【正文】 接地表達系統(tǒng)功能模型。系統(tǒng)功能模型圖（IDEF0圖）IDEF方法是我國CIMS應(yīng)用工程中使用最為廣泛的一種建模方法，也是迄今為止見到的較為嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法。圖14 齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)功能樹Pro/E環(huán)境下齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)是基于Pro/E內(nèi)部的二次開發(fā)語言Pro/Toolkit進行的，通過調(diào)用其內(nèi)部函數(shù)，在菜單欄上掛上菜單，點擊后為下拉列表，列出圓柱齒輪、圓錐齒輪等，點擊相應(yīng)齒輪，則會彈出用Visual C++設(shè)計的各個常用件數(shù)據(jù)輸入窗體界面，用戶根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)庫層是在必要的時候?qū)Τ绦蛩璧臄?shù)據(jù)進行支持，在本程序中就將各種參數(shù)和基本圖形進行分類，形成圖形庫和特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫。在業(yè)務(wù)處理層，應(yīng)該由用戶和程序編寫人員一同確定那些輸入是合法的，那些是非法的，那些數(shù)據(jù)是需要處理的，也就是進行用戶需求的實現(xiàn)工作。用戶所見到的只是用戶層所提供的應(yīng)用程序界面，當(dāng)用戶對界面進行操作，其操作將反映到業(yè)務(wù)處理層，由該層對用戶的操作進行簡單的處理，并進行對操作層的調(diào)用，操作層調(diào)用各種必要的程序接口，并在期間對某些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)層進行查詢以完成此次的操作，在操作完成后，用戶將得到他想要的結(jié)果。首先，根據(jù)需求分析和概要設(shè)計，依據(jù)用戶的要求，我們把齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖初步表示如下：Microsoft Visual C++ Pro Engineer 2001Pro Toolkit尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)庫齒輪實體模型庫齒輪設(shè)計菜單 用戶界面幾何參數(shù)計算模塊結(jié)構(gòu)參數(shù)計算模塊幾何參數(shù)輸出界面結(jié)構(gòu)參數(shù)輸出界面生成三維實體模型圖12 齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖這個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程為：開始程序輸入基本參數(shù)參數(shù)合理否是讀入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫計算所需參數(shù)向PROE輸入數(shù)據(jù)生成三維實體模型模型庫輸出結(jié)果結(jié)束圖13 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖我們盡量簡化了系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，使合理性判斷和數(shù)據(jù)運算都集中在一個模塊完成，這樣使得程序設(shè)計起來更加方便，同時也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與運算速度。按照結(jié)構(gòu)類型計算模塊輸出的參數(shù)，生成齒輪的輪體結(jié)構(gòu)實體部分。還有待于進一步的努力和完善。同時，該模塊還具有較強的錯誤處理功能，以便在用戶結(jié)構(gòu)參數(shù)有誤時發(fā)出錯誤信息并退回界面模塊。結(jié)構(gòu)參數(shù)計算模塊：根據(jù)界面模塊的參數(shù)計算齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過計算得到端面及各截面的齒廓參數(shù)，為齒形生成模塊準(zhǔn)備所需的數(shù)據(jù)。用戶可以在系統(tǒng)界面選擇齒輪的相關(guān)參數(shù)和齒輪的結(jié)構(gòu)類型，然后按要求輸入具體的參數(shù)。實現(xiàn)了漸開線齒輪的實體參數(shù)化的造型系統(tǒng)具有如下意義：（1）保證了造型的精確性；（2）造型速度快，避免了手工造型的復(fù)雜過程；（3）完成的三維齒輪實體模型是后續(xù)的齒輪有限元分析、機構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作的必要條件；總之，該系統(tǒng)縮短了齒輪的設(shè)計和制造時間，提高了設(shè)計精度，減化了設(shè)計過程，在齒輪設(shè)計制造中具有重要的實用價值和顯著的經(jīng)濟效益。但對復(fù)雜的三維實體的參數(shù)化造型研究尚不多見，特別是類似齒輪這類形狀結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜而且齒形要求精確的三維實體的參數(shù)化更是少見。2．3 對齒輪進行參數(shù)化尺寸驅(qū)動的意義隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，二維的CAD已經(jīng)滿足不了實際生產(chǎn)中的需要，三維的CAD如今已經(jīng)占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位，在三維設(shè)計中，參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)被廣泛應(yīng)用并成為主流。由于時間關(guān)系和本人能力有限，對錐齒輪的參數(shù)化驅(qū)動并未完全實現(xiàn)。圖11 直齒錐齒輪模型對于不等頂隙直齒錐齒輪，分度圓錐、齒根圓錐和齒頂圓錐交于一點。圖10 在Pro/E上顯示的參數(shù)計算關(guān)系式2. 2. 6 錐齒輪建模對于圓柱齒輪，漸開線的繪制平面即為圓柱齒輪的端面，而錐齒輪則不同。當(dāng)然也可以采用先對Dx進行定義，再對定義好的方便觀看的參數(shù)化尺寸名稱進行定義。關(guān)系編輯完后，我們可以通過Part菜單下的Set up（設(shè)置）中的Parameters（參數(shù)）修改參數(shù)，以實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化尺寸驅(qū)動。凡是對這類尺寸，均采用了中間值定義。然而，在齒輪結(jié)構(gòu)中，有很多尺寸是區(qū)間性的，要求用戶在某一根據(jù)參數(shù)計算出來的區(qū)間尺寸內(nèi)進行選擇，這在理論上是不難實現(xiàn)的。同樣，孔數(shù)等尺寸也采用上述方法生成。其中鍵和鍵槽的尺寸依照國標(biāo)GB109579。2. 2. 4 輪體結(jié)構(gòu)本文以目前應(yīng)用最為廣泛的鍛造圓盤式（腹板式）輪體結(jié)構(gòu)為例。在陣列前，要通過Copy（復(fù)制）操作來生成第二個輪齒以確立參考尺寸。圖7 直齒與斜齒齒形（左圖為直齒齒形，右圖為斜齒齒形）在陣列輪齒時，實現(xiàn)對其的參數(shù)化驅(qū)動也有一定難度。圓柱斜齒輪的輪齒，在基圓柱表面呈螺旋形分布，因此需將漸開線齒廓沿螺旋線掃描形成單個輪齒，然后陣列。最后根據(jù)齒廓曲線對生成的輪體進行剪切。然后連接坐標(biāo)原點和工作節(jié)圓與漸開線的交點，將此直線以坐標(biāo)原點為中心旋轉(zhuǎn)360/4/z；旋轉(zhuǎn)后的直線將作為鏡像線將漸開線作Mirror（鏡像）操作，即可得到另一條漸開線。是兩種情況合而為一，避免了重復(fù)建模。使其具有自動延伸功能，可以在齒數(shù)小于等于41時自動延伸曲線以保證封閉。當(dāng)齒數(shù)在兩種情況間變化時，由不同的曲線組成的齒廓會造成生成實體失敗報錯。當(dāng)齒數(shù)大于41時，基圓小于齒根圓，此時漸開線即為齒廓線；當(dāng)齒數(shù)小于等于41時，基圓大于齒根圓，由于齒根圓內(nèi)無漸開線，此時就需要作近似曲線來代替漸開線。球坐標(biāo)系下的漸開線參數(shù)方程為（壓力角為60度）：a=60*tr=(rb^2+(pi*rb*a/180)^2)^theta=aatan((pi*rb*a/180)/10)z=0完成的漸開線如圖所示。以下列出Pro/E中各坐標(biāo)表示的方程式：卡迪爾坐標(biāo)系下的漸開線參數(shù)方程為（設(shè)壓力角為60度）：圖4 漸開線的繪制a=60*tx=rb*cos(a)+pi*rb*a/180*sin(a)y=rb*sin(a)pi*rb*a/180*cos(a)z=0方程中a表示壓力角從0變到60度，其余參數(shù)同上。（2） 輸入方程繪制漸開線首先選擇插入基準(zhǔn)曲線（Insert a datum curve）命令，從其彈出的CRVOPTIONS下拉菜單中選擇From Equation、Done命令，然后點選Pro/E的三維繪圖坐標(biāo)，彈出的菜單提供了三種坐標(biāo)系可供選擇：Cartesian（卡笛爾坐標(biāo)）、Cylindrical（圓柱坐標(biāo)）、Spherical（球坐標(biāo)）。再根據(jù)齒輪的齒頂圓、齒根圓及齒數(shù)等齒輪參數(shù)，進行Trim（剪切）、Mirror（鏡像）等操作生成漸開線齒廓。漸開線極坐標(biāo)參數(shù)方程：漸開線直角坐標(biāo)方程：方程中rb代表齒輪基圓半徑，u代表漸開線在K點的滾動角。這個圓稱為漸開線的基圓。要使兩齒輪作定傳動比傳動，則其齒廓必須滿足的條件是：不論兩齒廓在何位置接觸，過接觸點所作的兩齒廓公法線必須與兩齒輪的連心線相交于一定點。如果兩輪的傳動能實現(xiàn)預(yù)定的傳動比（i12=w1/w2）規(guī)律，則兩輪相互接觸傳動的一對齒廓稱為共軛齒廓。首先我們來設(shè)定漸開線圓柱齒輪的基本參數(shù)，根據(jù)齒輪特征并結(jié)合設(shè)計人員的知識經(jīng)驗、建模技巧提取基本參數(shù)如下表所示：參數(shù)名稱zmangleangle1hacddbdadfbdsnbht1參數(shù)類型整數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)實數(shù)參數(shù)含義齒數(shù)模數(shù)壓力角螺旋角齒頂高系數(shù)頂系系數(shù)分度圓直徑基圓直徑齒頂圓直徑齒根原直徑尺寬軸徑孔數(shù)鍵寬鍵高參數(shù)初值60320010000202046圖2 PRO/E參數(shù)顯示界面2．2．2 漸開線及齒廓的繪制要研究漸開線方程，首先要了解齒廓曲線。2．2 齒輪三維參數(shù)化實體建模技術(shù)研究2. 2. 1 基本參數(shù)的設(shè)定在三維實體建模方面，PRO/E有其獨特的優(yōu)點和特點，參數(shù)化驅(qū)動就是其最突出的表現(xiàn)，基于本次的對齒輪的三維建模的研究，我們可以將創(chuàng)建齒輪過程中所需要的基本參數(shù)預(yù)先設(shè)定參數(shù)符號并輸入原始數(shù)值，這首先需要分析清楚建模過程中所需要的各參數(shù)，參數(shù)分析過多或過少都會給建模過程帶來困難，所以這是很重要的一個環(huán)節(jié)。鑄造結(jié)構(gòu)形式又分為單輻板結(jié)構(gòu)，雙輻板結(jié)構(gòu)等。x2=x19切向變位系數(shù)Xt；xt2=xt110大端分度圓直徑dd=mz5717711分度錐角δtanδ=z1/z2=1/u （δ2=90度δ1）12大端錐距ＲR=13大端齒距（周節(jié)）pP=πm14大端齒頂高h(yuǎn)aha=(ha*+x)m15大端齒根高h(yuǎn)fhf=(hha)16大端全齒高h(yuǎn)h=(2ha*+c*)m17齒根角θftanθf=hf/R18無根切許用最大齒跟角θfmax180[（1+4tanδsinαcosα）1]/（2πtanδcosα）19齒頂角θaθa=θf20頂錐角δaδa=δ+θa21根錐角δfδf= δθf22大端齒頂圓直徑dada=d+2hacosδ23冠頂距AkAk=d/2ha1sinδ24大端分度圓弧齒厚SiSi=m（π/2+2x1tanα+xt1）25大端分度圓弦齒厚SiSi=SiSi2/6di226大端分度圓弦齒高h(yuǎn)aHa= ha+ Si2cosδ/4d27刨齒機的齒角λi齒輪輪體結(jié)構(gòu)可分為鍛造結(jié)構(gòu)、鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、過盈壓配、螺栓聯(lián)接等形式。7軸交角Σ90176。然而實際上，無論頂系系數(shù)c*，其建模和參數(shù)化驅(qū)動原理及方法以及程序的開發(fā)設(shè)計都完全相同。按有利條件確定基圓柱螺旋角βb0176。齒頂高系數(shù)ha*1頂隙系數(shù)c*當(dāng)m≥1時，c*=；當(dāng)m＜1時，c*=模數(shù)m按GB135787取標(biāo)準(zhǔn)值法向模數(shù)mn同直齒輪m端面模數(shù)mt=mn/cosβ齒數(shù)z設(shè)計時選定z分度圓壓力角α20176。其它部分內(nèi)容還有待進一步的研究與探索。齒輪結(jié)構(gòu)及其參數(shù)是根據(jù)實際應(yīng)用中的傳動形式所劃分的，現(xiàn)將齒輪做如下分類：外嚙合齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動內(nèi)嚙合齒輪傳動齒輪與齒條傳動平面齒輪機構(gòu)外嚙合齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動內(nèi)嚙合齒輪傳動齒輪與齒條傳動整體式圓形齒輪機構(gòu)人字齒輪傳動拼合式直齒錐齒輪錐齒輪傳動斜齒錐齒輪齒輪機構(gòu)曲線齒錐齒輪空間齒輪機構(gòu)交錯軸斜齒輪傳動非圓齒輪機構(gòu)蝸桿傳動圖1 齒輪機構(gòu)分類圖由于時間關(guān)系，本論文主要討論圓柱齒輪及錐齒輪的一部分參數(shù)化建模內(nèi)容。PRO/E會自動讀取,且對于PRO/E自動標(biāo)注的尺寸名字可在標(biāo)注時修改，以便在編輯修改時很好的識別。即基于Pro/E的齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)。同時，Pro/E系統(tǒng)能夠?qū)⑷S實體模型轉(zhuǎn)化為工程圖，并能完成虛擬零件的裝配。由于Pro/E系統(tǒng)是建立在單一數(shù)據(jù)庫上的系統(tǒng)即工程中的資料全部來自一個庫，使得多個用戶可以同時為一件產(chǎn)品造型而工作，即在整個設(shè)計過程中，不管任何一個地方因某種需要而發(fā)生改變，則在整個設(shè)計的相關(guān)環(huán)節(jié)也會隨著改變，所以Pro/E系統(tǒng)也在制造業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在未投入CIMS之前，制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)形式基本屬于簡單投入，任何一點變化都會造成極大的工作量，而投入了CIMS后，將設(shè)計過程分為模塊，減少了變化所帶來的工作量，尤其是引進Pro/E系統(tǒng)后，大大減少了工作量，提高了生產(chǎn)效率。此時，你所編制的新菜單按鈕就會出現(xiàn)在Pro/E的菜單中，選中它就能完成你所定義的功能。使用Pro/Toolkit開發(fā)應(yīng)用程序包含三個步驟：（1）編寫源文件；（2）生成可執(zhí)行文件；（3）Pro/Toolkit應(yīng)用程序在Pro/E中的注冊。Pro/Toolkit能實現(xiàn)與Pro/E的無縫集成，它封裝了許多針對Pro/E底層資源用的庫函數(shù)與頭文件，借助第三方編譯環(huán)境進行調(diào)試。常用的二次開發(fā)工具有：族表（Family Table）、用戶定義特征（UDF）、Pro/Program、Jlink、Pro/Toolkit等。它提供應(yīng)用程序用戶接口，使用戶或第三方能夠編寫C程序代碼，同CAD系統(tǒng)進行無縫連接，從而擴展CAD系統(tǒng)的功能，使