基于PROE的齿轮变速箱参数化建模设计.pdf

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1、2 8 计 算机应用技术 柳树 2 0 0 6 I 期总 第3 3 卷 基于P r o E的齿轮变速箱参数化建模设计 江鹏，高亚明(解放军理工大学 工程兵工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 7)摘要：以变速箱产品设计为基础，以工程应用为背景，以新技术新方珐的应用为重点，介把了基于 P r o E N G I N E E R三 维 C A D设计软件建立变速箱的参数化特征实体模型，竞成了参数之间的关联设计，通过对控制参数 的改变，快速竞成 不同系列变速箱零部件的设计。通过三维参数化特征建棋技术的应用，系统地探索了变速箱设计中的新技术运用前景。关键词：P r o EN G I N E E R

2、；变速箍；参数化建模 中圈分粪号：T P 3 9 1 7 2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 6 0 3 1 6(2 0 0 6)0 1 0 0 2 8 0 3 随着面向对象技术及特征建模技术的发展，C A D 已从单纯的模仿二维工程图样飞跃到三维实 体造型。同时，当今虚拟现实技术的发展，使得 C A D 技术在工程设计中呈现越来越重要的地位。据统计，齿轮变速箱类产品的设计 9 0 以上的工作是以修改 原有的设计为主，而对原有设计的某些局部改动可 能会形成迭代关系，牵涉到大量的变化。因此迫切 需要建立产品各数据间的函数关系，使得局部的修 改能自动实现全局修改，以保持产品的整体优化状 态。

3、1特征参数化设计思想 1 1特征参数化建模技术 近年来，随着三维几何模型技术的发展，设计 人员可以直接在计算机显示器前构建和观察产品的 三维型体和结构，设计结果可以用三维模型存储，也可由模型生成二维工程图。这种以三维几何模型 为基础的C AD 系统称为三维C A D系统。参数化设计 是目 前c A D 应用技术中最重要的技术之一。参数化 设计将零部件图形的描述分为三部分：图形的拓扑 关系、图形的几何参数以及这些几何参数与图形结 构参数之间的关系。它主要特点是：全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。这种设计技术特 别适合于标准件和通用件的设计以及结构定型的系 列产品设计。本文对变速箱的参数化

4、特征建模设计 就是基于P r o E N GI N E E R j 的三维c AD 系统。收稿 日期：2 0 0 5 1 01 7 P r o E n g in e e r-套由设计至生产的机械自 动 化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功 能。其采用参数化设计的、基于特征的实体模型化 系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征 的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以 随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工 程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。P r o E n g i n e e r；建立在统一基层上的数据库上，不像一些

5、传统的 C A D C A M系统建立在多个数据库 上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自 一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而 工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设 计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整 个设计过程的相关环节上，以确保所有的零件和各 个环节保持一致性和协调性。例如，一旦工程详图 有改变，N C(数控)工具路径也会自动更新；组装 工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维 模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的 结合，使得件产品的设计结合起来。目前市场上变速箱品种规格较多，采用特征参 数化建模技术设计可大大提高产品的设计效率、降 低产品的设

6、计成本、缩短产品的设计周期。1 2特征参数化建模设计思想 参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较 定型，可以用一组参数来约束尺寸关系。参数的求 维普资讯 http:/ ：耢 2 0 0 6 年 第1 期总 第3 3 卷 计算机应用技术 2 9 解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有着显式的 对应，设计结果的修改受到尺寸的驱动。综合应用 特征技术和参数化设计技术，充分发挥各自优势是 解决三维设计简单、快捷、高效的有效途径。在 P r o E 中提供了可程序化的工具 P r o P R O GR A M，利用此 工具可以先将某些要更改的步骤和尺寸编写成语 句，使得整个零件文件或装配部件能够易于操作

7、。下面以简单空心圆柱实体模型的生成过程为例说明 特征参数化建模的过程。在装配文件中的菜单管理器中，选择【T o o l(工 具)】一【P r o g r a m(程序)】一【E d i t D e s ig n(编辑 设计)】，执行后，P r o E N G I N E E R 会自动调用 Wi n d o w s 内嵌的编辑器(一般是记事本)，并显示其 内容，在里面添加如下所示的内容，：I NP U J 中1 n u m b e r 请输入内径的大小 q b 2 n u mb e r 请输入外径的大小 H n u m b e r 请输入圆柱体的高度 END I NPUT RELAT1 0NS

8、 DI；中 I D2=中 2 END REL A l I ONS 建立特征表达式关联，在装配文件中的菜单管 理器中，选择【T o o l(工具)】一【R e l a t i o n(关系)】一【S w it c h D i m(切换尺寸)】一【P i c k(选择)】，选择一个要显示参数的特征，在 P r o E N G I N E E R中，每个尺寸均会给予一个代号，所以选择【Too l(工 具)】一【A s s e m R e l(装配关系)】一【A d d(增加)】，输入尺寸代号=零件尺寸代码+零件实际尺寸。依此 类推，逐一键入各个零件与中l、中2、H 有关的各 关系式。对于不同模型的生

9、成具体操作如下：(1)点击【R e g e r e r a t e(再生)】_ 【A u to m a t ic (自 动)】一【E n t e r(输入)】一【S e l e c t A l l(选 取全部)】一【D o n e S e l(完成选取)o (2)按屏幕提示输入相应参数 请输入内径的大小：【l 0】(括号内为原有数值)；请输入外径的大小：【2 0】；请输入高度：【5 0】(3)输入完参数后，自动按照参数生成如图 1 所示。图 1参数化建模 的空心柱 图中空心圆柱的内径、外径和高几个关键尺寸 的约束确定了空心柱的基本情况，对于不同的空心 柱的模型只需对相应的参数进行修改就能实现键

10、的 不同空心柱模型。对于机械齿轮变速箱的零件健模 亦是建立在此种参数化建模的基础上。2系统特征参数化建模的实现 2 1特征分解 变速箱主要由传动齿轮、轴、轴承、箱体及附 件组成。依据模块化设计原理，将变速箱中的各个 部件主要划分为：输入单元、输出单元、箱体单元 和传动单元。每个单元根据品种及规格的不同而设 计成不同的模块。在相同品种不同规格的同一单元 的各模块，其结构形状相似，但结构参数不同。本 文主要建立在 P r o E 参数化设计的基础上对齿轮变 速箱零部件分解为如图 2 所示的结构和特征。广 萱 萎 壳 体、柱 体、长 方 体、E D 元 齿 轴 黧 瓢 齿轮 繁D 元 L通用件 一塞

11、筒 =璧 兰 二 承 键 等 通 用 模 块 L _ 轴 承 套 圆 柱 体 倒 角、图 2变速箱的特征分类 2 2部件库设计 在设计时选取那些结构相似或较固定的零件建 立零件模型库。设计中调要零件模型库中相似的零 件，进行参数修改从而得到所需要的零件，完成参 数化造型。若零件模型库中不能构造出符合要求的 零件模型，可以先建立与要求相类似的零件模型，(下转第 6 2页)维普资讯 http:/ 6 2 维修与改造 拼 2 0 0 6 年 第1 期息 第 3 3 卷 等系统修复或恢复供电时，重新启动液压系统，平台 又可正常工作。4结束语 回油口 图 3应急下放系统 文章通过各种综合措施，经改进后液

12、压系统可 靠地保证了建筑用液压平台在安全方面的问题。在 这种高空液压的设计改进中，主要是对产生各种不 安全的可能性进行了综合分析，然后对这些具体要 求进行了针对性的液压系统设计与改进，这样在设 汁上保证了高空作业人员和设备的安全。参考文献：贾文幅 全自 动液压起重机 MI 上海：上海交通大学出 版社，1 9 9 8 f 2 J 林同重，盛东初 液压传动与 控制【M】北京：北京工业学院出版 社。1 9 8 5 f 3 1 机械工程手册电机工程手册编辑委员 会 物料搬运设备卷 机械工 程手册【M】北京：机械工业出版社，1 9 9 7 1 22 1 4 1 4 1 L 京有色金属设计研究总院 机械没

13、计手册【M】北京：L 化学工业 出版社，1 9 9 3 【5】机械工程手册电机工程手册编辑委员会 传动设计卷 机械工程 手册 MI 北京：机械工业出版社，1 9 9 7 (上接 第 2 9页)然后进行特征参数的修改，不需要对每个数据进行 修改就能得到理想的零件模型，大大提高了设计效 率，缩短了设计周期。P r o E n g i n e e r是建立在一个统一的能在系统内 部引起变化的数据结构的基础上，即利用几何约束 实现了尺寸驱动建模。因此开发过程中某一处所发 生的变化能够彳 艮 J映 传遍整个设计制造过程，以确保 所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。下面以轴的建模来说明部件库的建造过程

14、。首先建造基本轴；调用键模型，利用【匹 配】选项创建子组件齿轮键槽的底面与键的顶面约 束；调用齿轮模型，利用【匹配】选项创建子组 件齿轮凸台端面与轴凸台端面的对齐约束。建立后的轴三维模型如图 3所示采用参数化设 计技术建立的轴、键和齿轮的模型，可以根据装配 体中相关零件的形状和尺寸的变化而变化，保证了 零件间的装配性。图 3轴的三维建模图形 2 3箱体零件的P r o E参数化特征建模 变速箱的箱体主要由灰铁铸造而成，结构形状 较为复杂，传统的C A D绘图技术都是使用固定的尺 寸来定义几何元素。所画的每一条线都有自己确定 的位置，想要修改所画的内容，只有删除原图后重 画。其参数化特征造型方法

15、如下：根据设计方案，利用三维造型功能进行基本造型，生成变速箱箱体 的基本造型。再调用基本特征建立特征库，形成所 需的零件信息模型。在这个基础再加上一颗记录造 型过程的模型树，记录创建历史和原始数据。从特 征库中选取设计所需要的特征，输入设计参数，将 多个特征结合起来共同构成箱体的形状特征模型。对于不同型号的变速箱箱体造型，选取要修改的特 征及修改类型，改变相应参数，系统根据参数约束 关系自动将参数变动传递到特征几何表示中 并反馈 到图形显示中。3结论 随着计算机应用技术的发展，C A D技术在世界 范围内得到广泛的应用，先进的应用工具使得人们 的工作效率和工作质量得到了大大的提高。采用三 维设计方法取代传统的二维设计方法，使设计过程 可视化，设计结果直观明了，有利于提高设计质量；参数化设计使得零件的修改和由原型零件演绎出新 的零件更JJ tll 捷，有利于提高设效率。参考文献：【l】秦雄志 C AD及模块化设计在减速机设计中的应用【2】赵春章 P r o E N GI N E E R机械零件波计教程海军出版社 维普资讯 http:/