【正文】 及獨(dú)特的全相關(guān)技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動化軟件。第一種方法速度較慢, 可以在調(diào)試程序、輸入變量的時候使用。5)修改特征參數(shù)可用2 種方法來修改參數(shù): 一是根據(jù)所附提示, 選擇每項(xiàng)參數(shù)的名稱, 并逐項(xiàng)修改。4)輸入特征參數(shù)將已定義好的參數(shù)輸入零件設(shè)計(jì)列表的“輸入部分”,并在關(guān)系定義部分定義出與零件各部分尺寸之間的對應(yīng)關(guān)系, 同時還可在關(guān)系定義部分定義同一零件不同尺寸的相互約束關(guān)系。這2 種關(guān)系綜合在一起就體現(xiàn)了外部參數(shù)和零件上被約束尺寸的關(guān)系。在復(fù)雜模型上, 則需要找出尺寸間的2 種對應(yīng)關(guān)系: 即內(nèi)部標(biāo)識尺寸和外部模型上各個數(shù)值之間的對應(yīng)關(guān)系。一個特征往往有多種創(chuàng)建方法, 在設(shè)計(jì)時必須考慮好如何表達(dá)該特征與其它特征的關(guān)系。 另一種是模型內(nèi)部特征之間的內(nèi)部約束關(guān)系, 它是指零件的幾何元素之間約束關(guān)系, 例如: 平行、垂直、相切、同心等。為使所建立的模型盡量反映零件的基本特征,一些不重要的或不具有普遍性的細(xì)節(jié)，如倒角等可省略，以免加大參數(shù)化的工作量。（3）給齒輪在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及CAE中帶來很大方便。使用Pro/E進(jìn)行的齒輪參數(shù)化造型具有如下意義：（1）利用方程創(chuàng)建出精確的漸開線曲線，提高漸開線齒輪的精確性。以Pro/E為開發(fā)平臺，開發(fā)齒輪三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng), 只需改變齒輪的相關(guān)參數(shù),如齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒寬等, 系統(tǒng)即可自動實(shí)現(xiàn)齒輪的設(shè)計(jì)變更, 提高了設(shè)計(jì)效率。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，一般用一組參數(shù)來定義幾何圖形的尺寸數(shù)值并約定尺寸關(guān)系，提供給設(shè)計(jì)者進(jìn)行幾何造型使用。所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)即是在設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式是確定的，它需要根據(jù)某些具體的條件和具體的參數(shù)來決定產(chǎn)品某一結(jié)構(gòu)形式下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的產(chǎn)品。本課題使用的研究方法是參數(shù)化設(shè)計(jì)。齒輪的三維建模較為復(fù)雜, 涉及到很多公式和建模技巧,，特別是對于錐齒輪、斜齒輪以及渦輪蝸桿來說, 建模過程十分繁瑣, 提高齒輪的設(shè)計(jì)效率具有重要的實(shí)際工程意義； 另一方面, 三維CAD軟件Pro/E功能十分強(qiáng)大, 采用了較為先進(jìn)的技術(shù), 如全參數(shù)化實(shí)體建模技術(shù)，數(shù)據(jù)全相關(guān)等， 現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于機(jī)械和電子領(lǐng)域, 有著廣泛的用戶群。近年來隨著三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用越來越普遍，齒輪的三維建模成為設(shè)計(jì)中經(jīng)常要進(jìn)行的工作。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)所構(gòu)造的產(chǎn)品模型都是幾何圖素（如點(diǎn)、線、圓等）的簡單堆疊，僅僅描述了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可視化形狀，而不包含設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，因此難以對產(chǎn)品模型進(jìn)行改動，并生成新的產(chǎn)品實(shí)例。CAD技術(shù)可以說貫穿于整個設(shè)計(jì)過程，從產(chǎn)品方案的選擇到整機(jī)的可生產(chǎn)性、可維持性和可循環(huán)利用性等進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，因此在機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)分析主要包括有限限元分析，將對各部件及產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能、熱學(xué)性能的分析。概念設(shè)計(jì)主要解決產(chǎn)品的造型外觀，在滿足功能的前提條件下，使產(chǎn)品外觀精致美觀。其中，以機(jī)床、汽車、飛機(jī)、船舶等應(yīng)用最為廣泛。我國CAD技術(shù)的引進(jìn)是從60年代開始的，最早起步于航空工業(yè)，最近幾年發(fā)展很快，現(xiàn)已在機(jī)械、電子、建筑、汽車、服裝等行業(yè)逐步進(jìn)入實(shí)用階段。事實(shí)上，參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)今主流CAD軟件的兩大流派。在這樣的形勢下，企業(yè)為了自身的生存和發(fā)展，增強(qiáng)市場競爭力，越來越多地采用CAD技術(shù)。企業(yè)要想在殘酷的競爭中生存下來謀求發(fā)展，就要想方設(shè)法提高競爭力。 變量化技術(shù)為CAD技術(shù)的發(fā)展提供了更大的空間和機(jī)遇。通常在新產(chǎn)品開發(fā)的概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者首先考慮的是設(shè)計(jì)思想及概念，并將其體現(xiàn)在某些幾何形狀之中。變量化造型技術(shù)保留了參數(shù)化技術(shù)基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改的優(yōu)點(diǎn)，但是在約束定義方面做了一定的改變。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，參數(shù)化技術(shù)充分體現(xiàn)出其在通用件、零部件設(shè)計(jì)上存在的簡便易行的優(yōu)勢。這種新構(gòu)想最先在PTC公司(Parametric Technology Corp)的軟件Pro/E中成為現(xiàn)實(shí)。尺寸驅(qū)動已經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能。它的主要特點(diǎn)是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來了驚人的方便性。2）實(shí)體造型技術(shù)隨著技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)的需求日益高漲，CAE要求能獲得形體的完整信息，由于表面模型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，而線框和曲面造型對形體的表述都不完整，則難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其它特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等。飛機(jī)及汽車制造中遇到的大量自由曲面問題，隨著貝賽爾算法的提出，使得人們在用計(jì)算機(jī)處理曲線及曲面問題時變得可以操作，開發(fā)出了以表面模型為特點(diǎn)的自由曲面造型技術(shù)，推出了三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。三維CAD技術(shù)在幾十年的發(fā)展過程中，大致經(jīng)歷了四次飛躍：曲面造型技術(shù)、實(shí)體造型技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)、變量化技術(shù)。早期應(yīng)用較為廣泛的是CAD/CAM軟件，近十年來占據(jù)繪圖市場主導(dǎo)地位的是Autodesk公司的AutoCAD軟件。在CAD軟件發(fā)展初期，CAD的含義僅僅是圖板的替代品，即Computer Aided Drawing(or Drafting)，而非現(xiàn)在我們經(jīng)常討論的CAD(Computer Aided Design)所包含的全部內(nèi)容。它是近十幾年來形成的一個重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。本文采用二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT，在VC 環(huán)境下，基于機(jī)械CAD 軟件Pro/ E 開發(fā)了齒輪參數(shù)化造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，來解決齒輪三維實(shí)體參數(shù)化造型設(shè)計(jì)這一類問題。但是齒輪類零件的設(shè)計(jì)與繪圖是十分繁瑣且重復(fù)性很大的工作，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法費(fèi)時費(fèi)力，且容易出錯，設(shè)計(jì)人員將大量的時間和精力花費(fèi)在一些重復(fù)性的工作上，缺乏更多的時間去進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期長、產(chǎn)品質(zhì)量差、市場競爭力弱等后果，然而，CAD技術(shù)推動了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，對加速工程建設(shè)和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。因此, 正確的方法應(yīng)該是建立參數(shù)化的通用模型，設(shè)計(jì)新的齒輪時，根據(jù)需要輸入齒輪的參數(shù)，如齒數(shù)、模數(shù)、齒輪寬度等數(shù)據(jù)，就可以自動生成新的齒輪。直齒圓柱齒輪是制造其它齒輪的基礎(chǔ), 也是最通用的齒輪。參數(shù)化造型就是通過參數(shù)化建模來構(gòu)造產(chǎn)品的幾何模型, 通過參數(shù)化造型設(shè)計(jì)不僅可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,并且可以進(jìn)行現(xiàn)有產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì)。Pro/ E是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、面向制造行業(yè)的CAD/CAM/CAE高端軟件。漸開線齒輪由于能保證特定傳動比、受力方向不變等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于各種通用機(jī)械中，但因其齒廓形狀和輪體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變而成為三維造型技術(shù)的難點(diǎn)。該系統(tǒng)的建立方法亦可應(yīng)用于其他零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)?；赑ro/E的齒輪類零件參數(shù)化設(shè)計(jì)摘 要：基于Pro/E開發(fā)平臺，應(yīng)用Pro/TOOLKIT工具包以及VC++，通過在VC++，例如模數(shù)、齒數(shù)、齒寬、壓力角、變位系數(shù)等，可以得到相應(yīng)的漸開線齒輪，從而滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)可以大幅度提高工作效率。關(guān)鍵詞：Pro/E；齒輪；參數(shù)化設(shè)計(jì)；建模Abstract: based on Pro/E platform，a gear parametric design system is developed applying Pro/TOOLKIT application development kit and VC++. Through changing the gear parameters in the application interface, such as modulus, number of teeth, tooth width, pressure angle, variable coefficient, etc, the corresponding involute gear to meet the design requirements can be gotten. The application shows that the system can greatly improve efficiency. The establishment of the system method can be applied to other parts， is not confined to the parameters of gear design.Keywords：Pro/E；Gear；Parametric Design；Modeling前 言隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，三維造型技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。Pro/E為解決這一難題提供了方便，它是美國參數(shù)技術(shù)公司( Parametric Technology Corporation, 簡稱PTC) 推出的用于產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖等的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)，并以參數(shù)化驅(qū)動、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫、功能齊全的模塊等強(qiáng)大優(yōu)勢而占據(jù)重要地位, 目前已在我國的機(jī)械、汽車、電子、塑料模具、航空航天和船舶等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。作為一個集成的全面產(chǎn)品解決方案，Pro/E軟件使得用戶能夠數(shù)字化地創(chuàng)建和獲取三維產(chǎn)品定義。齒輪是應(yīng)用最為廣泛的通用機(jī)械零件，廣泛用在各種傳動中，如減速器、傳動裝置和汽車的變速箱等。對于這些需要經(jīng)常使用的通用機(jī)械零件, 如果每次都要設(shè)計(jì)計(jì)算，工作量大而且繁瑣，屬于重復(fù)無效勞動。齒輪類零件是組成機(jī)器的重要部分，是最常用的機(jī)械零件，也是機(jī)械產(chǎn)品中運(yùn)動部件設(shè)計(jì)的核心。在實(shí)際應(yīng)用中，由于用戶的設(shè)計(jì)要求及生產(chǎn)條件的多樣性，這些CAD軟件往往難以完全適應(yīng)，因此，在具體CAD應(yīng)用中還需要進(jìn)行二次開發(fā)，以滿足用戶的需求，使其更符合企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要。1 緒 論 機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)技術(shù)，是綜合地利用計(jì)算機(jī)的工程計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理功能和人的經(jīng)驗(yàn)與判斷能力結(jié)合，形成一個專門系統(tǒng)，用來進(jìn)行各種圖形設(shè)計(jì)和圖形繪制，對所設(shè)計(jì)的部件、構(gòu)件或系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析與模擬仿真實(shí)驗(yàn)。在汽車、飛機(jī)、船舶、集成電路、大型自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CAD技術(shù)有愈來愈重要的地位，在有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊與繪圖模塊的參數(shù)接口及程序化繪圖研究也具有重要的價(jià)值。CAD技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到70年代末期，以后作為CAD技術(shù)的一個分支而相對單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。在今天中國的CAD用戶特別是初期CAD用戶中，二維繪圖技術(shù)逐漸再向三維方向發(fā)展。1）曲面造型技術(shù)進(jìn)入70年代，正值飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展時期。曲面造型系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，首次實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也使得CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)，改變了以往只能借助油泥模型來近似準(zhǔn)確表達(dá)曲面的落后的工作方式，使產(chǎn)品開發(fā)手段比舊的模式有了質(zhì)的飛躍，新產(chǎn)品開發(fā)速度大幅度提高。基于對CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)發(fā)展的研究，提出了實(shí)體造型技術(shù)。3）參數(shù)化技術(shù)20世紀(jì)80年代中期，CAD技術(shù)的研究又有了重大進(jìn)展，此時提出了參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)。參數(shù)化技術(shù)徹底克服了自由緘默的無約束狀態(tài)，由尺寸決定實(shí)體造型的幾何形狀。如果想修改零件形狀的話，只需修改一下尺寸的數(shù)值就可以實(shí)現(xiàn)形狀上的改變。由于參數(shù)化技術(shù)的成功應(yīng)用，使得它很快成為CAD業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，許多軟件廠商紛紛追趕。4）變量化技術(shù)針對參數(shù)化系統(tǒng)的局限，提出了一種比參數(shù)化技術(shù)更為先進(jìn)的實(shí)體造型技術(shù)—變量化技術(shù)。變量化造型技術(shù)將所需定義的尺寸“參數(shù)”進(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，而不僅僅是用尺寸來約束全部幾何。但是這些幾何形狀嚴(yán)格的尺寸定位關(guān)系并不能在設(shè)計(jì)的初始階段完全確定，所以希望在初始階段能夠允許欠尺寸約束的存在。隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的騰飛，市場不斷國際化全球化，各行各業(yè)的競爭日益激烈?？s短新產(chǎn)品的研發(fā)和開發(fā)時間，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低研發(fā)成本，進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，只有這樣，才能滿足市場不斷變化的需求。Pro/ E(以下稱Pro/E)軟件是當(dāng)前廣泛使用的三維CAD軟件中的典型代表，同其他CAD/CAM軟件一樣，針對具體企業(yè)或不同產(chǎn)品，Pro/E軟件在使用過程中也存在著通用性有余，專用性不足的問題，特別是國外CAD/CAM軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)件庫等方面和國內(nèi)存在著差異，因而難以最大效益地發(fā)揮軟件的功能。兩種造型理論相互依存，共同發(fā)展。CAD技術(shù)最早起步于航空工業(yè)，最近幾年發(fā)展很快，現(xiàn)已在機(jī)械、電子、建筑、汽車、服裝等行業(yè)逐步進(jìn)入實(shí)用階段。一個產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程要經(jīng)過概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化、仿真模擬等幾個階段。詳細(xì)設(shè)計(jì)是要確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，各個零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以又稱為部件設(shè)計(jì)，包括各零件的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)。仿真模擬則主要是對產(chǎn)品進(jìn)行裝配模擬，運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬，進(jìn)行干涉、碰撞分析等等。 本課題的研究目的與意義齒輪是多參數(shù)驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件, 在Pro/E中由于沒有機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)庫, 齒輪的設(shè)計(jì)步驟多、工作量大。目前很多企業(yè)為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大部分產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是改進(jìn)型設(shè)計(jì)，大約70%的新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都要重新利用原來的產(chǎn)品模型，于是參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。齒輪的三維實(shí)體精確建模對于齒輪的有限元分析、動力學(xué)分析、數(shù)字樣機(jī)和系統(tǒng)仿真來說是必不可少的。Pro/ E是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的三維實(shí)體造型系統(tǒng)，其參數(shù)化特征造型在保證幾何、拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，以單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)模型的快速再生；它的二次開發(fā)接口使用戶可以在自己開發(fā)的程序中對零件進(jìn)行各種操作和控制，從而實(shí)現(xiàn)程序化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)也叫尺寸驅(qū)動，是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖的功能。其本質(zhì)是對統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品通過修改尺寸來生成新規(guī)格的產(chǎn)品，利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行參數(shù)化CAD設(shè)計(jì)，只需在計(jì)算機(jī)上輸入機(jī)械零件的幾個關(guān)鍵參數(shù)，就會準(zhǔn)確地、自動地生成工程樣圖。參數(shù)化設(shè)計(jì)一般用于設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)形狀比較固定，可以有一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動。在Pro/E環(huán)境下可以根據(jù)齒輪傳動的基本規(guī)律和漸開線齒形的生成原理來進(jìn)行漸開線齒輪的精確造型，同時還能實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化建模，從而實(shí)現(xiàn)了齒輪系列化設(shè)計(jì)，使設(shè)