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基于ProE的齿轮传动部件的参数化建模(毕业设计论文)
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2010-05-15
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基于ProE的齿轮传动部件的参数化建模(毕业设计论文)是一篇很好的毕业论文设计格式,有很多东西值得借鉴哦。
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·基于 Pro/E 的齿轮传动部件的参数化建模· 指导教师:吴海涛
机电工程学院
设计说明书
中 文 摘 要:
本次设计介绍了在 Pro/E 环境下,运用圆柱坐标系创建渐开线齿轮
齿廓,利用其开发工具参数(Parameters)结合关系式(Relations)功能
来实现渐开线齿轮参数化造型的关键技术;并在研究了 Pro/Toolkit 特
征建模编程原理的基础上,以 VC++6.0作为编程语言,实现了利用友好的
图形用户界面技术输入设计参数来控制三维实体模型的关键技术。该文
以开发渐开线齿轮参数化设计系统(本系统涵盖了直齿、斜齿、蜗轮、
蜗杆、锥齿)为实例,详细介绍了这一开发思路和其关键技术。
关 键 词:齿轮 参数化设计 二次开发 Pro/Toolkit pro/e
English Abstract :
In this paper, the main idea and methods of developing the
parametric function design system for the involute gears, such as
spur gear, helical gear, worm and wheel gear, and bevel gear, are
described based on the developing tools provided by Pro/Engineer,
such as parametric function sand relations functions. The method
of creating the profile of involute gear by using the cylindrical
coordinate system is introduced. The principle of building feature
selements with Pro/Toolkit is analyzed. By inputting the gear
design parameters, the three-dimensional design module is
obtained based on the friendly graphical user interface in the
VC++6.0 programming environment. With the presented methods, the
working efficiency of designers can be greatly improved.
Key Words: Gear;Parametric Design;Secondary development; Pro/Toolkit; pro/e
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第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.1.1 目的
齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等
行业。在齿轮箱设计和生产过程中,需要大量的分析、计算和绘图工作,采用现代设计方
法可彻底改变过去依靠手工计算和绘图时的效率低、易出错等局面,使齿轮设计人员借
助计算机及相应软件可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图;
为生产企业以高技术、高质量、低成本占领市场提供技术保障。
另外在传统圆柱齿轮设计中,对于齿轮的强度校核过程和设计过程主要是通过人工
设计完成,计算繁琐,容易出现设计误差和错误,设计周期长且难以实现优化设计,此次
设计即是针对圆柱齿轮的参数化设计而进行的,可极大地提高设计的精度和效率并实现
其优化设计。
1.1.2 意义
渐开线齿轮是各种机械传动设备中常用的零件,在设计制造中工程设计人员经常需
要对齿轮齿形进行精确的造型。由于其复杂性,有一些软件(如 Solidworks,AutoCAD)没
有提供齿形的精确造型功能。Pro/E 作为通用三维 CAD/CAM 系统在功能上完全能够满足
机械产品的设计要求,但是在系统操作的人性化和易用性方面并非完全尽人意。为此,本
文应用了 Pro/E 的开发工具参数、关系和应用程序开发接口,开发了基于 Pro/E 的渐开
线齿轮参数化设计系统,来解决齿轮精确造型方面的难题。系统的开发具有如下意义:1
保证了齿形造型的精确性。2 造型速度快,避免了手工造型的复杂繁琐过程。3 为后续的
齿轮 CAE、CAM 等提供了精确的三维实体。4 对 Pro/E 二次开发的有益探索。
1.2 本课题在国内的研究现状及分析
1.2.1 国内 CAD 的应用现状
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如果让我们调查一下国内企业中 CAD 的应用,会得出如下结论,很多所谓 CAD 应用
很好的企业,也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状,当然计算机出图是有很
多优点的,漂亮、规范、修改容易、存档方便等。但是如果我们只是停留在这个阶段,
就失去了 CAD 的作用,因为 CAD 是辅助设计,不是辅助绘图。既然是设计就不但想到产
品的机械模型,还应想到产品的结构分析、运动机构分析和生产加工处理等,只有这样
才能真正发挥 CAD 的作用。如果真正做到这一点,单凭二维设计是不够的,虽然传统的
制图方法是通过二维视图来描述三维实体,但这种描述做不到进一步的结构分析、运动
机构分析和数控加工,不能真正做到生产的自动化,更有甚者,二维视图的描述经常出
现二意性和理解错误,因为人们只是按着一些规定在想象三维的模样,限于这种描述方
法的缺陷,必须找到更先进的、更合理的三维设计手段,使 CAD、CAM、CAE 以及 PDM 容
为一体。当然这个目标要有一个过程,但现在我们必须明确。其实,很早就有了先进的
解决办法,那就是采用在图形工作站上使用三维 CAD 软件,只所以采用工作站是因为当
时的微机还不能胜任这项工作,也确实有很多企业看到这种先机,于是不论系统是多么
昂贵,不惜血本买进大量的工作站系统,事隔几年,一些企业叫苦不迭,因为血本并未
带回效益。但回过头来看,我们发现,这种思想是对的,只是这个想法未变成现实,因
为买来的工作站系统在闲置,一个静止的机器怎能去创造效益呢? 究其原因有很多,
但最主要的原因是工作站上的系统软件和 CAD 软件使用起来太复杂,并不能使每个设计
人员都能掌握,因此,一旦熟悉操作、使用的(经过培训)技术人员流失,系统马上进
入瘫痪,再培养人员是几年以后的事情,转眼到了系统该更新的时候了。是否是我们的
设计人员水平低呢?不是,我们的设计水平是够的,是我们的 CAD 系统太复杂了,不可
能在有限的时间内让技术人员既精通本专业,又精通另外的计算机专业。所以必须使系
统软件和 CAD 软件的使用更简单更容易,只有这样 CAD 才能真正得到普及,这也是 CAD
产业发展、普及的一个方面。
1.2.2 分析
目前,虽然制造业的厂家均已完成“甩图板”工作,在产品设计中应用二维 CAD 图
形绘制工具----AutoCAD 或是基于 AutoCAD 平台的二次开发软件,实现计算机制图并做
一些技术文档的编制工作。但是,随着软件应用时间的增长,企业各部门都保存有大量
的 DWG 格式的产品图纸文件。在设计过程中,由于二维 CAD 软件存在局限性,不能完整
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地表达产品的设计信息。所以,要达到真正意义上的计算机辅助设计,则必须要使用三
维 CAD 软件,完成诸如零部件的装配干涉检查,有限元分析,机构的运动仿真,数控加
工代码的生成。只有运用三维 CAD 设计软件,才能在产品设计初始阶段全面了解产品的
外观、性能,从而避免产品设计中出现的低级错误
1.3 我国制造业的发展形势
目前,随着CAD/CAE/CAM/CAPP技术的逢勃发展,计算机越来越成为人
们从事机械设计与制造的重要手段。计算机辅助产品造型是所有上述工作的基础。因为
只有精确的产品造型,才能对产品的装配与干涉进行检验。基于上述可以总结出我国
CAD/CAE/CAM 的发展趋势:
1. 新产品使用基于特征建模的三维造型来进行设计;
2. 在计算机上完成产品整机的总装配,进行干涉检查和动力学分析;
3. 重要零件在计算机上进行有限元刚度、强度分析、模态分析、产品的形状优化设计;
4. 建立各单位自己的三维常用零件库,尽量避免重复劳动,提高设计效率;
5. 对于有数控加工工序的零部件自动生成加工代码。
1.4 关键的问题及解决的思路:
1.4.1 关键问题
完成本课题关键的就是做好各种齿轮的参数化设计,包括圆柱齿轮、斜齿轮、锥
齿轮等、蜗轮、蜗杆等。在这个课题中,我是通过 pro/e 软件来完成各种齿轮三维图
形的设计,然后通过 Visual C++语言和 pro/toolkit 接口,将完成的三维图形做成一
个插件的形式插入到 pro/e 的菜单栏中,然后再通过输入参数的方式对其做设计变更。
1.4.2 我的思路
用 pro/e 软件对渐开线齿轮进行建模设计的关键还在于正确地建立渐开线方程,
编程确定合乎要求的参数关系式,搞清轮齿形成过程中每一步骤的目的。掌握了这种经
编程并输入参数关系式进行设计的方法——即参数化设计方法。 就能迅速地对不同参
数的齿轮进行建模,极大地提高工效。
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第二章 系统开发环境与开发策略
2.1 系统开发环境
2.1.1 Pro/toolkit 接口
Pro/E 安装盘提供的 Pro/Toolkit 工具包主要提供了创建用户应用程序所需函数库
文件、头文件、用户指南和示例程序。其中头文件位于 Pro/Toolkit\includes 目录,库
文件位于 Pro/Toolkit\i486-NT\obj 目录,这两种类型的文件是用 VC 开发 Pro/E 应用程
序必不可少的支持文件。在 Windows 环境下,可采用各种 C 语言为编程语言。我们以
WindowsXP 为平台,VC++6.0 为开发环境,通过 Pro/Toolkit 接口,来实现对 Pro/E 的二次
开发。
2.1.2 关于 Pro/engineer 系统
Pro/Engineer 系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,
简称 PTC)的产品。PTC 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改
变了机械 CAD/CAE/CAM 的传统观念,这种全新的概念已成为当今世界机械 CAD/CAE/CAM
领域的 标准。利用该概念开发出来的第三代机械 CAD/CAE/CAM 产品,Pro/Engineer 软
件能将设计至生产全过程集成到一起,让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造
工作,即实现所谓的并行工程(Concurrent engineering).
Pro/Engineer 系统主要特点如下:
Ø 真正的全相关性,任何地方的修改都会自动反映到所有相关的地方。
Ø 具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。
Ø 具有强大的装配功能,能够始终保持设计者的设计意图。
Ø 容易使用,可以极大地提高设计效率。
而且,Pro/Engineer 系统用户界面简洁,概念清晰,符合工程人员的设计思想与习
惯。整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型。另外,Pro/Engineer
建立在工作站上,系统独立于硬件,便于移植。
Pro/Engineer(简称Pro/E)之所以得到广泛应用,不仅是因为它成
熟的参数化技术,更重要的是它具有开放的体系结构和优秀的二次开发工具。Pro/E
允许用户和开发者对其进行扩充和修改。此次设计以Pro/E为支撑平台,应用Pro
/Toolkit工具包和VisualC++6.0 来开发,将用户应用程序编译成可执行
文件(.exe文件)或动态链接库文件(.dll文件),在Pro/E环境下加载运行.这
样既利用了Pro/E强大的开发功能,又利用了VC编程效率高的优势。
2.1.3 Visual C++ 6.0
Visual C++ 6.0 是 Microsoft 公司推出的基于 C/C++的集成开发工具,它不仅是
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kungongliuyuan
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