔，如图15；
图14左盖拉伸切削结果图15左盖阶梯孔结果
（6）创建倒圆角特征，如图16。
图16左盖倒圆角结果图17右盖设计结果
3.1.4创建齿轮泵右侧盖的设计
齿轮泵右盖的设计和齿轮油泵左盖的设计相似，都是以齿轮油泵的骨架作为母本二进行设计的。
设计步骤参照左盖设计，齿轮油泵右盖的设计结果如图17所示。
3.1.5齿轮轴的设计
齿轮轴的设计以全参数化标准直齿圆柱齿轮通用件作为母体，对齿轮通用件参数进行修改并添加必要的特征。
齿轮轴的最终设计结果，如图18所示。
图18齿轮轴设计结果图19“PROE标准零件库2.1”对话框
为简化设计，这里的全参数化齿轮采用台湾大学林清安教授开发的“PROE标准零件库2.1”.
（1）打开“PROE标准零件库2.1”，如图19所示；
（2）从“零件类型”中选择“齿轮”，零件规格选择“20T”，如图20所示；
图20“正齿轮”对话框
修改右边列表中“可修改”项目，修改齿轮的模数M=3,齿数Z=9,齿宽B=25.2.单击“打开文件”按钮，输入零件名称“gear_shaft_1”,打开的齿轮零件如图21。
图21参数齿轮调用
（3）创建实体拉伸特征选取上一实体端面为草绘平面，绘制草图，拉伸深度为“10”，拉伸结果如图23；
图22齿轮轴拉伸草绘图23齿轮轴拉伸结果
（4）创建旋转实体特征，旋转结果如图25；
图24齿轮轴旋转草绘图25齿轮轴旋转结果
（5）创建旋转切削特征，以切出槽，切槽结果如图27；
图26齿轮轴切槽草绘图27齿轮轴切槽结果
（6）重复旋转切削，切出另一端的槽；
（7）创建键槽，结果如图29；
图28齿轮轴键槽草绘图29齿轮轴键槽结果
（8）创建倒角特征，结果如图30；
图30齿轮轴倒角结果图31齿轮轴设计结果
（9）创建螺纹修饰特征选择“插入”、“修饰”、“螺纹”；
选取作图平面为参照面，右图面为螺纹起始面，输入深度为10，直径为12.6。
（10）隐藏基准，完成齿轮轴的创建，如图31。
3.1.6其它零件的创建
至此齿轮油泵的主要零件以创建完成，下面还有很多装配用的小零件，其建模过程不再详细介绍。
只列出其最终结果，如图32。
包括：
螺钉、外部齿轮、平键、圆垫片、螺母、压盖、圆柱销。
a）螺钉b）外部齿轮
c）平键d）圆垫片
e）螺母f）压盖
g）圆柱销
图32其它零件
至此齿轮油泵所有零件三维建模都以完成，下一步就是装配。
3.2齿轮油泵装配设计
3.2.1虚拟装配设计
齿轮油泵的装配综合运用到无连接接口约束和连接接口约束。
在进行齿轮油泵的装配前，设计者首先要对齿轮油泵进行整体的分析，要弄清楚那些元件具有运动自由度，那些元件完全约束。
对于具有运动自由度的元件就要根据具体要求选择合适的连接接口，反之使用无连接接口的约束进行装配即可。
（1）创建组件文档，输入组件名称“Gear_pump_model”；
（2）在默认位置装配齿轮油泵主体；
单击“添加元件”按钮，打开下设计板，选择缺省，以在默认位置装配泵的主体。
（3）向组件中装配销；
使用“插入”“对齐”“对齐”三种约束装配销钉，使其高出端面“8”。
（4）重复装配销钉；
选中前面装配好的销钉零件，然后在“编辑”中选取“重复”打开“重复元件”对话框。
按住“ctrl”键，选中“插入”和“对齐”两种约束方式。
单击添加，共装配4根销钉。
（5）向组件中装配齿轮油泵左盖；
使用“匹配”“插入”“插入”三种约束。
（6）向组件中装配齿轮轴一；
1）单击右工具箱中的“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵文件Gear_shaft_1；
2）在系统打开的设计板上的“用户定义”中选取“销钉”连接类型；
3）完成“放置”列表，装配结果如图33。
图33装配齿轮轴一
（7）向组件中装配齿轮轴二；
1）单击右工具箱中“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵零件文件Geat_shaft_2；
2）在系统打开的装配设计板上的“用户定义”下拉菜单中选取“销钉”连接类型；
3）在设计板上单击“移动”按钮，打开“移动”列表。
在该列表的“运动类型”选项中选取“旋转”选项，然后选中“运动参照”副选项；
4）根据系统提示选shaft_1的轴线作为旋转运动参照，然后在工作区中旋转齿轮轴二，使两齿轮正确啮合，最后的啮合结果如图34。
图34装配齿轮轴二
（8）向组件中装配齿轮油泵右盖；
1）单击“向组件中添加元件”按钮，使用浏览方式打开齿轮油泵零件文件Gear_pump_rightcover；
2）在系统打开的装配设计板上单击“放置”按钮，然后在“放置”列表的“约束类型”下拉菜单中选取“对齐”约束类型，然后分别选取轴A8和A15作为约束参照。
新建“对齐”约束选取轴A9和A16作为约束参照；
3）新建“匹配”约束类型，选取油泵主体端面和右盖端面，输入偏距“0”；
4）最后完成的“放置”列表如下图，最后装配结果如图35。
图35装配右盖
（9）在装配的元件之间进行布尔运算；
1）在“编辑”主菜单中选取“元件操作”选项打开“元件”菜单，选取“切除”选项；
2）根据系统提示选取右盖为被切除元件，单击“确定”，接着选取和其有相交关系的两个销作为切除参照元件；
3）最后单击“再生”，再生后转配结果如图，被切除的右盖零件会相应变化。
（10）装配螺栓；
1）单击“向组件中添加元件”按钮，打开“blot.prt”；
2）使用“对齐”约束，选取螺栓轴线和螺栓孔轴线；
3）使用“匹配”约束，选取螺栓头下端面和螺栓孔上端面。
（11）重复装配螺栓；
（12）向组件中装配压紧螺母；
1）单击“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵零件文件Pack；
2）使用“插入”和“匹配”两中约束选取相应参照。
（13）在元件之间进行布尔运算同步骤9一样，切除压紧螺母；
（14）装配键；
1）单击“向组件中添加元件”按钮，打开齿轮油泵零件文件key；
2）使用“匹配”“匹配”“匹配”三种约束方式选取相应参照。
（15）装配齿轮；
1）单击“向组件中添加元件”按
升级会员 