【文章內(nèi)容簡介】 節(jié)。 參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計圖形拓撲關(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進行約束。參數(shù)與圖形的控制尺寸有顯示的對應(yīng)，不同的參數(shù)值驅(qū)動產(chǎn)生不同大小的幾何圖形。 參數(shù)化設(shè)計是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計的一種簡單，高效、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品設(shè)計方法。特別適合與系列化產(chǎn)品設(shè)計及標準件庫的建立等。 1)參數(shù)化設(shè)計的理論方法 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以約束造型為核心，以尺寸驅(qū)動為特征，允許設(shè)計者首先進行草圖設(shè)計，勾畫出設(shè)計輪廓，然后輸入精確尺寸值來完成最終的設(shè)計。與無約束造型系統(tǒng)相比，參數(shù)化設(shè)計更符合實際工程設(shè)計習慣，因為在實際設(shè)計的初期階段，設(shè)計人員關(guān)心的往往是零部件的大致形狀和性能，對精確的尺寸并不十分關(guān)心，特別是在系列化設(shè)計中，參數(shù)化造型技術(shù)的優(yōu)點就更加突出。 設(shè)計過程可視為約束滿足的過程， 設(shè)計活動本質(zhì)上是通過提取產(chǎn)品有效的約束來建立其約束模型并進行約束求解。設(shè)計活動中的約束主要來自功能、結(jié)構(gòu)和制造三個方面。功能約束是對產(chǎn)品所能完成的功能的描述；結(jié)構(gòu)約束是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度等的表示；制造約束是對制造資源環(huán)境和加工方法的表達。在產(chǎn)品設(shè)計過程中將這些約束綜合成設(shè)計目標，并將它們映射成為特定地幾何 /拓撲結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)化為幾何約束。所謂幾何約束就是要求幾何元素之間必須滿足某種特定的關(guān)系。將幾何約束作為構(gòu)成幾何 /拓撲結(jié)構(gòu)的幾何基準要素和表面輪廓要素，可以導(dǎo)出各種形狀結(jié)構(gòu)的位置和形狀參數(shù)，從而形成參數(shù)化的 產(chǎn)品幾何模型。 產(chǎn)品的幾何約束主要包括拓撲約束和尺寸約束兩方面。拓撲約束是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定性描述，它表示幾何元素之間的固定聯(lián)系，如對稱、平行、垂直、相切等，這些關(guān)系擬抽象為點、邊、面間等九類有向關(guān)系，每一類關(guān)系有相應(yīng)的謂詞，包括 “相同 ”、 “平行 ”、 “垂直 ”、 “相交 ”、 “偏移 ”等。尺寸約束則為特征 /幾何元素間相對位置的定量表示，如各種距離、兩線夾角、圓的半徑等。尺寸約束是參數(shù)化驅(qū)動的對象，其不僅可以變動，而且需要標注和顯示。尺寸約束可表征為一組基本參數(shù)且具有與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次相對應(yīng)的層次性。產(chǎn)品特征模型中高層約束是 形狀特征之間的形位關(guān)系；幾何元素之間的約束，則是低層約束的封裝；高層約束需通過低層約束來實現(xiàn)。 參數(shù)驅(qū)動中約束方程的求解或尺寸鏈的推導(dǎo)是難點，如何保證在各種情況下都得到穩(wěn)定的解，尚未得到完全的解決。 目前，解決參數(shù)驅(qū)動中約束的方法主要有如下幾種：基于幾何約束的變量幾何法、基于幾何推理的人工智能法、基于構(gòu)造過程的構(gòu)造法、基于輔助線法。上面幾種方法目前應(yīng)用較為廣泛，但幾何推理法采用謂詞描述約束，而且采用專家系統(tǒng)進行推理求解，效率低，難以滿足交互繪圖的要求。構(gòu)造法通過對造型過程的紀錄，記下幾何元素的生成順序及其相 互間的關(guān)系，當用戶修改參數(shù)時，系統(tǒng)按原來的造型順序和幾何元素之間的關(guān)系重新構(gòu)造設(shè)計過程，構(gòu)造法能夠克服前面兩種方法的不足，但要求用戶嚴格遵守一定的造型順序，缺乏靈活性。 2)基于特征的參數(shù)化設(shè)計 基于特征的參數(shù)化設(shè)計將基于特征的設(shè)計和參數(shù)化設(shè)計有機的結(jié)合起來，使用較完整的帶有語義的特征描述方式，使特征本身就包含參數(shù)化變動所需的成員變量和成員函數(shù)，將面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用于特征的描述，在造型中使用參數(shù)化，隨時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸，并因此帶動特征自身的變動，實現(xiàn)產(chǎn)品基于特征的參數(shù)化設(shè)計?；谔卣鞯膮?shù)化三維造型技術(shù)是 CAD 的關(guān)鍵技術(shù)，也是機械產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢。 目前主要有兩種參數(shù)化建模方法：尺寸參數(shù)化和結(jié)構(gòu)參數(shù)化，尺寸參數(shù)化是指零部件的大小可以改變而形狀不能改變，例如眾多軟件系統(tǒng)中的基本圖元，而結(jié)構(gòu)參數(shù)化是指既可以改變大小也可以改變形狀，建模過程中根據(jù)實際需要可選擇尺寸參數(shù)化或結(jié)構(gòu)參數(shù)化造型。 參數(shù)化設(shè)計的最大優(yōu)點是系統(tǒng)自動記錄建立幾何形體的整個歷程，換句話說，系統(tǒng)不僅記錄建立的幾何形體，同時也記錄設(shè)計意圖，即幾何間的關(guān)系。當改變參數(shù)時，幾何關(guān)系保持不變。作為一個基于特征的三維輔助設(shè)計軟件，利用幾何約束實現(xiàn)了尺寸驅(qū)動 ，設(shè)計者可以在設(shè)計過程中預(yù)先定義設(shè)計變量，再通過簡單的算術(shù)表達式定義幾何尺寸，幾何尺寸也可以以變量的形式加入到算術(shù)表達式中，以驅(qū)動其它尺寸。對標準件來說，其結(jié)構(gòu)尺寸均己標準化、系列化，國家標準對其有著明確的規(guī)定。在造型過程中，就某一特定類型的標準件而言，我們只需改變其設(shè)計變量的值，就可得到不同規(guī)格的同類零件模型。因此，設(shè)計變量的應(yīng)用，使得標準件模型庫建立的繁雜工作變得簡單了。 3 齒輪建模過程 此次齒輪類零件的造型較多，但建模原理大體相同，因此下面以齒輪傳動零件中的直齒圓柱齒輪為例。（只研究 直齒 輪、斜齒輪、錐齒輪 ） 漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)設(shè)計 模數(shù) M、齒數(shù) Z、壓力角 ALPHA、齒寬 B、齒輪齒頂高系數(shù) H_N、頂隙系數(shù)C_N、變位系數(shù) X_N、軸孔直徑 DK。 齒輪參數(shù)間的計算關(guān)系 齒頂高： ha=m*(h_n+x_n) 齒根高： hf=m*(h_n+c_nx_n) 分度圓直徑： d=m*z 基圓直徑： db=d*cos(alpha) 齒頂圓直徑： da=d+2*m*(h_n+x_n) 齒根圓 df=d2*m*(h_n+c_nx_n) 漸開線的參數(shù)方程： r=db/2 theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 （ 1）設(shè)置齒輪基本參數(shù) （ 2）繪制四個圓并添加關(guān)系式 （ 3）創(chuàng)建基準曲線 — 漸開線 （ 4）鏡像漸開線 （ 5）創(chuàng)建一個齒槽輪廓實體 （ 6）陣列齒槽輪廓 直齒 圓柱齒輪 建模過程 設(shè)計步驟如下 ： （ 1） 開始一個新零件，以“ 零件 ”名稱保持文件。 （ 2） 添加方程式，定義參數(shù)，添加整體變量。 1）單擊“工具”工具欄中的“方程式”按鈕 ，系統(tǒng)彈出“方程式”對話框。 2）單擊 按鈕，系統(tǒng)彈出“添加方程式”對話框，如圖 210 3）在文本框內(nèi)輸入方程 m=3 ，單擊 按鈕，方程式便自動添加到方程式對話框中。 4)）重復(fù) 步驟 2）和步驟 3）逐一添加 z=20， d=m*z， p=pi*m， B=10*m方程式，如圖 211。完成方程式添加后，單擊方程式對話框中的按鈕。系統(tǒng)在 FeatureManager 特征設(shè)計樹中會添加以上方程式文件夾。 (齒厚一般為 10 倍的模數(shù) ，所有 B=10*m) 圖 210 “添加方程式”對話框 5）單擊特征設(shè)計樹 ，展開方程式文件夾，如圖 212 所示。 （ 3） 以齒根圓繪制齒輪基本 。 1） 在 上插入草圖 1。 2） 在原點繪制一個圓，并標注尺寸（如圖 213）。并將尺寸屬性欄中的“主要值”下的尺寸名稱改為“ df” (如圖 214)。 3）雙擊尺寸數(shù)字下的尺寸線，在彈 出圖 212 FeatureManager 特征設(shè)計 樹 圖 213 草圖 1 圖