【正文】 裝所有的模塊。Pro/E的基于特征方式能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用在單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用[3]。參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能Pro/ENGINEER是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的石頭模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，你可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。單一數(shù)據(jù)庫(kù)Pro/ENGINEER是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上的，它不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，而不管他是哪個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何改動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 Pro/ENGINEER軟件包簡(jiǎn)介Pro/ENGINEER是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型、三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可以移動(dòng)、放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/ENGINEER是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這些手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然、更直觀的，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)化功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不像其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其他相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可以傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/ENGINEER還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶更可以配上Pro/ENGINEER軟件的其他模塊或自行利用C語(yǔ)言編程，以增加軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒(méi)有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力（人工）和工程制圖能力（不包括ANSI,ISO,DIN或JIS標(biāo)準(zhǔn)），并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP,HPGL）和黑白機(jī)彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/ENGINEER軟件包的主要功能如下[4]：特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼）。參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）。通過(guò)零件的特征值之間、載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件、交替排列、Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方改動(dòng)），其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展Pro/ENGINEER的基本功能。 齒輪建模的研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代工業(yè)中，齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)方式。為了保證齒輪傳動(dòng)的精確性，在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，對(duì)齒輪的精確建模顯得尤為重要，如何提高和保證齒輪傳動(dòng)的精確性是目前齒輪建模研究領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。目前，齒輪建模方法有很多，如描點(diǎn)法，參數(shù)法，利用插件法等各種方法[5]。（1）描點(diǎn)法描點(diǎn)法是構(gòu)建齒輪參數(shù)化模型通用的方法，其建模過(guò)程一般為：首先建立齒廓曲線的數(shù)學(xué)模型，求取曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)，然后根據(jù)坐標(biāo)值描繪出齒廓曲線草圖，最后通過(guò)各種三維建模軟件的三維建模功能建立齒輪的三維模型。它可以推廣至各種不同齒廓曲線齒輪的建模，只要建立相應(yīng)的齒廓曲線的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算軟件求得一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)值，在三維造型軟件中描點(diǎn)繪出齒廓曲線草圖后，進(jìn)行拉伸或者切除等命令即可得到齒輪的三維模型。其建模過(guò)程比較繁瑣，但只要建立精確的數(shù)學(xué)模型，多取些型值點(diǎn)就可以獲得較高的曲線精度，從而提高三維建模的精度。（2）參數(shù)法參數(shù)法是利用描點(diǎn)法中論述的相應(yīng)的齒廓曲線算法編寫(xiě)程序，建立一個(gè)通用的齒輪模板文件。在進(jìn)行齒輪建模時(shí)只需調(diào)用相應(yīng)的模板文件，通過(guò)修改相應(yīng)參數(shù)，自動(dòng)生成所需的齒輪模型。此種建模方法因模板文件已將描點(diǎn)法中的分析曲線，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算型值點(diǎn)坐標(biāo)等過(guò)程編寫(xiě)成程序內(nèi)置，故其界面比較簡(jiǎn)單。對(duì)于常用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪建模，只要精度要求不是很高，采用這種方面很方便，用戶只需輸入?yún)?shù)，就可方便迅速地建立所需的齒輪模型。 （3）利用插件法利用插件法是一種非常便捷的齒輪建模方法。現(xiàn)在的三維建模軟件，大多提供了豐富的數(shù)據(jù)接口，目前市場(chǎng)上有很多發(fā)展成熟的第三方插件可供選用，以GearTrax為例，其功能強(qiáng)大且易學(xué)易用，用戶只需打開(kāi)其界面，在GearTrax中選定齒輪參數(shù)后，點(diǎn)擊“繪制”，即可完成齒廓曲線的繪制。然后在各種不同的三維建模軟件中通過(guò)拉伸、切除特征等一系列操作，即可得到相應(yīng)齒輪的三維模型。這三種齒輪建模方法都有很強(qiáng)的實(shí)用性，用戶可根據(jù)自身設(shè)計(jì)需要選擇適合自己的齒輪建模方法，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。 本文研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介齒輪傳動(dòng)是機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞裝置,廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等各種通用機(jī)械中。齒輪嚙合的力學(xué)行為和工作性能對(duì)整個(gè)機(jī)器有重要影響。隨著機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，各種精密機(jī)床不斷被研發(fā)，對(duì)齒輪的成形精度有了越來(lái)越高的要求。為了精確模擬齒輪的實(shí)際成形過(guò)程，就要求對(duì)齒輪進(jìn)行精確的三維建模。本文基于Pro/。本文主要講述了漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪、漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪以及直齒圓錐齒輪這三種常用齒輪的參數(shù)化建模方法。通過(guò)對(duì)這三種不同齒輪的參數(shù)化建模方法的研究，可以非常明確的了解其建模方法的異同之處，對(duì)進(jìn)一步進(jìn)行齒輪有限元分析、齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析等有著十分重要的意義。2 漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪參數(shù)化建模齒輪是一種通用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，有特殊的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，其加工精度對(duì)傳動(dòng)精度、機(jī)床穩(wěn)定性等有重要影響，因此實(shí)現(xiàn)齒輪的精確建模是后續(xù)研究的重要保證。參數(shù)化建模是指用參數(shù)表達(dá)式來(lái)表示零件的尺寸關(guān)聯(lián)和屬性，工程技術(shù)人員可以通過(guò)修改零件的特定參數(shù)和屬性，然后根據(jù)相關(guān)聯(lián)的尺寸表達(dá)式的作用而引起整個(gè)模型的變化，從而可得到所需的零件[6]。本章主要論述了齒輪漸開(kāi)線的形成原理和在Pro/Engineer（Pro/E）中實(shí)現(xiàn)漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪實(shí)體建模的詳細(xì)方法。在Pro/E 中，通過(guò)參數(shù)化建模的方法，生成齒輪的完整漸開(kāi)線齒廓，采用特征操作方法生成了漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪的三維實(shí)體模型。此種建模方法對(duì)其它類似零件的實(shí)體建模有重要的借鑒意義。 齒輪漸開(kāi)線的生成原理，由機(jī)械原理知識(shí)可知，當(dāng)一直線BK沿一圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意點(diǎn)K的軌跡AK就是該圓的漸開(kāi)線，這個(gè)圓稱為漸開(kāi)線的基圓，半徑為rb ，直線BK叫做漸開(kāi)線的發(fā)生線；角θk 叫做漸開(kāi)線AK段的展角。從而得到漸開(kāi)線的極坐標(biāo)方程為[7]：（21）rk=rb/cosα θk=tanαkαk 根據(jù)漸開(kāi)線的生成原理，得到漸開(kāi)線曲線的數(shù)學(xué)分析，得到如下的數(shù)學(xué)關(guān)系方程[8]：（22）x=rbsinurbucosu y=rbcosu+rbusinu式中，rb 為漸開(kāi)線的基圓半徑；u=tan(αk )為漸開(kāi)線上任一點(diǎn)K的滾動(dòng)角；αk 為漸開(kāi)線上K點(diǎn)的壓力角。 齒輪單齒端面輪廓 漸開(kāi)線生成原理 漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模步驟本文以無(wú)錫開(kāi)源機(jī)床廠提供的XK2425600型龍門鏜銑床傳動(dòng)箱中的主動(dòng)齒輪為例，介紹基于Pro/E的漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模過(guò)程，具體步驟如下： 漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪自變參數(shù)自變參數(shù)名稱端面模數(shù)齒數(shù)壓力角螺旋角齒寬齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)變位系數(shù)代號(hào)mnzαβbhacx斜齒輪42520176。15176。6010(1) 創(chuàng)建新的零件文件。打開(kāi)Pro/E，單擊工具欄新建文件的按鈕，選擇零件模塊，輸入零件名稱：helical_gear,點(diǎn)擊OK。將坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF及基準(zhǔn)平面RIGHT、TOP、FRONT顯示在畫(huà)面上；(2） 設(shè)置參數(shù)。點(diǎn)擊“工具”下拉菜單中的“參數(shù)”，根據(jù)齒輪的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置； 參數(shù)設(shè)置(3） 作圓曲線。點(diǎn)擊特征工具欄“草繪”按鈕，選取FRONT面作為基準(zhǔn)面，畫(huà)四個(gè)圓，點(diǎn)擊“工具”下拉菜單中的關(guān)系，系統(tǒng)自動(dòng)將關(guān)系式添入驅(qū)動(dòng)，生成齒輪的基圓、齒根圓、分度圓和齒頂圓，； 齒輪各圓曲線關(guān)系式 關(guān)系驅(qū)動(dòng)生成的齒輪基圓、齒根圓、分度圓和齒頂圓(4） 作齒廓線（漸開(kāi)線）。點(diǎn)擊特征工具欄“基準(zhǔn)曲線”按鈕，選取“從程”“完成”“選取坐標(biāo)系”（選取系統(tǒng)坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF）“笛卡爾”，輸入如圖所示的關(guān)系式，點(diǎn)擊文本編輯框的“文件”“保存”，然后關(guān)閉，生成如圖7所示的漸開(kāi)線； 漸開(kāi)線方程式（5） 作基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)面。點(diǎn)擊“基準(zhǔn)軸”按鈕，按住“Control”鍵選取TOP和RIGHT基準(zhǔn)面即可生成齒輪基準(zhǔn)軸A_1。點(diǎn)擊“基準(zhǔn)點(diǎn)”按鈕，按住“Control”鍵選取步驟4）生成的漸開(kāi)線和齒輪分度圓，即可生成基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0。點(diǎn)擊“基準(zhǔn)面”按鈕，按住“Control”選取基準(zhǔn)軸A_1和基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0，即可生成基準(zhǔn)面DTM1,； 漸開(kāi)線 創(chuàng)建基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面（6） 作齒廓的鏡像基準(zhǔn)面。點(diǎn)擊“基準(zhǔn)面”按鈕，選取上步生成的基準(zhǔn)面DTM1和基準(zhǔn)軸A_1，在“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)中輸入關(guān)系“360/（4*z）”，即生成基準(zhǔn)面DTM2，；（7） 鏡像生成單齒另一邊的齒形線。先選取步驟4）生成的漸開(kāi)線，再點(diǎn)擊“鏡像”按鈕，選擇基準(zhǔn)面DTM2為鏡像參考即可，； 鏡像齒廓線（8） 拉伸生成齒根圓柱坯體。點(diǎn)擊“拉伸”按鈕，依次點(diǎn)取“放置”“定義”，選擇FRONT面作為草繪面，拾取“從邊創(chuàng)建圖元”按鈕，選擇“環(huán)”，選取步驟3）生成的齒根圓，點(diǎn)擊“確定√”，修改其長(zhǎng)度尺寸為L(zhǎng)ONGTH,在關(guān)系文本框中添加關(guān)系：LONGTH=B。（9） 草繪端面齒廓。點(diǎn)擊“草繪”按鈕，選取FRONT面作為基準(zhǔn)面，拾取“從邊創(chuàng)建圖元”按鈕，選擇“環(huán)”，選取齒根圓曲線、兩條漸開(kāi)線及齒頂圓曲線，點(diǎn)擊“圓角”按鈕，繪制齒根過(guò)渡曲線，點(diǎn)擊“草繪器約束”按鈕，使兩圓角半徑相等，點(diǎn)擊“修剪”按鈕，將多余的線刪除，點(diǎn)擊“確定√”，修改半徑尺寸為r，添加關(guān)系：r=*mn，； 齒輪端面齒廓（10）進(jìn)行特征操作生成另一端齒廓。選擇菜單欄“編輯”“特征操作”“復(fù)制”“移動(dòng)”“獨(dú)立”選擇上一步驟生成的齒廓“平移”“平面”選擇FRONT基準(zhǔn)面“正向”，輸入平移距離：B(即齒寬)，再選擇“旋轉(zhuǎn)”“坐標(biāo)系”選擇系統(tǒng)坐標(biāo)系“z軸”“反向”（該齒輪為左旋，若為右旋，則選“正向”，根據(jù)右手定則判定）“正向”（即確定），旋轉(zhuǎn)角度先不管，點(diǎn)擊確定，修改旋轉(zhuǎn)角度為theta，添加關(guān)系：theta=2*b*tan（beta）*180/（pi*d），,旋轉(zhuǎn)角度的原理圖[9]； 齒廓的特征操作結(jié)果 斜齒輪展開(kāi)圖（11)作掃描軌跡。若將斜齒輪的分度圓柱面水平展開(kāi)，則其螺旋線成為斜直線，斜直線與軸線之間的夾角即為分度圓柱上螺旋角β 。先“拉伸”操作生成分度圓柱面，修改拉伸尺寸，添加關(guān)系：longth1=b+10。再點(diǎn)擊“草繪”按鈕，選取RIGHT面為草繪平面，作一斜直線（注意齒輪旋向），點(diǎn)擊“確定√”，修改角度尺寸，添加關(guān)系：angle=beta。最后點(diǎn)擊菜單欄“編輯”“投影”，將所作直線投影到分度圓柱面上；(12）混合掃描生成單個(gè)輪齒。先選中上步驟生成的投影線，點(diǎn)擊菜單欄“插入”“混合掃描”，點(diǎn)選實(shí)體按鈕，點(diǎn)擊“剖面”，在剖面選項(xiàng)中選取“所選截面”，先選取掃描路徑上箭頭所在的一端齒廓，點(diǎn)擊“插入”，選取另一端齒廓，點(diǎn)擊“確定√”，； 混合掃描生成一個(gè)輪齒(13）陣列生成所有輪齒。先選中上步生成的輪齒，點(diǎn)擊“陣列”按鈕，陣列方式選“軸”，輸入陣列個(gè)數(shù)和角度，點(diǎn)擊“確定√”；（14）生成軸孔。點(diǎn)擊“拉伸”按鈕，選取FRONGT為草