【文章內(nèi)容簡介】 要求，就要考慮齒輪各個參數(shù)的改變，這些參數(shù)與齒輪尺寸、形狀、位置之間以各種方程式關(guān)聯(lián)，每個參數(shù)的改變都會引起齒廓形狀的改變。利用Pro/E中的記事本編輯功能，通過編輯漸開線公式，能很精確的生成漸開線齒輪的齒廓。 齒輪結(jié)構(gòu)類型齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類。（1）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小；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(fù)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。（2）按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸輪，如下圖所示：圖33 錐齒輪圖32 圓柱齒輪 圖34 齒條圖35 蝸輪蝸桿 （3）按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪，如下圖所示：圖37 斜齒輪圖36 直齒輪 圖38 人字齒圖39 外齒輪和內(nèi)齒輪 （4）按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪，如圖39所示：（5）按齒廓曲線可分為漸開線齒輪、擺線齒輪、圓弧齒輪。 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)概述參數(shù)化設(shè)計(parametric design)是一種設(shè)計方法，其基礎(chǔ)是尺寸驅(qū)動的幾何模型。與傳統(tǒng)的設(shè)計不同，尺寸驅(qū)動的幾何模型可以通過更改尺寸達(dá)到更改設(shè)計的目的。這意味著，設(shè)計人員一開始可以設(shè)計一個草圖，稍候再通過精確的尺寸完成設(shè)計的細(xì)節(jié)。參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計圖形拓?fù)潢P(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[15]。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(biāo)準(zhǔn)件庫的建立等[16]。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(xí)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(dá)。在產(chǎn)品設(shè)計過程中將這些約束綜合成設(shè)計目標(biāo)，并將它們映射成為特定地幾何/拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的幾何基準(zhǔn)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?fù)浼s束和尺寸約束兩方面。拓?fù)浼s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(biāo)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(jì)錄，記下幾何元素的生成順序及其相互間的關(guān)系，當(dāng)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(yán)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。基于特征的參數(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(dāng)改變參數(shù)時，幾何關(guān)系保持不變。Pro/E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(dá)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(dá)式中，以驅(qū)動其它尺寸。對標(biāo)準(zhǔn)件來說，其結(jié)構(gòu)尺寸均己標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件模型庫建立的繁雜工作變得簡單了。設(shè)計變量的應(yīng)用一般有兩種方式 ：（1）表格方式：在一個表格中(如 Microsoft Excel 電子表格)，建立局部變量或全局變量，用表格驅(qū)動單個或多個零件的尺寸變化；（2）直接方式：直接建立局部或全局變量，用變量驅(qū)動單個或多個零件的尺寸變化； 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。1）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。2）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=03）直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計基本思路：（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(zhǔn)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 （7）軸孔的生成 （8）畫鍵槽并添加關(guān)系4）直齒圓柱齒輪建模過程（1）設(shè)置齒輪基本參數(shù)新建一個零件文件“zhichiyuanzhu”后，進入Pro/E的零件創(chuàng)建界面。在菜單上單擊“工具”→“參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“參數(shù)”窗口，依次添加齒輪參數(shù)，如圖310所示。圖310 參數(shù)窗口（2）繪制四個圓，如圖311所示，并添加關(guān)系式如下：d=M*Zda=M*(Z+2*H_N+2*X_N)df=M*(Z2*H_N2*C_N+2*X_N) db=D*cos(alpha) sd0=dasd1=dsd2=dbsd3=df（3）創(chuàng)建基準(zhǔn)曲線—漸開線單擊工具欄按鈕按鈕，打開“菜單管理器”，在該菜單中依次擇“曲線”、“從方程”、“完成”選項，建立基準(zhǔn)曲線，選擇缺省坐標(biāo)系，設(shè)置坐標(biāo)類型為[笛卡爾]，打開記事本窗口，添加漸開線方程式： r=db/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180z=r*sin(theta)r*cos(theta)*theta*pi/180y=0按步驟操作完成后即可生成一條漸開線，如下圖312。 圖311 草繪四個圓 圖312 生成漸開線（4）鏡像漸開線 在工具欄內(nèi)依次單擊和按鈕，完成點“PNT0”和軸“A_1”的創(chuàng)建。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，選擇剛創(chuàng)建的軸“A_1”和剛創(chuàng)建的點“PNT0”為基準(zhǔn)，完成“DTM1”的創(chuàng)建，見圖313。再單擊按鈕，選擇剛創(chuàng)建的軸“A_1”和剛創(chuàng)建平面的“DTM”為基準(zhǔn)，相對DTM1偏移一個角度為360/（4*z），并添加相應(yīng)的關(guān)系式，完成“DTM2”的創(chuàng)建。以DTM2為鏡像面，鏡像生成另一條漸開線，并創(chuàng)建齒廓見圖314。圖313 鏡像漸開線廓圖314 創(chuàng)建齒槽輪廓廓（5）創(chuàng)建一個齒槽輪廓實體通過“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建一個齒槽輪廓實體：①通過“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建；②選FRONT面為草繪平面；③進入草繪后，采用“通過邊創(chuàng)建圖元”工具，分別選取齒頂圓、齒根圓及兩條漸開線，且在兩漸開線與齒根圓之間創(chuàng)建倒圓角，修剪多余線條后由此圍成一個封閉線框即為所畫的截面圖形（如圖315所示）。④拉伸深度值為參數(shù)“B”，或選“穿透”拉伸方式。如圖46所示。⑤陣列齒槽輪廓，如圖316所示。 圖315 創(chuàng)建齒輪實體輪廓圖316 陣列實體輪廓 ⑥軸孔的生成，如圖318所示⑦畫鍵槽并添加關(guān)系，如圖317：sd1=*sd2sd0=hsd2=b1⑧圖317 創(chuàng)建鍵槽最終模型如圖319所示。 圖318 軸孔形成圖319 最終模型 其他類型齒輪參數(shù)化模型的構(gòu)建除上述斜齒輪外，本系統(tǒng)所開發(fā)的齒輪類零件有：斜齒圓柱齒輪（左旋，右旋）、軸齒輪、人字齒、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒圈和齒條。（1）斜齒圓柱齒輪：在分度圓曲面上創(chuàng)建投影曲線，根據(jù)螺旋角確定左旋或者右旋，一般在草繪時添加關(guān)系式，如圖320和321所示。圖321 斜齒圓柱齒輪（左旋）圖320 斜齒圓柱齒輪(右旋) （2）錐齒輪：錐齒輪建模相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，先要設(shè)置錐角面，在這個面上再拉伸輪齒，但是，錐齒輪大端和小端的輪齒截面不相等，所以必須構(gòu)建兩個齒廓截面，采用掃描混合的方法生成第一個輪齒。第一個生成好后，就可以通過同上面相同的方法復(fù)制、陣列其他輪齒。本系統(tǒng)中所用到的錐齒輪如圖322所示。圖323人字齒圖322直齒錐齒輪（3）人字齒：在直齒齒輪建模后，人字齒輪建模就非常簡單，其齒廓即是兩個齒寬為正常一半的直齒的拼合，其他結(jié)構(gòu)的構(gòu)建也和上面的直齒結(jié)構(gòu)相同，本系統(tǒng)中所用到的人字齒輪如圖323所示。（4）齒圈：直內(nèi)齒的建模相對比較簡單，就是直齒齒輪的反向，本系統(tǒng)中所用到的齒圈模型，如圖324所示。圖324 齒圈圖325 軸齒輪 （5）軸齒輪：如圖325所示。（6）蝸輪、蝸桿：蝸輪、蝸桿的建模也比較復(fù)雜，特別是蝸桿，先要用方程的方法建立螺旋曲線，而且其齒廓截面也是漸開線和圓弧，要用到軌跡掃描才能生成螺旋形的齒面。本系統(tǒng)中所用到的蝸輪、蝸桿如圖326和圖327所示。（7）齒條：齒條的齒廓線為直線，建模也比較簡單，只要控制好齒與之間的關(guān)系就可以正確的建立模型，系統(tǒng)中所用到的齒條模型如圖328所示。 圖326 蝸輪 圖328 齒條圖327 蝸桿 4 系統(tǒng)用戶菜單設(shè)計 菜單的添加我們知道，一個完整的程序應(yīng)該包括：VC++中編寫的程序，菜單文件和注冊文件。（1）VC++中編寫的程序經(jīng)過編譯后生成DLL格式的程序，這是程序的主體。（2）菜單文件為DLL程序提供資源，決定了最終掛在Pro/E中的菜單的文字格式、語種等。（3）注冊文件為DAT格式，內(nèi)容有固定的格式，Pro/E通過注冊文件找到DLL程序和菜單文件。本系統(tǒng)所要開發(fā)的是在齒輪下，包含下拉菜單：直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，直齒錐齒輪，人字齒，齒圈，軸齒輪，蝸輪，蝸桿，直齒條。現(xiàn)介紹主要函數(shù)如下：1）ProMenubarMenuAdd()函數(shù)菜單條是Pro/E菜單體系的最頂層菜單，創(chuàng)建的方法是：直接調(diào)用ProMenubarMenuAdd()函數(shù)向Pro/ E添加所需的菜單，建立新建菜單。創(chuàng)建ProMenubarMenuAdd()函數(shù)的原型為：ProError ProMenubarMenuAdd(Pro