張浩強(qiáng)

（益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)，湖南 益陽 413000）

0 引言

直齒圓柱齒輪在各種機(jī)械設(shè)備中都發(fā)揮著極其重要的作用，其中很大一部分直齒圓柱齒輪都具有極其相似的結(jié)構(gòu)和形狀。在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，需要對(duì)零件的尺寸進(jìn)行不斷的修改，使零件的形狀、尺寸達(dá)到協(xié)調(diào)與最優(yōu)化。因此，提高齒輪的設(shè)計(jì)效率就成了亟待解決的問題［1］。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵是建立參數(shù)化模型，再從模型的特征中抽象出特征參數(shù)，根據(jù)模型特征建立參數(shù)間關(guān)聯(lián)與約束，并確定某些特征參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)而建立由設(shè)計(jì)變量驅(qū)動(dòng)的零件。參數(shù)化設(shè)計(jì)適用于形狀大致相似的一系列零部件，只需修改相關(guān)參數(shù)，便可生成新的零部件，從而大大提高模型的生成和修改速度。

1 設(shè)置特征參數(shù)

本文建立的直齒圓柱齒輪模型的特征參數(shù)有：齒輪模數(shù)m，設(shè)定初始值為2mm；齒輪壓力角ANGLE，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定值為20°；齒寬B，設(shè)定初始值為10mm；齒數(shù)z，設(shè)定初始值為25。在齒輪上添加圓孔、鍵槽等結(jié)構(gòu)時(shí)所用到的特征參數(shù)有K1，K2，S，W。在Pro／E中設(shè)置完成后的參數(shù)表如圖1所示。

2 設(shè)置關(guān)系

建立特征參數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的約束關(guān)系，用圖2所示工具中的關(guān)系來約束。

3 參數(shù)建模

先建立齒根圓、基圓、分度圓、齒頂圓，并用漸開線方程式在笛卡爾坐標(biāo)系下驅(qū)動(dòng)曲線命令建立漸開線，方程為［2］：

將4條圓曲線和漸開線分別與相應(yīng)參數(shù)建立關(guān)系，再生后的結(jié)果如圖3所示。

圖1 設(shè)置的特征參數(shù)表

圖2 設(shè)置的關(guān)系

然后通過漸開線建立曲面，并設(shè)置曲面高度為齒厚，再建立基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)平面，最后通過鏡像曲面、合并曲線、創(chuàng)建拉伸曲面、復(fù)制并旋轉(zhuǎn)合并曲面、陣列曲面、合并曲面并與相應(yīng)參數(shù)建立關(guān)系等操作，得到合并曲面如圖4所示。

通過創(chuàng)建拉伸曲線、合并曲面、實(shí)化體曲面、創(chuàng)建孔和鍵槽特征，并與相應(yīng)參數(shù)建立關(guān)系，得到的齒輪模型如圖5所示。

4 基于Pro／E二次開發(fā)的參數(shù)修改

利用Pro／Program 對(duì)Pro／E 5.0軟件進(jìn)行二次開發(fā)，只需加入幾個(gè)相關(guān)語法指令就可以讓整個(gè)零件多樣化。二次開發(fā)的主要思路是利用Pro／Program的模塊功能來接收、換算和傳遞用戶輸入的有關(guān)參數(shù)，通過改變特征的尺寸及特征之間的關(guān)系來達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。選取菜單命令：“［工具］／［程序］”，選擇［編輯設(shè)計(jì)］［3］。由于模型建立有內(nèi)孔、鍵槽、4個(gè)圓孔，并在兩端切除了具有一定深度的圓柱，在修改時(shí)需要做詳細(xì)的數(shù)值關(guān)系計(jì)算，計(jì)算時(shí)可以采用相關(guān)的公式計(jì)算，也可采用有限元優(yōu)化計(jì)算。最后在程序編輯器的INPUT和END INPUT語句之間輸入以下內(nèi)容：

圖3 建模所用曲線

圖4 建模中所用合并曲面

確認(rèn)修改并保存、退出，關(guān)閉文字編輯器，在隨后打開的消息輸入窗口中單擊“是”按鈕，然后依次選?。圯斎耄?、［選擇全部］、［完成選取］等選項(xiàng)，選擇所有參數(shù)，依次在信息欄中輸入新的數(shù)值，m＝3，z＝30，B＝15，完成更新后的零件如圖6所示。如果需要修改其他參數(shù)，如鍵槽、小圓孔等，可以做類似的二次開發(fā)。

圖5 所建模型

圖6 修改參數(shù)后的模型

5 結(jié)論

Pro／E 5.0軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的三維建模及參數(shù)化設(shè)計(jì)工具，通過建立參數(shù)特征模型、設(shè)置關(guān)系等一系的操作，可以精確地生成參數(shù)控制的直齒圓柱齒輪零件及零件庫。通過使用Pro／E 5.0關(guān)系以及Program二次開發(fā)工具，可以方便地實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)特征建模，既提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，也為進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、數(shù)控加工等其他功能模塊開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 嚴(yán)明霞.基于Pro／E的直齒圓柱齒輪參數(shù)化三維建模［J］.煤礦機(jī)械，2011，32（2）：222－223.

［2］ 韓雄偉.基于Pro／E直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)及模型庫的建立［J］.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，23（4）：50－52.

［3］ 王成鋒.基于Pro／E 4.0直齒圓柱齒輪的全參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.煤礦機(jī)械，2011，32（3）：231－232.