【文章內(nèi)容簡介】 ，是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)。自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。 參數(shù)化設(shè)計是 CAD 技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題。機(jī)械設(shè)計是一個創(chuàng)造性的活動，是一個反復(fù)修改、不斷完善的過程。同時，對很多企業(yè)，設(shè)計工作往往是變型或系列化設(shè)計，新的設(shè)計經(jīng)常用到己有的設(shè)計結(jié)果。據(jù)不完全統(tǒng)計，零 件的結(jié)構(gòu)要素 90%以上是通用或標(biāo)準(zhǔn)化的，零件有 70%80%是相似的。在參數(shù)化設(shè)計技術(shù)出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)的 CAD 使用的方法是先繪制精確圖形，再從中抽象幾何關(guān)系，設(shè)計只存儲最后的結(jié)果，而不關(guān)心設(shè)計的過程。這種設(shè)計系統(tǒng)不支持初步設(shè)計過程，缺乏變參數(shù)設(shè)計功能，不能很好地自動處理對己有圖形的修改，不能有效地支持變化、系列化設(shè)計，從而使得設(shè)計周期長、設(shè)計費(fèi)用高、設(shè)計中存在大量重復(fù)勞動，嚴(yán)重影響了設(shè)計的效率，無法滿足市場需求。在這種情況下參數(shù)化設(shè)計方法應(yīng)運(yùn)而生。 參數(shù)化設(shè)計以約束造型為核心、以尺一寸驅(qū)動為特征。在參數(shù)化設(shè)計 中采用參數(shù)化模型，設(shè)計者可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，實現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，而不必在設(shè)計時專注主于產(chǎn)品的具體尺寸 。參數(shù)化設(shè)計方法存儲了設(shè)計的全過程，能設(shè)計出一系列而不是單一的產(chǎn)品模型 。對己有設(shè)計的修改，只需變動相應(yīng)的參數(shù)，而無需運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計的全過程。與傳統(tǒng)的自由約束的設(shè)計方法相比， 10 參數(shù)化設(shè)計更符合工程設(shè)計的習(xí)慣，因此極大地提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，減少了設(shè)計過程中信息的存儲量，降低了設(shè)計費(fèi)用，從而增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。 參數(shù)化技術(shù)經(jīng)過十多年來的發(fā)展，己經(jīng)成為 CAD 技術(shù)的重要分支，也成為CAD 技 術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)的熱點(diǎn)，參數(shù)化技術(shù)正處于不斷發(fā)展之中?，F(xiàn)代主流CAD 軟件，如 PRO/E, solid works, UG 等都實現(xiàn)了參數(shù)化。 蝸輪及蝸桿機(jī)構(gòu)常被用于兩軸交錯、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合。 蝸輪蝸桿的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)： ，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊。 ，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。 ，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。 。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖， 即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。 ，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高。 。 為了保證蝸輪齒面的精確性，以 Pro/E 為平臺對蝸輪蝸桿進(jìn)行參數(shù)化建模設(shè)計及運(yùn)動仿真分析。 3 基于 Pro/E 的蝸輪 蝸桿 參數(shù)化建模 Pro/E 的參數(shù)化建模簡介 參數(shù)化設(shè)計方法使設(shè)計者構(gòu)造模型時可以集中于概念設(shè)計和整體設(shè)計，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設(shè)計效率。其主要思路如圖 31 所示，通過對產(chǎn)品建模特征的解析，從特征中抽象出特征參數(shù)，再對特征參數(shù)進(jìn)行分析，得到參數(shù)模型。根據(jù)模型信息建立參數(shù)間關(guān)聯(lián)與約束，并確定某些參數(shù)為設(shè)計變量，進(jìn)而建立由設(shè)計變量驅(qū)動的零件族。 11 圖 31 建模流程圖 參數(shù)化設(shè)計是 Pro/E 重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的設(shè)計理念。參數(shù)是參數(shù)化設(shè)計的核心概 念，在一個模型中，參數(shù)是通過 “尺寸 ”的形式來體現(xiàn)的。參數(shù)化設(shè)計的突出 特 點(diǎn)在于可以通過變更參數(shù)的方法來方便的修改設(shè)計意圖，從而修改設(shè)計意圖。關(guān)系式是參數(shù)化設(shè)計中的另外一項重要內(nèi)容，它體現(xiàn)了參數(shù)之間相互制約的 “父子 ”關(guān)系。所以，首先要了解 proe 中參數(shù)和關(guān)系的相關(guān)理論 [2]。 一、 參數(shù)的含義 參數(shù)有兩個含義 ： 一是提供設(shè)計對象的附加信息，是參數(shù)化設(shè)計的重要要素之一。參數(shù)和模型一起存儲，參數(shù)可以標(biāo)明不同模型的屬性。例如在一個 “族表 ”中創(chuàng)建參數(shù) “成本 ”后，對于該族表的不同實例可以設(shè)置不同的值，以示區(qū)別 ； 二是配合關(guān)系 的使用來創(chuàng)建參數(shù)化模型，通過變更參數(shù)的數(shù)值來變更模型的形狀和大小。 二、 參數(shù)的設(shè)置 在零件模式下，單擊菜單 “工具 ”——參數(shù)，即可打開參數(shù)對話框，使用該對話框可添加或編輯一些參數(shù)。 (1)名稱：參數(shù)的名稱和標(biāo)識，用于區(qū)分不同的參數(shù)，是引用參數(shù)的依據(jù)。注意：用于關(guān)系的參數(shù)必須以字母開頭，不區(qū)分大小寫，參數(shù)名不能包含如下非法字符：！、 ”、 @和 等。 (2)類型：指定參數(shù)的類型 a)整數(shù)：整型數(shù)據(jù) b)實數(shù)：實數(shù)型數(shù)據(jù) c)字符型：字符型數(shù)據(jù) d)是否：布爾型數(shù)據(jù)。 零件分析 建模策略 參數(shù)建模 零件 特征參數(shù) 特征創(chuàng)建 特征 設(shè)計變量 設(shè)計驅(qū)動 特征參數(shù) 參數(shù)關(guān)系及約束 建模更新 12 (3)數(shù)值：為參數(shù)設(shè)置 一個初始值，該值可以在隨后的設(shè)計中修改 (4)指定：選中該復(fù)選框可以使參數(shù)在 PDM（ Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)中可見 (5)訪問：為參數(shù)設(shè)置訪問權(quán)限。 a)完全：無限制的訪問權(quán)，用戶可以隨意訪問參數(shù) b)限制：具有限制權(quán)限的參數(shù) c)鎖定：鎖定的參數(shù)，這些參數(shù)不能隨意更改，通常由關(guān)系式確定。 (6)源：指定參數(shù)的來源 a)用戶定義的：用戶定義的參數(shù)，其值可以隨意修改 b)關(guān)系：由關(guān)系式驅(qū)動的參數(shù)，其值不能隨意修改。 (7)說明：關(guān)于參數(shù)含義和用途的注釋文字 (8)受限制的：創(chuàng)建其值受限制的參數(shù)。創(chuàng)建受限制參數(shù)后，它們的定義存在于模型中而與參數(shù)文件無關(guān)。 (9)單位：為參數(shù)指定單位，可以從其下的下拉列表框中選擇。 可以根據(jù)實際需要增加或刪除以上 9 項中除了 “名稱 ”之外的其他屬性項目 三、關(guān)系的概念 關(guān)系是參數(shù)化設(shè)計的另一個重要因素。關(guān)系是使用者自定義的尺寸符號和參數(shù)之間的等式。關(guān)系捕獲特征之間、參數(shù)之間或組件之間的設(shè)計關(guān)系?？梢赃@樣來理解，參數(shù)化模型建立好之后，參數(shù)的意義可以確定一系列的產(chǎn)品，通過更改參數(shù)即可生成不同尺寸的零件，而關(guān)系是確保在更 改參數(shù)的過程中，該零件能滿足基本的形狀要求。如參數(shù)化齒輪，可以更改模數(shù)、齒數(shù)從而生成同系列、不同尺寸的多個模型，而關(guān)系則滿足在更改參數(shù)的過程中齒輪不會變成其他的零件。 四、關(guān)系式的組成 關(guān)系式的組成主要有：尺寸符號、數(shù)字、參數(shù)、保留字、注釋等。 符號類型 系統(tǒng)會給每一個尺寸數(shù)值創(chuàng)建一個獨(dú)立的尺寸編號，在不同的模式下，被給定的編號也不同 。 蝸桿的參數(shù)化建模 零件分析 蝸桿是和蝸輪配合使用的一種重要傳動件，該傳動機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)大的減速比，本 例將以上面蝸輪的參數(shù)化設(shè)計過程為基礎(chǔ)，分析蝸桿的建模過程 。蝸桿 由輪齒、蝸桿主體特征等基本結(jié)構(gòu)特征組成。 13 蝸 桿零件進(jìn)行三維實體參數(shù)化設(shè)計的基本思路是：擬定可變參數(shù)，根據(jù)出設(shè)條件進(jìn)行相關(guān)的幾何參數(shù)的計算，初步確定參數(shù)值；在編輯器中設(shè)定各參數(shù)并加入部分關(guān)系式，在利用“方程式”生成螺旋體中加入變參；通過進(jìn)一步添加關(guān)系式實現(xiàn)導(dǎo)程參數(shù)化；通過添加條件語句實現(xiàn)選項參數(shù)化；通過添加關(guān)系式在生成蝸桿實體中加入變參。最后，對設(shè)計好的蝸桿三維實體進(jìn)行特征 參數(shù)的修改。如果蝸桿能按照既定的條件變參的話，說明設(shè)計成功；否則，說明設(shè)計有問題，要認(rèn)真查找原因，直至設(shè)計成功。 蝸桿建模的具體操作 步驟如下： （ 1） 蝸桿參數(shù)化設(shè)計的計算及創(chuàng)建新零件文件 （ 2） 參數(shù)的輸入 （ 3） 螺旋體的生成 （ 4） 導(dǎo)程參數(shù)化 （ 5） 實現(xiàn)多頭蝸桿 （ 6） 創(chuàng)建蝸桿軸實體 （ 7） 蝸桿的變參 蝸桿的參數(shù)化建模 ： 本設(shè)計擬對蝸桿模數(shù)、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、蝸桿分度圓直徑、蝸桿旋向等參數(shù)實施變參設(shè)計，初定 m=， z1=1，z2=30， d1=28。 文件新建 → 【輸入零件名稱 :wogan,取消 使用缺省 的選中記號，然后單擊 確定按鈕】→【選擇公制單位 mmns_part_solid 后單擊確定 按鈕】→【基準(zhǔn)坐標(biāo)系ＰＲＴ＿ＣＳＹ Ｓ＿ＤＥＦ及基準(zhǔn)面 RIGHT、 TOP、 FRONT 顯示在畫面上】 →【打開記事本， 在工具 /程序下的 INPUT 和 END INPUT 之間以及 RELATION和 END RELATION 之間添加輸入?yún)?shù)如下，然后存盤，并退出記事本】 如圖32 INPUT M NUMBER 。模數(shù) Z1 NUMBER 。蝸桿頭數(shù) Z2 NUMBER 。蝸輪齒數(shù) DIA1 NUMBER 。蝸桿分度圓直徑（標(biāo)準(zhǔn) 系列值） LEFT YES_NO 。旋向， YES 表示左旋， 否則為右旋 14 END INPUT RELATIONS DIA2=M*Z2 。蝸輪分度圓直徑 L=(11+*Z2)*M 。蝸桿有效螺旋線長度 END RELATIONS 圖 32 程序 記事本 對話框 在 根據(jù)信息窗口提示，各參數(shù)賦初值如下 M = ； Z1 = 1； Z2 = 30； DIA1 = 28 旋向暫不輸入，后期處理。各參數(shù)的建立和賦值結(jié)束。 如圖 33 消息輸入對話框 33 消 息輸入對話框 [3] 在螺旋掃描對話框進(jìn)行螺旋掃描特性的設(shè)置，完成之后，在輪廓創(chuàng)建畫面繪制輪廓直線。在工具 /關(guān)系對話框中輸入 sd3=L； sd4=L/2； sd1=DIA1/2。隨后轉(zhuǎn)入導(dǎo)程設(shè)定，在導(dǎo)程設(shè)定窗口輸入 M*PI*Z1。在進(jìn)入截面繪制畫面中繪制截面圖形。在工具 /關(guān)系對話框中輸入 sd16=*M； sd14=M； sd15=M*PI/22*M*TAN(20)， 15 完成螺旋體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的螺旋體如圖 34 所示。 圖 34 生成的螺旋體 上述造型過程中，各參數(shù)除導(dǎo)程外均已實 現(xiàn)參數(shù)化，下面對導(dǎo)程實施參數(shù)化。 →【 打開記事本，找到記錄掃描螺旋實體的如下段落： 伸出項：螺旋掃描 主陣列尺寸： : 其中 d33= 為描述導(dǎo)程的參數(shù)】 →【在 RELATION 和 END RELATION 之間添加： d33=M*PI*Z1→存盤退出 在信息窗口輸入 z1 為 2 進(jìn)行變參，變參結(jié)果如圖 35 所示。 16 圖 35 變參后的螺旋體 首先創(chuàng)建回轉(zhuǎn)軸線，然后實施陣列 結(jié)果如圖 36 所示 。 圖 36 陣列后的螺旋體 在陣列完成后，在工具 /關(guān)系對話框中輸入 p18=z1，然后打開 記事本，找到記錄螺旋體陣列的如下段落： 其中 d32=90 描述的是陣列角度，在 END 17 ADD 在 RELATION 和 ENGRELATION 之間添加 d32=360/z1，保存文件并退出。 點(diǎn)擊 拉伸 圖標(biāo)→ 【在彈出的工具面板上點(diǎn)擊圖標(biāo)，以設(shè)置減材料創(chuàng)建實體方式→ 放置 → 定義 】→【彈出 草圖 對話框，選擇繪圖平面 :RIGHT 平面，參照平面： TOP，方向： LEFT→ Sketch】→【繪制如圖 37 所示的圓】 圖 37 繪制草圖 →【 工具 /關(guān)系 →上述尺寸值將變?yōu)閰?shù)符號， 彈出 關(guān)系 對話框，對照圖，參數(shù)符 號 sd0 對應(yīng)直徑，輸入 sd0= *2*M→ OK】 →【點(diǎn)擊圖標(biāo) →設(shè)定深度為： 表示雙向?qū)ΨQ→填入尺寸 100→點(diǎn)擊圖標(biāo) ，完成的的特征如圖所示】→【 工具 /關(guān)系 →尺寸值 100 將變?yōu)閰?shù)符號→輸入 d21=L+40→ OK→點(diǎn)擊圖標(biāo) →結(jié)果如圖 38 所示】 18 圖 38 生成的 蝸桿 (7)蝸桿的變參 如圖 39 所示的對話框中對創(chuàng)建的蝸桿進(jìn)行變參，其結(jié)果如圖 310 和 311 所示 圖 39 變參對話框 M=。Z1=1。Z2=40。DIAI=。LEFT=Y 圖 310 變參蝸桿 M=。Z1=2。Z2=40。DIAI=40。LEFT=N 圖 311 變參蝸桿 19 蝸輪的參數(shù)化建模 零件分析 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用來傳遞兩 90。 軸之間的運(yùn)動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條 ， 蝸桿又與螺桿形狀相似。蝸輪蝸桿機(jī)可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊 ， 兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu) ， 蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小 、 具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時 ，機(jī)構(gòu)具有自鎖性 ， 可實現(xiàn)反向自鎖 。 因 此 將以上面齒輪的參數(shù)化設(shè)計過程為基礎(chǔ)，分析蝸輪的建模過程。蝸輪外形如圖 312 所示，由輪齒、蝸輪主體特征等基本結(jié)構(gòu)特征組成。 圖 312 蝸輪模型 蝸輪零件進(jìn)行三維實體參數(shù)化設(shè)計的基本思路是：擬定可變參數(shù)，