【正文】 的數(shù)據(jù)開發(fā)等重大領域。AutoCAD是當今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領域擁有廣泛的用戶群。AutoCAD有強大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發(fā)等功能，同時有部分三維功能。在許多實際應用領域(如機械、建筑、電子)中，一些軟件開發(fā)商在AutoCAD的基礎上已開發(fā)出許多符合實際應用的軟件。 Pro/EngineerPro/Engineer系統(tǒng)是美國Param etric Technology Corporation(簡稱PTC)的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準。利用該概念開發(fā)出來的第三代機械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/Engineer軟件能將設計至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產(chǎn)品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。Pro/Engineer系統(tǒng)主要功能如下:(1)真正的全相關性，任何地方的修改都會自動反映到所有相關地方；(2)具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力；(3)具有強大的裝配功能，能夠始終保持設計者的設計意圖；(4)容易使用，可以極大地提高設計效率。Pro/Engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。Pro/Engineer建立在工作站上，系統(tǒng)獨立于硬件，便于移植。因此，本開發(fā)利用Pro/Engineer為平臺對齒輪進行二次開發(fā)。 課題的提出及意義產(chǎn)品的三維設計離不開CAD/CAM系統(tǒng)的支持，具有技術成熟、功能強大的Pro/ENGINEER參數(shù)化造型系統(tǒng)在設計和制造業(yè)中引起了人們的重視，并得到了日益廣泛的應用。Pro/ENGINEER提供了強大的三維幾何造型功能，使我們能夠創(chuàng)建出各種復雜的幾何模型，作為通用的三維CAD/CAM系統(tǒng)在功能上基本能夠滿足產(chǎn)品三維設計要求，但有時這些功能并不能滿足我們的需求。例如標準零件系列，它們的結(jié)構(gòu)都是相同的，區(qū)別只在于尺寸，如果標準零件系列都通過三維建模的方式來實現(xiàn)，那么工作量將非常巨大。雖然Pro/ENGINEER自身也有一些模型庫，但是這遠遠滿足不了用戶的要求。因此，也就有了本課題研究開發(fā)的必要。機械產(chǎn)品的開發(fā)過程中會用到大量的通用零件、標準件、相似件。如何建立這些常用零部件的庫，利用已有的資源，花費較少的時間完成產(chǎn)品設計是用戶非常關心的問題。建立這些通用件、標準件、相似件零件庫作為一項可行方案，一方面可以避免不同設計者的重復勞動，提高設計效率,提高設計的標準化程度，減少錯誤發(fā)生率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；另一方面還可以基于該軟件的三維實體模型進行更深層次的分析（如有限元分析等），以確保機械設計結(jié)果安全可靠。綜上，對某些特殊零件進行二次開發(fā)是非常有必要的。因此也就有了本課題的提出。 預期功能如今，雖然繪圖軟件很多，而且建模方法也越來越智能，易學易懂。但是有些模型，具有相似性和通用性，如標準件，常用件等。如果每用一次都要建一次模型，那么將會大大延長設計周期，如此繁瑣而重復的步驟，將給設計者帶來不必要的負重。本課題將通過參數(shù)化建模，解決這一問題。用戶只需正確選擇或輸入零件相關參數(shù)，Pro/E便能自動生成用戶所需的模型，這樣大大縮短了開發(fā)設計的時間，提高了零件的結(jié)構(gòu)設計效率。 本論文內(nèi)容在本課題中，主要是基于Pro/E或UG為二次開發(fā)平臺，實現(xiàn)高效快速的參數(shù)化齒輪建模。本人負責齒輪模塊的二次開發(fā)設計。本文首先簡單介紹了一些繪圖軟件特別是Pro/ENGINEER的現(xiàn)狀，說明了研究本課題的必要性以及重 要性；其次介紹了一些Pro/ENGINEER二次開發(fā)工具；接著確定本二次開發(fā)的總體方案；最后詳細地介紹了對齒輪進行二次開發(fā)的全過程。本文的重點在于對齒輪進行二次開發(fā)的部分。對齒輪的設計將包含以下內(nèi)容： 齒輪的參數(shù)化建模； 設計齒輪菜單及對話框(其中包含實現(xiàn)對話框上各按鈕的功能的相應程序)； 檢驗設計是否能達到預期功能。2 二次開發(fā)總體方案的確定 二次開發(fā)語言(Pro/TOOLKIT)Pro/TOOLKIT是美國Parametric Technology Corporation(PTC)公司為Pro/ENGINEER軟件提供的開發(fā)工具包，其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼擴充Pro/ENGINEER系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于Pro/ENGINEER系統(tǒng)的應用程序模塊，不僅如此，還可以利用Pro/TOOLKIT提供的UI對話框、菜單以及VC的可視化界面技術，設計出方便實用的人機交互界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。Pro/TOOLKIT是Pro/ENGINEER的一個應用程序接口(API)，它的編程語言是C語言，可以對Pro/ENGINEER進行功能擴展，滿足PTC客戶的特定需求。而且，Pro/TOOLKIT提供了定制標準Pro/ENGINEER用戶界面的能力，自動執(zhí)行重復性的程序，通過Pro/ENGINEER集成的內(nèi)部程序(Dll)或外部應用程序（Exe）可以為造型用戶提供自定義的應用程序、設計規(guī)劃和繪圖自動化。Pro/TOOLKIT工具包提供了開發(fā)Pro/ENGINEER所需的函數(shù)庫文件和頭文件，使用戶編寫的應用程序能夠安全地控制和訪問Pro/ENGINEER，并可以實現(xiàn)應用程序模塊與Pro/ENGINEER系統(tǒng)的無縫集成。Pro/TOOLKIT工具包是隨Pro/ENGINEER安裝盤一起提供的，安裝時在“元件”列表框中選中“API Toolkits”復選框，并在“子元件”列表框中選中“Pro/TOOLKIT”復選框，這樣將在Pro/ENGINEER系統(tǒng)的默認目錄下自動創(chuàng)建兩個下級目錄：protoolkit和prodevelop。Pro/TOOLKIT采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法（Object_Oriented Programming）。在Pro/ENGINEER和應用程序之間主要是通過特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來傳遞信息，以應用程序來說這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是直接訪問的，而只能通過Pro/TOOLKIT提供的函數(shù)來訪問。 開發(fā)工具的確定Pro/ENGINEER軟件本身自帶了一些二次開發(fā)工具，如族表工具、用戶定義特征（UDF）、Pro/Program、Jlink、Pro/Toolkit等。以下簡單介紹上述幾種二次開發(fā)工具：族表（Family Table）通過族表可以方便地管理具有相同或相近結(jié)構(gòu)的零件，特別適用于標準零件的管理。族表工具是通過建立一個通用零件作為父零件，然后在其基礎上對各參數(shù)加以控制生成派生零件。整個族表是通過電子表格來實現(xiàn)的，因此可以稱其為表格驅(qū)動。用戶定義特征（UDF）用戶定義特征是將若干個系統(tǒng)特征整合為一個自定義特征，使用時作為一個整體出現(xiàn)。UDF適用特定產(chǎn)品的特定結(jié)構(gòu)，有利于設計者根據(jù)產(chǎn)品特征快速生成幾何模型。 Pro/ProgramPro/ENGINEER軟件對于每個模型都有一個主要設計步驟和參數(shù)列表Pro/Program,它是由類似BASIC的高級語言構(gòu)成，用戶可以根據(jù)設計需要來編輯該模型的Program,使其以一個程序來工作。通過運行該程序，系統(tǒng)通過人機交互的方法來控制系統(tǒng)參數(shù)、特征出現(xiàn)與否以及特征的具體尺寸等。 JlinkJlink是Pro/ENGINEER中自帶的基于JAVA語言的二次開發(fā)工具，是一種面向?qū)ο?、獨立于操作系統(tǒng)平臺的開發(fā)工具。用戶通過JAVA編程實現(xiàn)向Pro/ENGINEER軟件添加功能。 Pro/TOOLKITPro/TOOLKIT同Jlink一樣也是Pro/ENGINEER自帶的二次開發(fā)工具。在Pro/TOOLKIT中，PTC向用戶提供了大量的C語言函數(shù)庫，函數(shù)采用面向?qū)ο蟮娘L格。通過調(diào)用這些底層函數(shù)，用戶能方便而又安全地訪問Pro/ENGINEER的數(shù)據(jù)庫及內(nèi)部應用程序，進行二次開發(fā)，擴展一些特定功能。上述各種二次開發(fā)工具集中在Pro/ENGINEER的“工具”菜單中，如圖21所示。其中“輔助應用程序”主要用來調(diào)用Pro/TOOLKIT程序。 圖21開發(fā)工具由于Pro/TOOLKIT具有函數(shù)簡單，應用方便等優(yōu)點，本課題將使用Pro/TOOLKIT進行二次開發(fā)研究。 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境包括兩部分：即硬件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)環(huán)境。本課題是基于Pro/Engineer ，因此只要能夠安裝支持Pro/E 。建議配置如表21所示。表21 計算機配置項目推薦配置CPU（）內(nèi)存512MB以上（建議1G）顯卡顯存32MB以上，推薦使用Geforce4以上的顯卡網(wǎng)卡必須安裝網(wǎng)卡（或使用虛擬網(wǎng)卡） 軟件開發(fā)環(huán)境操作平臺：WindowsXP/Vista/Win7；開發(fā)平臺：Pro/ENGINEER ；開發(fā)語言：Visual C++。 工作模式的確定Pro/TOOLKIT應用程序有兩種工作模式：異步模式和同步模式。異步模式無需啟動Pro/ENGINEER，就能夠單獨運行Pro/TOOLKIT應用程序的方法叫異步模式。異步模式實現(xiàn)了兩個程序的并行運行，可以只在程序需要調(diào)用Pro/ENGINEER功能時，才啟動Pro/ENGINEER。但由于異步模式具有代碼復雜、執(zhí)行速度慢等缺點，因此一般不采用異步模式。同步模式同步模式下，Pro/TOOLKIT應用程序必須與Pro/ENGINEER系統(tǒng)同步運行。同時，當Pro/TOOLKIT應用程序執(zhí)行時，Pro/ENGINEER系統(tǒng)是處于停止狀態(tài)的。同步模式又分為兩種模式，即動態(tài)連接模式（DLL模式）和多進程模式（Multiprocess Mode）。動態(tài)連接模式是將用戶編寫的C程序編譯成一個DLL文件，這樣Pro/TOOLKIT應用程序和Pro/ENGINEER運行在同一個進程中，它們之間的信息是直接通過函數(shù)調(diào)用實現(xiàn)的。多進程模式是將用戶的C程序編譯成一個可執(zhí)行文件，Pro/TOOLKIT應用程序和Pro/ENGINEER運行在各自的進程中，它們之間的信息交換是由消息系統(tǒng)來的。由于本設計任務要求運行Pro/ENGINEER時，所設計零件能自動嵌入到Pro/ENGINEER菜單上，兼之動態(tài)連接模式(DLL模式)又較為簡單，運行速度比較快，因此本設計開發(fā)將采用同步模式中的動態(tài)連接模式，即DLL模式。 總體設計框架本二次開發(fā)是基于Pro/ENGINEER的關于齒輪的參數(shù)化設計。設計的對象是齒輪。本任務將設計多種類型的齒輪，要求用戶只需選擇或輸入相關參數(shù)，就能自動生成所需的齒輪零件。齒輪的類型非常多，這里將其分為兩大類：圓柱螺旋齒輪和非圓柱螺旋齒輪。圓柱螺旋齒輪又分為圓截面圓柱螺旋壓縮齒輪、矩形截面圓柱螺旋壓縮齒輪、圓柱螺旋拉伸齒輪、圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)齒輪等；非圓柱螺旋齒輪分為截錐螺旋齒輪、中凹形螺旋齒輪、中凸形螺旋齒輪、非圓形螺旋齒輪等各類。本開發(fā)的總體設計流程如圖22所示，調(diào)用響應圖如圖23所示。建立開發(fā)目錄設計菜單設計對話框++新建工程Pro/toolkit編程與Pro/E連接調(diào)試通過圖22 總體設計流程圖啟動Pro/E自動加載菜單選擇自定義菜單選擇所需零件調(diào)用對話框輸入設計參數(shù)生成實體模型退出程序圖23 程序調(diào)用響應圖3 齒輪的參數(shù)化設計 齒輪簡介齒輪是應用最廣的一種機械傳動零件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞動力大、效率高、壽命長、可靠性好和傳動比準確等特點。齒輪的精密鍛壓技術由于其顯著優(yōu)點；正日益受到各國研究人員的重視，得到了蓬勃發(fā)展。齒輪理論和制造工藝的發(fā)展將是進一步研究輪齒損傷的機理，這是建立可靠的強度計算方法的依據(jù)，是提高齒輪承載能力，延長齒輪壽命的理論基礎；發(fā)展以圓弧齒廓為代表的新齒形；研究新型的齒輪材料和制造齒輪的新工藝； 研究齒輪的彈性變形、制造和安裝誤差以及溫度場的分布，進行輪齒修形，以改善齒輪運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并在滿載時增大輪齒的接觸面積，從而提高齒輪的承載能力。齒輪應用廣泛，種類很多按齒廓曲線可分為漸開線齒輪、擺線齒輪、圓弧齒輪等。按外形可分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪等；按輪齒所在的表面可分為外齒輪和內(nèi)齒輪；按齒線形狀可分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪等。按制造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中普遍使用齒輪裝置。齒輪傳動是機械傳動的重要裝置，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大和效率高等優(yōu)點，己廣泛地應用于汽車、船舶、機床、礦山冶金等領域，它幾乎適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍。目前齒輪傳動技術已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重點之一。 齒輪的參數(shù)化建模直齒圓柱齒輪應用最為廣泛，如車輛的驅(qū)動齒輪、機床主軸箱內(nèi)的齒輪、機械表內(nèi)部齒輪等都是這些齒輪。軟齒面的齒輪承載能力較低，但制造比較容易，跑合性好， 多用于傳動尺寸和重量無嚴格限制，以及小量生產(chǎn)的一般機械中。因為配對的齒輪中，小輪負擔較重，因此為使大小齒輪工作壽命大致相等，小輪齒面硬度一般要比大輪的高 。下面以直齒圓柱齒輪為例，介紹說明齒輪的參數(shù)化建模過程?；赑ro/Engineer的標準漸開線直齒圓柱齒輪三維模型的建立（1）.打開Pro/ENGINEER軟件，新建一個零件，命名為“”,不使用缺省模板，選擇“mmns_part_solid”，進入零件設計環(huán)境。（2）.選取主菜單中的【工具】→【參數(shù)】命令，彈出“參數(shù)”對話框，如圖31所示，單擊“＋”按鈕，添加四個參數(shù)m、z、alfa、b，m表示齒輪模數(shù)，z表示齒輪的齒數(shù)，alfa表示齒輪的壓力角，b則表示齒輪的寬度。并預先設置各參數(shù)的值。如m=3,z=46,alfa=20,b=15。單擊“確