【文章內(nèi)容簡介】 射。圖31 為特征的層次性及不同特征之間的映射關(guān) 系。 機械零件產(chǎn)品通常按一定特征設(shè)計制造，特征之間具有確定的幾何約束關(guān)系（包含結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束兩種類型）。忽略幾何約束，得到的產(chǎn)品模型是沒有意義或是不準(zhǔn)確的。結(jié)構(gòu)約束是指特征元素之間的拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系（ 如平行、垂直、對稱、相切等），描述了特征元素的空間相對位置和連接方式。尺寸約束是特征元素間的距離、角度等。圖 3圖 33是常見的特征元素之間的約束。 圖 31 特征的層次性及不同特征之間的映射關(guān)系 圖 34是基于二維參數(shù)化草圖經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)生成的齒輪三維模型，建模時首先繪制特征曲線（ 底層特征），然后對這些特征 曲線進行調(diào)整使其滿足幾何約束，組成二維截面形狀特征（ 高層組合特征），最后按照特定特征形成規(guī)則（ 拉伸、旋轉(zhuǎn)規(guī)則）生成邊界表示法單元 /體素特征，完成齒輪特征建模。 圖 32 截面特征曲線之間的約束 圖 33 二次曲面之間的約束 圖 34 齒輪三維模型 第 四 章 參數(shù)化零件設(shè)計 參數(shù)化設(shè)計 所謂參數(shù)化設(shè)計，就是在工程設(shè)計中，用可變參數(shù)而不是固定尺寸表達零件形狀或部件裝配關(guān)系，通過設(shè)置參數(shù)就可以表達零件形狀或部件裝配關(guān)系，通過改變參數(shù)就可以完成零件的形狀或裝配關(guān)系的修改，這樣，工程設(shè)計人員可任意建立形體尺寸和功能之間的關(guān)系。任何一個參數(shù)改變，其相關(guān)的特征也會自動修正 ，以保持設(shè)計者的意圖。當(dāng)特征之間存在參考關(guān)系時，特征之間即產(chǎn)生所謂的父 /子（ parent/child）關(guān)系。同時，模型參數(shù)不僅表達模型的形狀，而且具有實際的物理意義，通過引用系統(tǒng)參數(shù)或設(shè)置用戶定義參數(shù)，可以方便地得出模型的體積、面積、質(zhì)心、重量等。采用參數(shù)化設(shè)計，還可以加入關(guān)系式增加特征之間的參數(shù)關(guān)系。關(guān)系式是數(shù)學(xué)方程，用于驅(qū)動模型，并提高捕捉設(shè)計意圖層次的關(guān)聯(lián)尺寸或其它參數(shù)，通過關(guān)系式可以減少模型的獨立驅(qū)動尺寸，這樣在修改模型時可以減少逐一修改尺寸的工作，并可減少錯誤的發(fā)生。 參數(shù)化設(shè)計是 Revit Building 的一個重要思想，它分為兩個部分：參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎。 Revit Building 中的圖元都是以構(gòu)件的形式出現(xiàn)，這些構(gòu)件之間的不同，是通過參數(shù)的調(diào)整反映出來的，參數(shù)保存了圖元作為數(shù)字化建筑構(gòu)件的所有信息。參數(shù)化修改引擎提供的參數(shù)更改技術(shù)使用戶對建筑設(shè)計或文檔部分作的任何改動都可以自動的在其它相關(guān)聯(lián)的部分反映出來，采用智能建筑構(gòu)件、視圖和注釋符號，使每一個構(gòu)件都通過一個變更傳播引擎互相關(guān)聯(lián)。構(gòu)件的移動、刪除和尺寸的改動所引起的參數(shù)變化會引起相關(guān)構(gòu)件的參數(shù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的變化，任一視圖下所發(fā)生的變更 都能參數(shù)化的、雙向的傳播到所有視圖，以保證所有圖紙的一致性，毋須逐一對所有視圖進行修改。從而提高了工作效率和工作質(zhì)量。 機械通用件的參數(shù)化設(shè)計 機械通用件應(yīng)用廣泛，同類通用件的形狀相似且造型步驟大體相同，如果逐個按規(guī)格逐個畫，會浪費不少寶貴的時間。采用 Pro/E 的參數(shù)化建模方法，輸入相應(yīng)的關(guān)系式，當(dāng)一個零件完整地設(shè)計好之后，只要修改相應(yīng)的參數(shù)，就可得到一個所期望的新零件，減去了數(shù)字化建模過程中煩瑣且重復(fù)性的工作。下面以軸、齒輪以及渦輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計為例，介紹如何在 Pro/E 中采用特征造型和參數(shù)化 設(shè)計方法快速創(chuàng)建機械通用件的三維模型。 參數(shù)化設(shè)計在 CAD 中的應(yīng)用 用 CAD方法開發(fā)產(chǎn)品時，零件設(shè)計模型的建立速度是決定整個產(chǎn)品開發(fā)效率的關(guān)鍵。產(chǎn)品開發(fā)初期，零件形狀和尺寸有一定模糊性，要在裝配驗證、性能分析和數(shù)控編程之后才能確定。這就希望零件模型具有易于修改的柔性。參數(shù)化設(shè)計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的零件模型。在 CAD中要實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，參數(shù)化模型的建立是關(guān)鍵。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約 束包括結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓撲約束關(guān)系，如平行、垂直、相切、對稱等；尺寸約束則是通過尺寸標(biāo)注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關(guān)系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系來表示。 第 五 章 軸的參數(shù)化設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)特征 軸 (shaft)是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段 可以有不同的直徑。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。 軸作為一種通用回轉(zhuǎn)體零件，其基本幾何形狀為圓柱體，在此基礎(chǔ)上根據(jù)產(chǎn)品需要，可將軸設(shè)計成具有各種不同回轉(zhuǎn)體幾何形狀及工程特征的組合形式。所以軸的形狀從幾何和工程的意義上說，可包括圓柱體、圓錐體、花鍵、鍵槽、退刀槽、螺紋等，如圖 51所示。 軸的 參數(shù)化造型基本思路 由于軸是通用件，不但特征尺寸變化，而且結(jié)構(gòu)也不固定，各種特征的有無，以及組合方式是隨機的。為了便于參數(shù)驅(qū)動，在軸的參數(shù)化設(shè)計時，采用控制特征顯示的設(shè)計方式，建立不同結(jié) 構(gòu)的軸零件，利用 Program 進行參數(shù)驅(qū)動，已達到在某種產(chǎn)品上實現(xiàn)軸的參數(shù)化設(shè)計。為了便于分析，這里用典型的階梯軸作為示例。 基本步驟 （ 1）確定軸的基本結(jié)構(gòu)，即可能包含哪些特征，進而確定一根典型軸。 （ 2）創(chuàng)建典型軸的結(jié)構(gòu)，包含若干特征。 （ 3）獲得特征尺寸參數(shù)符號。 （ 4）在 Pro/E【程序】 編輯器中，設(shè)定輸入?yún)?shù)，并與尺寸參數(shù)符號相關(guān)聯(lián)。 （ 5）利用判斷語句控制特征的生成與否。 圖 51 軸的結(jié)構(gòu)特征 創(chuàng)建新的零件文件 點擊文件 /新建，創(chuàng)建新文件，輸入文件名： shaft，取消使用缺省模板，如圖 52。 選擇公制單位 mmns_part_solid 后確認，如圖 53。 基準(zhǔn)坐標(biāo)系 PRT_CSYS_DEF 及基準(zhǔn)面 RIGHT、 TOP、 FRONT 顯示在畫面上。 創(chuàng)建軸的實體特征 由于軸是一種回轉(zhuǎn)體零件，可以利用 Pro/E 的旋轉(zhuǎn)功能完成實體創(chuàng)建。進入草繪界面 繪制如圖 54所示的截面，進行尺寸標(biāo)注及約束的確定，生成回轉(zhuǎn)體如圖 55所示。 圖 52 新建文件對話框 圖 53 選擇公制單位對話框 創(chuàng)建以 FRONT 面分別偏移 個單位（伸出 端 截面半徑）和 15 個單位（安裝齒輪段 截面半徑）的基準(zhǔn)面，用上述同樣的方法繪制兩個鍵槽的特征截面，以鍵 1 為例，如圖 56 所示。設(shè)定伸出段倒角參數(shù)，使用倒角功能完成倒角實體特征。從而完成階梯軸的所有實體特征，如圖 57所示。 創(chuàng)建軸的參數(shù)化程序 獲得上述所有特征的尺寸參數(shù)符號， 利用 Pro/E 中的 程序編輯功能，創(chuàng)建階梯軸的參數(shù)化程序，將參數(shù)和圖形聯(lián)系起來，實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動實體特征。 圖 55 階梯軸的回轉(zhuǎn)體 圖 56 鍵槽特征截面 圖 57 階梯軸各特征完成 圖 54 階梯軸的回轉(zhuǎn)截面 進入程序編輯設(shè)計，打開記事本，輸入如下代碼： INPUT SHAFT_DIA1 NUMBER ；軸頸 1 直徑 SHAFT_DIA2 NUMBER ；軸頸 2 直徑 SHAFT_DIA2_WIDE NUMBER ；軸頸 2 長度 SHAFT_DIA1_WIDE NUMBER ；軸頸 1 長度 OUTPUT_SHAFT_LEN NUMBER ；伸出端長度 GEAR_WIDE NUMBER ；安裝齒輪段長度 SHAFT_LEN NUMBER ；軸頸 1 到軸頸 2（不包含）總長 KEY1_WIDE NUMBER ；鍵 1寬度 KEY1_HEIGH NUMBER ；鍵 1高度 KEY2_WIDE NUMBER ；鍵 2寬度 KEY2_HEIGH NUMBER ；鍵 2高度 END INPUT RELATIONS D2=OUTPUT_SHAFT_LEN D6=SHAFT_DIA2_WIDE D5=GEAR_WIDE D4=SHAFT_DIA1_WIDE D3=D4+10 D7=SHAFT_LEN IF D7=D5 D7=D5+20 ENDIF D9=SHAFT_DIA1/2 D12=SHAFT_DIA2/2 D8= D10=D9+ D1= D11=D12+5 IF D11==D10 D11=D10+ ENDIF D13=D1 D18=D10 D14=KEY1_HEIGH/2 D15=KEY1_WIDE D17=D210 D20=KEY2_WIDE D22=D510 D19=KEY2_HEIGH/2 D16=5 D21=5 END RELATIONS 此時，階梯軸的參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)完成，運行程序，改變各項參數(shù)系統(tǒng)會自動再生得到不同形狀和尺寸的軸，如圖 5圖 5圖 510 所示。 軸 1 軸頸 1直徑： 25 軸頸 2直徑： 25 軸頸 2長度： 17 軸頸 1長度： 27 伸出端長度： 50 安裝齒輪段長度： 30 軸頸 1到軸頸 2（不包含）總長： 97 鍵 1寬度： 5 鍵 1高度： 5 圖 58 軸 1 鍵 2寬度： 6 鍵 2高度： 6 軸 2 軸頸 1直徑： 30 軸頸 2直徑： 35 軸頸 2長度： 25 軸頸 1長度： 35 伸出端長度： 60 安裝齒輪段長度： 65 軸頸 1到軸頸 2（不包含）總長： 110 鍵 1寬度： 6 鍵 1高度： 6 鍵 2寬度： 8 鍵 2高度： 8 軸 3 軸頸 1直徑： 20 軸頸 2直徑： 15 軸頸 2長度： 15 軸頸 1長度： 35 伸出端長度： 25 安裝齒輪段長度： 55 軸頸 1到軸頸 2（不包含）總長： 90 鍵 1寬度： 3 鍵 1高度： 3 鍵 2寬度： 4 鍵 2高度： 4 圖 59 軸 2 圖 510 軸 3 第 六 章 齒輪的參數(shù)化設(shè)計 齒輪的結(jié)構(gòu)特征 齒輪（ gear） 是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械元件，齒輪 傳動是應(yīng)用最廣的一種傳動機構(gòu)， 齒輪的 結(jié)構(gòu)一般可分為一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓 。 齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類。 齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。漸開線齒輪比較容易制造，因此現(xiàn)代使用的齒輪中 ，漸開線齒輪占絕對多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較少。 在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較??；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負荷增大，因此僅用于特殊情況。而齒輪的齒高已標(biāo)準(zhǔn)化，一般均采用標(biāo)準(zhǔn)齒高。變位齒輪的優(yōu)點較多，已遍及各類機械設(shè)備中。 另外，齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪 ；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪；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。 硬齒面齒輪的承載能力高，它是在齒輪精切之后 ，再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理，以提高硬度。但在熱處理中，齒輪不可避免地會產(chǎn)生變形，因此在熱處理之后須進行磨削、研磨或精切 ，以消除因變形產(chǎn)生的誤差，提高齒輪的精度。 齒輪 的 參數(shù)化造型基本思路 常用齒輪的齒廓形狀是漸開線，齒輪的特殊之處在于輪齒漸開線的繪制，設(shè)計漸開線時，已知參數(shù)為齒數(shù) z 、壓力角 ? 及齒輪模數(shù) m ，則漸開線參數(shù) ir 與 i? 可利用下列公式進行計算。 齒輪的節(jié)圓半徑： 12pr zm? 齒輪的基圓半徑： cosbpRr?? 齒輪的周節(jié)： cpm?? 節(jié)圓齒厚： 12pctp? 齒頂圓半徑： m(z+2h )= 2 aar ? 齒根圓半徑： m(z2h 2c )=2afr ?? 基圓齒厚： 2 ( )2 pbb ptt r invr ???