【正文】 ..................... 18 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫仿真 ........................................................................... 20 5 總結(jié) .......................................................................................................................... 23 致謝 .............................................................................................................................. 24 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 25 1 緒論 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)， Pro/E 等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械類專業(yè)課教學(xué)提供了一種極好的現(xiàn)代化教學(xué)的工作平臺(tái) [1]。學(xué)生缺少對(duì)實(shí)物的感官 認(rèn)識(shí)也就更難理解沒有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教學(xué)實(shí)物模型，但實(shí)物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。時(shí)代在發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容在不斷更新，當(dāng)然教學(xué)模型也要跟上教學(xué)內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學(xué)需要更改實(shí)物模型是很困難的。 （ 3） 傳統(tǒng)的教學(xué)模型作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析也存在很多缺陷，一是學(xué)校很難保證有一套完整的機(jī)械專業(yè)的教學(xué)模型，而且成本也較大；二是有些空間的機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)很難觀察到；三是裝配模型時(shí)容易損壞零件，運(yùn)動(dòng)容易出 故障；四是運(yùn)動(dòng)特性的分析也很困難。在造型設(shè)計(jì)的過程中，需要用樣品實(shí)物模型來表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，但對(duì)每一種方案都制作實(shí)物樣品，要付出大量的勞動(dòng)，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)及成本費(fèi)用高等問題。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，改變了機(jī)械 CAD／ CAE／ CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD／ CAE／ CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學(xué)，在教學(xué)中如果應(yīng)用 Pro/E 的三維技術(shù)建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學(xué)模型的缺點(diǎn)，它同樣具有實(shí)物教學(xué)模型的直觀、容易理解的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免 了攜帶 困難的問題，還便于制作多謀體課件。 我們建立的教學(xué)模型庫有如下特點(diǎn)： 1） 零件模型庫的覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)新 ； 2） 當(dāng)教學(xué)需要某一零件模型時(shí)，可直接從零件模型庫中調(diào)出，不必手工繪制 ； 3） 零件模型從模型庫中調(diào)入后可任意移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，在裝配時(shí)確定準(zhǔn)確的位置 ； 4） 零件模型庫的 操作使用簡(jiǎn)捷、方便、靈活、易學(xué)易懂 ； 5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)零件模型庫的資源共享，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源為教學(xué)服務(wù)。 總之，把 Pro/E 的三維技術(shù)引入機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)，徹底改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，大大改善了輔助教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果 [3]。 2 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)主要圍繞齒輪油泵設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)例展開。齒輪油泵包含多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用 Pro/E 基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多 種建模方法和設(shè)計(jì)方法。 3 設(shè)計(jì)過程 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì) 齒輪油泵包含 20 多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用 Pro/E 基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法 [4]，齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 1 所示，組件分解圖如圖 2 所示。 圖 3 齒輪油泵 骨架設(shè)計(jì)結(jié)果 （ 1） 新建零件文檔 ； 1） 單擊 “新建 ”按鈕打開 “新建 ”對(duì)話框。系統(tǒng)打開 “新文件選項(xiàng) ”對(duì)話框，選取其中的 “mmns_part_solid”選項(xiàng)，再單擊 “確定 ”按鈕進(jìn)入三維實(shí)體建模環(huán)境 [5]。 （ 3） 創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 ； 1） 單擊 “基準(zhǔn)平面工具 ”按鈕打開 “基準(zhǔn)平面 ”對(duì)話框 ； 2） 選取 FRONT 基準(zhǔn)平面作為參照，設(shè)置平移距離 35； 3） 單擊 “確定 ”，完成 DTM1 基準(zhǔn)平面 。 1） 單擊 “草繪 ”打開 “草繪 ”對(duì)話框 ； 2） 選取 DTM1 作為草繪平面，其它設(shè)置接受系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)，單擊 “草繪 ”； 3） 繪制如圖 5 所示曲線 。 齒輪油泵主 體 的設(shè)計(jì) （ 1） 新建零件文檔 ； 單擊 “新建 ”按鈕打開新建對(duì)話框。 （ 2） 創(chuàng)建外部繼承特征 ； 1） 單擊 “插入 ”主菜單中選取 “共享數(shù)據(jù) ”/“合并 /繼承 ”選項(xiàng)，系統(tǒng)打開設(shè)計(jì)圖標(biāo)版 [6]； 2） 單擊 “打開 ”按鈕，使用瀏覽的方式打開上一小節(jié)設(shè)計(jì)的齒輪油泵骨架文件 “Gear_pump”.同時(shí)系統(tǒng)打開 “外部合并 ”對(duì)話框，在該對(duì)話框的 “約束類型 ”下選 取 “缺省 ”選項(xiàng)，在系統(tǒng)默認(rèn)位置裝配齒輪油泵骨架文件 ； 3） 單擊 “外部合并 ”中的 “確定 ”，單擊 “設(shè)計(jì)板 ”上的 “確定 ”。再次單擊 “拉伸 ”按鈕，選取上一零件端面作為草繪平面，進(jìn)入草繪模式 ； 3） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入拉伸深度 “”，最后創(chuàng)建的實(shí)體特征如圖所示 ； 4） 再次單擊 “拉伸 ”，選取上一零件右側(cè)面為草繪平面，進(jìn)入草繪模式 ； 5） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入深度 “”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖 6 所示。單擊拉伸體 端面為主參照。 （ 5） 創(chuàng)建螺紋修飾特征 ， 如圖 8； （ 6） 創(chuàng)建倒圓角特征 ，如圖 9； （ 7） 補(bǔ)上一個(gè)拉伸切削特征， 最后 完成的零件圖 ，如圖 10。齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果 ， 如圖 11 所示。 圖 16 左蓋 倒圓角結(jié)果 圖 17 右蓋設(shè)計(jì)結(jié)果 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設(shè)計(jì) 齒輪泵右蓋的設(shè)計(jì)和齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)相似，都是以齒輪油泵的骨架作為母本二進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 齒輪軸的設(shè)計(jì) 齒輪軸的設(shè)計(jì)以全參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪通用件作為母體，對(duì)齒輪通用件參數(shù)進(jìn)行修改并添加必要的特征。 圖 18 齒輪軸設(shè)計(jì)結(jié)果 圖 19 “PROE 標(biāo)準(zhǔn)零件庫 ”對(duì)話框 為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這里的全參數(shù)化齒輪采用 臺(tái)灣大學(xué)林清安教授開發(fā)的 “PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫 ”. （ 1） 打開 “PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫 ”，如圖 19 所示 ； （ 2） 從 “零件類型 ”中選擇 “齒輪 ”，零件規(guī)格選擇 “20T”，如圖 20 所示 ； 圖 20“正齒輪 ”對(duì)話框 修改右邊列表中 “可修改 ”項(xiàng)目，修改齒輪的模數(shù) M=3,齒數(shù) Z=9,齒寬 B=.單擊 “打開文件 ”按鈕，輸入零件名稱 “gear_shaft_1”,打開的齒輪零件如 圖 21。 （ 10） 隱 藏基準(zhǔn)，完成齒輪軸的創(chuàng)建 ，如圖 31。只列出其最終結(jié)果 ，如圖 32。 a） 螺釘 b） 外部齒輪 c） 平鍵 d） 圓墊片 e） 螺母 f） 壓蓋 g） 圓柱銷 圖 32 其它零件 至此齒輪油泵所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。在進(jìn)行齒輪油泵的裝配前，設(shè)計(jì)者首先要對(duì)齒輪油泵進(jìn)行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運(yùn)動(dòng)自由度，那些元件完全約束。 （ 1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱 “Gear_pump_model”； （ 2） 在默認(rèn)位置裝配齒輪油泵主體 ； 單擊 “添加元件 ”按鈕，打開下設(shè)計(jì)板，選擇缺省，以在默認(rèn)位置裝配泵的主體。 （ 4） 重復(fù)裝配銷釘 ； 選中前面裝配好的銷釘零件，然后在 “編輯 ”中選取 “重復(fù) ”打開 “重復(fù)元件 ”對(duì)話框。單擊添加，共裝配 4 根銷釘。 （ 6） 向組件中裝配齒輪軸一 ； 1） 單擊右工具箱中的 “向組件中添加元件 ”按鈕，打開齒輪油泵文件Gear_shaft_1； 2） 在系統(tǒng)打開的設(shè)計(jì)板上的 “用戶定義 ”中選取 “銷釘 ”連接類型 ； 3） 完成 “放置 ”列表，裝配結(jié)果如圖 33。在該列表的 “運(yùn)動(dòng)類型 ”選項(xiàng)中選取 “旋轉(zhuǎn) ”選項(xiàng)，然后選中 “運(yùn)動(dòng)參照 ”副選項(xiàng) ； 4） 根據(jù)系統(tǒng)提示選 shaft_1 的軸線作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參照，然后在工作區(qū)中旋轉(zhuǎn)齒輪軸二，使兩齒輪正確嚙合，最后的嚙合結(jié)果如 圖 34。新建 “對(duì)齊 ”約束選取軸 A9 和 A16 作為約束參照 ； 3） 新建 “匹配 ”約束類型，選取油泵主體端面和右蓋端面，輸入偏距 “0”； 4） 最后完成的 “放置 ”列表如下圖，最后裝配結(jié)果如圖 35。 （ 10） 裝配螺栓 ； 1） 單擊 “向組件中添加元件 ”按鈕，打開 “”； 2） 使用 “對(duì)齊 ”約束，選取螺栓軸線和螺栓孔軸線 ； 3） 使用 “匹配 ”約束，選取螺栓頭下端面和螺栓孔上端面 。 （ 13） 在元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算 同步驟 9 一樣，切除壓 緊螺母 ； （ 14） 裝配鍵 ； 1） 單擊 “向組件中添加元件 ”按鈕，打開齒輪油泵零件文件 key； 2） 使用 “匹配 ”“匹配 ”“匹配 ”三種約束方式選取相應(yīng)參照。 （ 16） 裝配墊片 ； （ 17） 裝配螺母 ； （ 18） 影藏曲線特征 。選取 “PRT_ALL_CURVES”,單擊右鍵選取保存 ； 3) 在空白處單擊右鍵，選取 “保存狀態(tài) ”； 4) 接著保存對(duì) “pack”元件的修改結(jié)果 ， 最后的組件顯示結(jié)果如圖 36。 編輯爆炸圖完成后，得到分解視圖下的齒輪油泵裝配爆炸圖，效果如圖 37。 （ 3） 定義齒輪副連接 ； 1） 單擊 “定義齒輪副連接 ”按鈕，打開 “齒輪副定義 ”對(duì)話框 ； 圖 39 “齒輪定義 ”對(duì)話框 圖 40 “齒輪定義 ”對(duì)話框 2） 定義齒輪 1 選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_1”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑 “27”，如圖 39； 3） 定義齒輪 2 選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_2”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑 “27”，如圖 40； 4） 打開 “屬性 ”選項(xiàng)卡，在 “齒輪比 ”選項(xiàng)組中選取 “節(jié)圓直徑 ”選項(xiàng)。 （ 4） 創(chuàng)建連接 ； 1） 在 “編輯 ”主菜單中選取 “連接 ”選項(xiàng)，彈出 “連接組件 ”對(duì)話框 ，如圖 43； 2） 單擊 “運(yùn)行 ”按鈕，打開 “確認(rèn) ”對(duì)話框，單擊 “是 ”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作 ，如圖 44。 （ 6） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件 。單擊其中的 “瀏覽 ”按鈕，彈出 “保存副本 ”對(duì)話框，在次選擇文件的保存路徑，選擇保存格式并填寫文件名稱。 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫 仿真 外嚙合齒輪泵的工作原理：在泵的殼體內(nèi)有一對(duì)外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)有端蓋蓋住。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開，密封工作腔容積逐漸增大，形成部分真空，郵箱中的油液被吸進(jìn)來，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到左側(cè)壓油腔去。吸油區(qū)和壓油區(qū)是由相互嚙合的齒輪以及泵體分割開的。下邊設(shè)計(jì)為在組件中裝入 “箭頭 ”零件，表示油液流動(dòng)方向。 （ 6） 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析 ； 圖 50 電動(dòng)機(jī)方向 1） 單擊 “運(yùn)動(dòng)分析 ”按鈕，系統(tǒng)打開如圖 “分析定義 ”對(duì)話框 ； 2） 在 “類型 ”下拉列表框中選擇 “位置 ”選項(xiàng)，并把運(yùn)動(dòng) “終止 時(shí)間 ”欄的值修改為 “64”，定義 “電動(dòng)機(jī) ”如圖 51 所示 ，接著單擊 “運(yùn)行 ”按鈕，觀察齒輪油泵的運(yùn)動(dòng)情況 ； 3） 完成上述操作后，單擊 “確定 ”按鈕關(guān)閉 “分析定義 ”對(duì)話框，完成運(yùn)動(dòng)分 析創(chuàng)建。 用 Pro/E 制作的簡(jiǎn)易工作原理動(dòng)畫可結(jié)合工作原理的 FLASH 動(dòng)畫，幫助理解齒輪泵工作原理。其中齒輪軸的設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)是 Pro/E的一個(gè)重要特點(diǎn)。使用 Pro/E仿真設(shè)計(jì)在展示油泵工作原理時(shí)，并不能展示油液的流動(dòng)情況 [19]，所以還要結(jié)合其它軟件設(shè)計(jì)工作原理動(dòng)畫 。指導(dǎo)老師具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和較高的理論水平，在治學(xué)及做人方面使我受益匪淺。同時(shí)對(duì)于大學(xué)幾年來關(guān)心過、指導(dǎo)過、給予我以幫助的老師一并表示感謝。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我能夠?qū)⒋髮W(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識(shí)。我對(duì)指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 謝