畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于proe齒輪類零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于Pro/E的齒輪類零件參數(shù)化設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：基于Pro/E開發(fā)平臺，應(yīng)用Pro/TOOLKIT工具包以及VC++6.0編程語言開發(fā)了齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過在VC++6.0中創(chuàng)建的對話框修改齒輪參數(shù)，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。該系統(tǒng)的建立方法亦可應(yīng)用于其他零件的參數(shù)化

2、設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Pro/E；齒輪；參數(shù)化設(shè)計(jì)；建模</p><p>　　Abstract: based on Pro/E platform，a gear parametric design system is developed applying Pro/TOOLKIT application development kit and VC++6.0. Through c

3、hanging 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 g

4、otten. The application shows that the system can greatly improve efficiency. The establishment of the system method can be applied</p><p>　　Keywords：Pro/E；Gear；Parametric Design；Modeling</p><p>

5、<b>　　前 言</b></p><p>　　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。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)。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)

6、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。</p><p>　　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。作為一個(gè)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。參

7、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)。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。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。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。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(shí)，根據(jù)需要輸

8、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。</p><p>　　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。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(shí)費(fèi)力，且容易出錯，設(shè)計(jì)人員將大量的時(shí)間和精力花費(fèi)在一些重復(fù)性的工作上，缺乏更多的時(shí)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，C

9、AD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。</p><p>　　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。</p><p>　　本文采用二次開發(fā)工具Pro/TOOLK

10、IT，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。</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用</p><p>　　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

11、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(gè)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)。它是近十幾年來形成的一個(gè)重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。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。</p><p>　　在CAD軟件發(fā)展初期，C

12、AD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。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(gè)分支而相對單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。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。在今天中國的CAD

13、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。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)。</p><p><b>　　1）曲面造型技術(shù)</b></p><p>　　進(jìn)入70年代，正值飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展時(shí)期。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)

14、算機(jī)處理曲線及曲面問題時(shí)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。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(shí)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。</p>&

15、lt;p><b>　　2）實(shí)體造型技術(shù)</b></p><p>　　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。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)。由于實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表

16、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。</p><p><b>　　3）參數(shù)化技術(shù)</b></p><p>　　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(shí)提出了參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)。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。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

17、決定實(shí)體造型的幾何形狀。尺寸驅(qū)動已經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能。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。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)。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。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。&l

18、t;/p><p><b>　　4）變量化技術(shù)</b></p><p>　　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)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。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。通常在新

19、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。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。 </p><p>　　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。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。企業(yè)要想在殘酷的競爭中生存下來謀求發(fā)展，就

20、要想方設(shè)法提高競爭力?？s短新產(chǎn)品的研發(fā)和開發(fā)時(shí)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。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)。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/C

21、AM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。</p><p>　　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。兩種造型理論相互依存，共同發(fā)展。</p><p>　　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。</p&

22、gt;<p>　　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。其中，以機(jī)床、汽車、飛機(jī)、船舶等應(yīng)用最為廣泛。一個(gè)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(gè)階段。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。詳細(xì)設(shè)計(jì)是要確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，各個(gè)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)。

23、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。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。CAD技術(shù)可以說貫穿于整個(gè)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。</p><p>　　1.2 本課題的研究目的與意義</p><p>　　齒輪是多參數(shù)驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

24、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。</p><p>　　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。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

25、念在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　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。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。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

26、/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。</p><p>　　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)。</p>

27、;<p>　　本課題使用的研究方法是參數(shù)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。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。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

28、機(jī)械零件的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，就會準(zhǔn)確地、自動地生成工程樣圖。</p><p>　　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。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。</p><p>　　以Pro/E為開發(fā)平臺，開發(fā)齒輪

29、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。</p><p>　　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(shí)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)計(jì)人員從繁重的繪圖工作中解脫出來。使用Pro/E進(jìn)行的齒輪參數(shù)化造型具有如下意義：</p><

30、;p>　?。?）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。</p><p>　?。?）通過改變相關(guān)參數(shù)及關(guān)系式，能夠快速建立產(chǎn)品的參數(shù)化模型，確定主要參數(shù)和修改定型，避免了手工造型的復(fù)雜繁瑣過程，為后續(xù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)仿真分析及零件數(shù)控加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。</p><p>　?。?）給齒輪在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及CAE中帶來很大方便。</p><p&g

31、t;　　1.3本課題研究內(nèi)容與開發(fā)思想</p><p>　　1.3.1零件結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　1)零件結(jié)構(gòu)拆分及特征尺寸確定</p><p>　　零件特征造型過程中，應(yīng)按其本身的功能和建模的特點(diǎn)，將零件拆分為相應(yīng)各個(gè)結(jié)構(gòu)，并分別找出建立其實(shí)體模型的基本特征。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，

32、以免加大參數(shù)化的工作量。</p><p><b>　　2)創(chuàng)建實(shí)體模型</b></p><p>　　零件上的特征主要通過參數(shù)和幾何約束關(guān)系來相互關(guān)聯(lián), 尺寸之間的關(guān)系分為2 種: 一種是自定義的各種外部參數(shù)和零件的被約束尺寸的關(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。在創(chuàng)建模型時(shí), 這些幾何

33、約束關(guān)系同時(shí)被創(chuàng)建, 當(dāng)模型被修改時(shí), 這些關(guān)系可以自動保持設(shè)計(jì)者的意圖不變。一個(gè)特征往往有多種創(chuàng)建方法, 在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮好如何表達(dá)該特征與其它特征的關(guān)系。</p><p><b>　　3)定義特征參數(shù)</b></p><p>　　建立模型后, 所定義的所有零件尺寸由系統(tǒng)自動按照建立的先后順序命名為相應(yīng)的內(nèi)部標(biāo)識尺寸。在復(fù)雜模型上, 則需要找出尺寸間的2 種對應(yīng)關(guān)系

34、: 即內(nèi)部標(biāo)識尺寸和外部模型上各個(gè)數(shù)值之間的對應(yīng)關(guān)系;內(nèi)部標(biāo)識尺寸和將要命名的外部參數(shù)之間的關(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。命名參數(shù)時(shí), 參數(shù)名稱要力求簡單易懂, 必要時(shí)可再加入簡單注釋。</p><p><b>　　4)輸入特征參數(shù)</b></p><p>　　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

35、出與零件各部分尺寸之間的對應(yīng)關(guān)系, 同時(shí)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。同一零件的各部分需要協(xié)同變化的, 也需要在這里列出。</p><p><b>　　5)修改特征參數(shù)</b></p><p>　　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; 二是將所有需要修改的參數(shù)生成數(shù)據(jù)文件, 通過讀入文件的方式一次性

36、全部修改。第一種方法速度較慢, 可以在調(diào)試程序、輸入變量的時(shí)候使用; 第二種方法效率較高, 當(dāng)程序編制完</p><p>　　1.3.2開發(fā)平臺與工具簡介</p><p>　　系統(tǒng)是以Pro/ E 3.0中文野火版為軟件平臺，以Visual C++6.0為編程語言，采用動態(tài)鏈接庫的方式(DLL模式)開發(fā)基于Pro/TOOLKIT二次開發(fā)的箱體零件三維參數(shù)化造型系統(tǒng)。</p>

37、<p><b>　　1) Pro/E </b></p><p>　　Pro/E軟件是美國PTC公司(Parametric Technology Corporation)的產(chǎn)品，是一種單一數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)的基于特征的建模技術(shù)以及獨(dú)特的全相關(guān)技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動化軟件。Pro/E是建立在一個(gè)統(tǒng)一的能在系統(tǒng)內(nèi)部引起變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，因此開發(fā)過程中某一處所發(fā)生的變化能夠很快傳遍整個(gè)設(shè)計(jì)

38、制造過程，以確保所有的零件和各個(gè)環(huán)節(jié)保持一致性和協(xié)調(diào)性。</p><p>　　Pro/E作為三維造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，其功能強(qiáng)大，用途廣泛，是新一代CAD/CAM系統(tǒng)軟件。它以尺寸驅(qū)動、特征建模、全參數(shù)設(shè)計(jì)、單一全關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，

39、Pro/E提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理，甚至包括了產(chǎn)品生命周期，是多項(xiàng)技術(shù)的集成產(chǎn)品。</p><p>　　Pro/E的主要特征有：（1）3D 實(shí)體模型；（2）單一數(shù)據(jù)庫；（3）基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模；（4）行為建模技術(shù)；（5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；（6）強(qiáng)大的裝配功能；（7）NC 加工；（8）二次開發(fā)技術(shù)。</p&g

40、t;<p>　　2) Visual C++ 6.0</p><p>　　Visual C++是新一代面向?qū)ο蟮?、可視化的程序設(shè)計(jì)工具。本系統(tǒng)用戶界面模塊的設(shè)計(jì)選擇Visual C++ 6.0(簡稱VC++)作為開發(fā)平臺。VC++是運(yùn)行于Windows 上的交互式可視化集成開發(fā)環(huán)境，是美國Microsoft Visual Studio的一部分。像其它的可視化開發(fā)環(huán)境(如Visual Basic, C+

41、+ Builder)一樣，VC++集程序的代碼編輯、編譯、連接、調(diào)試等于一體，給編程人員提供了一個(gè)完整而又方便的開發(fā)界面和許多有效的輔助開發(fā)工具。VC++的AppWizard可以為很大一部分類型的程序提供框架代碼，用戶不需要書寫代碼，只需要幾個(gè)按鈕就可以生成一個(gè)完整的可以運(yùn)行的程序。利用VC++開發(fā)基于Pro/E的程序編制一般需要兩個(gè)步驟：一是可視化設(shè)計(jì)階段；二是代碼編寫階段。在可視化設(shè)計(jì)階段，編程者使用VC++工具箱來定制所需的用戶界

42、面。在代碼編寫階段，編程者通過調(diào)用消息和事件函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的功能。由于在VC++中可以方便使用對話框 (Dialog)、位圖(Bitmap)、菜單(Menu)等工具箱，編程人員只需編寫少量的代碼就可以設(shè)計(jì)出界面友好、方便用戶使用的程</p><p>　　通常Pro/E二次開發(fā)使用的編程語言有Visual C++6.0環(huán)境下的C語言、VC++語言，Visual Basic語言。根據(jù)課題要求，選擇了采用VC++高級程序

43、語言作為使用語言。</p><p>　　Visual C++6.0是面向?qū)ο蟮摹⒖梢暬拈_發(fā)工具，支持MFC類庫編程，有強(qiáng)大的AppWizard類向?qū)?，可以方便的編寫菜單和對話框等資源文件。這對要求基于Pro/E開發(fā)出可視化界面二次開發(fā)工作來說是一個(gè)很好的開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　本課題將選用Pro/E 3.0作為開發(fā)平臺，選用編程調(diào)試工具Visual C++6.0。利用Pro/E自

44、帶的開發(fā)工具Pro/TOOLKIT，并且選用動態(tài)鏈接庫(DLL)的同步模式，進(jìn)行Pro/E軟件的二次開發(fā)。</p><p>　　2 Pro/TOOLKIT程序設(shè)計(jì)方法</p><p>　　2.1 Pro/TOOLKIT簡介</p><p>　　Pro/TOOLKIT是PTC公司為Pro/E軟件提供的開發(fā)工具包，即應(yīng)用程序接口。其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼

45、擴(kuò)充Pro/E系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于Pro/E系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。它提供了大量的C語言庫函數(shù)，能夠使外部應(yīng)用程序（客戶應(yīng)用程序）安全有效地訪問Pro/E的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序，通過第三方在Pro/E系統(tǒng)中添加所需要的功能。不僅如此，還可以利用Pro/TOOLKIT提供的用戶界面對話框、菜單以及VC++6.0的可視化界面技術(shù)，設(shè)計(jì)出方便實(shí)用的人機(jī)界面，從而大大提高系統(tǒng)的使用效率。</p><p>

46、　　Pro/TOOLKIT工具包提供了開發(fā)Pro/E所需的函數(shù)庫文件和頭文件，使用戶編寫的應(yīng)用程序能夠完全地控制和訪問Pro/E，并可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序模塊與Pro/E系統(tǒng)的無縫集成。Pro/TOOLKIT支持在Windows2000/NT/X_NP操作系統(tǒng)中使用C和C++語言設(shè)計(jì)程序，采用VC++6.0作為編譯器和連接器，并可以在VC++6.0的集成環(huán)境下完成程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試和編譯。</p><p>　　Pro/T

47、OOLKIT有同步(Synchronous Mode)和異步(Asynchronous Mode)兩種工作模式。</p><p><b>　　1）同步模式</b></p><p>　　同步模式包括兩種模式，動態(tài)連接庫(Dynamic Link Library，DLL)模式和多線程模式(Multi Process Mode)。Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序集成到Pro/

48、E中的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用動態(tài)連接庫。當(dāng)編譯C源代碼并將其與Pro/TOOLKIT庫連接時(shí)，就會創(chuàng)建一個(gè)在Pro/E啟動時(shí)連接到Pro/E中的目標(biāo)庫文件，就象是Pro/E本身的程序一樣，這種方法稱為“DLL模式”。而在多線程模式下，應(yīng)用程序代碼被編寫并連接為一個(gè)單獨(dú)的可執(zhí)行文件（EX_NE文件），該文件由Pro/E派生，并作為Pro/E進(jìn)程的子線程。在DLL模式，Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序和Pro/E的信息交換是通過直接的函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)；在

49、多線程模式，是通過進(jìn)程內(nèi)信息系統(tǒng)在兩個(gè)線程間模擬函數(shù)調(diào)用，在兩個(gè)進(jìn)程間傳遞函數(shù)的識別信息及其參數(shù)。由于多線程模式中的交換過程比DLL模式多，相比較而言，多線程模式通信負(fù)擔(dān)比DLL模式重，尤其是Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序頻繁調(diào)用Pro/TOOLKIT庫函數(shù)時(shí)，通信更復(fù)雜。多線程模式的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠用源代碼調(diào)試器運(yùn)行程序，無需將整個(gè)Pro/E執(zhí)行程序加載到調(diào)試器中，易于調(diào)</p><p><b>　　2

50、）異步模式</b></p><p>　　異步模式(Asynchronous Mode)和多線程模式一樣也采用多線程，但在異步模式中實(shí)現(xiàn)了真正的并行處理，即Pro/TOOKIT和Pro/E可以同時(shí)執(zhí)行一個(gè)操作。在異步模式中使用遠(yuǎn)程過程調(diào)用(Remote Procedure Calls)作為Pro/E與應(yīng)用程序的通信方式。由于使用了遠(yuǎn)程過程調(diào)用通信方式，使得該模式執(zhí)行操作速度比較慢。因此，在沒有特殊情況時(shí)

51、，盡量選用同步模式。</p><p>　　異步和同步模式的另一個(gè)重要的不同在于應(yīng)用程序的啟動方式。同步方式中應(yīng)用程序必須由Pro/E根據(jù)注冊文件的信息來啟動；而異步模式中應(yīng)用程序則可以脫離Pro/E啟動，它可以有自己的main()函數(shù)，應(yīng)用程序啟動后會自動連接到Pro/E上，啟動的異步應(yīng)用程序并不會出現(xiàn)在輔助應(yīng)用程序?qū)υ捒蛑小?lt;/p><p>　　由于異步模式較同步模式更為復(fù)雜，運(yùn)行速度慢

52、，而且異步模式也并不是唯一可以顯式控制Pro/E的方式，所以沒有不可避免的原因，一般最好選擇同步模式。本課題采用的為同步模式。</p><p>　　2.2 用VC創(chuàng)建Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序基本框架</p><p>　　由于本課題采用動態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Library，DLL)模式進(jìn)行二次開發(fā)，需要在VC++中創(chuàng)建。DLL模式的基本框架。</p>&l

53、t;p>　　啟動VC++6.0，選擇文件菜單中的新建命令，創(chuàng)建一個(gè)MFC動態(tài)鏈接庫步驟：</p><p>　　（1）打開工程選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)左邊的編輯框中選擇MFC App Wizard( dll )項(xiàng)。在工程名稱編輯框中輸入要創(chuàng)建的工程名稱：gear，在位置編輯框中描述的是放該工程文件的路徑：D：，如圖2-1所示。</p><p>　?。?）進(jìn)入圖2-2所示的對話框，選擇動態(tài)鏈接庫

54、使用共享MFC dll，使Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序使用共享的MFC。單擊完成按鈕。</p><p>　?。?）打開VC應(yīng)用程序向?qū)ё詣由晌募?，如圖2-3所示，自動生成gear工程，在VC++6.0應(yīng)用程序設(shè)計(jì)向?qū)ile View中自動加入：gear.cpp、gear.def、gear.rc、stdafx_n.cpp、gear.h、resource.h、stdafx_n.h、gear.rc2等。</

55、p><p>　　2.3 Pro/TOOLKIT程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在VC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)向?qū)ё詣觿?chuàng)建的程序框架上添加必要的函數(shù)代碼、增加新的CPP源文件以及新的資源，才能構(gòu)成一個(gè)完整的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序。從功能上分，程序設(shè)計(jì)者的主要工作在兩個(gè)方面：一是按Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序在Pro/ E環(huán)境運(yùn)行的要求設(shè)計(jì)接口程序和應(yīng)用程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)的終止程序；二是根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)P

56、ro/TOOLKIT應(yīng)用程序主體部分。前者是系統(tǒng)所要求的初始化部分和終止部分，后者是完成應(yīng)用程序預(yù)定功能的一個(gè)或多個(gè)CPP源程序。</p><p>　　首先，添加必要的頭文件。本系統(tǒng)中，應(yīng)用程序調(diào)用大量Pro/TOOLKIT函數(shù)，這些函數(shù)都必須擁有各自的頭文件才能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。下面是在gear.h中添加的部分頭文件：</p><p>　　#include"ProMenu.h

57、"</p><p>　　#include"ProUtil.h"</p><p>　　#include"ProMenubar.h"</p><p>　　#include <ProSolid.h></p><p>　　#include<ProUIPushbutton.h>&

58、lt;/p><p>　　#include<ProUIInputpanel.h></p><p>　　#include<ProUILabel.h>其次，要建立Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序，在程序中必須使用Pro/TOOLKIT的初始化函數(shù)user_initialize()，其作用相當(dāng)于main()其函數(shù)為：</p><p>　　ex_ntern

59、"C" int user_initialize()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　…………………….//初始化代碼，一般添加菜單函數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　當(dāng)Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序終止時(shí)需調(diào)用user_t

60、erminate()函數(shù)來退出程序。其函數(shù)原型為：</p><p>　　ex_ntern "C" Int user_terminate()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　AFX_N_MANAGE_STATE (Afx_nGetStaticModuleState());</p>&l

61、t;p>　　…………………….//程序終止的調(diào)用代碼</p><p><b>　　}</b></p><p>　　建立同步模式的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序必須包括初始化函數(shù)user_initialize()和user_terminate()，而且它們應(yīng)位于同一個(gè).cpp文件中，一般在工程文件命名的.cpp文件中。</p><p>　　

62、2.4 VC++6.0編譯和鏈接設(shè)置</p><p>　　Makefile文件是用來指定源文件如何進(jìn)行編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件或dll文件，因此，可以根據(jù)Makefile內(nèi)容進(jìn)行編譯和鏈接工作。</p><p>　　本文的平臺是Windows平臺，如果不特別指明，本文一律采用VC ++ 6.0做調(diào)試。</p><p>　　采用VC++6.0作為Pro/TOO

63、LKIT調(diào)試有兩種方法，一種是根據(jù)Make file文件直接編譯和調(diào)試；另一種則不需要編寫Make file文件直接由VC++6.0建立Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序項(xiàng)目，并進(jìn)行編譯和連接等工作。本文才用直接由VC建立并編譯Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序項(xiàng)目。步驟如下：</p><p>　?。?）設(shè)置包含文件路徑，打開VC++6.0，從菜單上選擇工具→選項(xiàng)，彈出選項(xiàng)對話框中選擇目錄選項(xiàng)卡，在目錄[S]：下選擇in

64、clude files，添加Pro/TOOLKIT的頭文件，如圖2-4所示，添加紅色區(qū)域的路徑。</p><p>　?。?）設(shè)置庫文件路徑，在目錄[S]：下選擇library files，添加Pro/TOOLKIT的庫文件，如圖2-5所示，添加紅色區(qū)域的路徑。</p><p>　?。?）設(shè)置連接所需庫文件</p><p>　　①選擇工程→設(shè)置菜單，選擇“C/C++”

65、，在常規(guī)下的預(yù)處理程序定義：項(xiàng)下添加PRO_USE_VAR_ARGS，如圖2-6所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點(diǎn)擊確定。</p><p>　?、谶x擇連接選項(xiàng)卡，在常規(guī)下的對象/庫模塊下添加protk_dll.lib wsock32.lib mpr.lib prodev_dll.lib kernel32.lib，如圖2-7所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點(diǎn)擊確定。</p><p>　?、圻x

66、擇連接選項(xiàng)卡，在輸入下的忽略庫下添加MSVCRTD.lib，如圖2-8所示，添加圖中紅色區(qū)域的文件名，點(diǎn)擊確定。</p><p>　　④選擇連接選項(xiàng)卡，在自定義下的輸出文件名：下選中Forcefiles output，點(diǎn)擊確定就完成了設(shè)置，如圖2-9，點(diǎn)擊確定。</p><p>　　3 基于Pro/E的齒輪類零件三維參數(shù)化建模</p><p>　　3.1 齒輪零件的

67、特征描述 </p><p>　　3.1.1 齒輪的基本參數(shù)</p><p>　　我們利用漸開線方程生成齒輪的一個(gè)齒廓, 當(dāng)用極坐標(biāo)來表示漸</p><p>　　開線時(shí), 其方程式為：</p><p>　　式中αk 為漸開線在點(diǎn)K 的壓力角, θk 為展角，如圖3-1所示：</p><p>　　普通的漸開線齒輪有7個(gè)基本

68、參數(shù)影響齒輪的形狀和尺寸：模數(shù)m，齒數(shù)z ，壓力角alpha，齒頂高系數(shù)ha*，頂隙系數(shù)c*，變位系數(shù)x*，螺旋角beta。這些參數(shù)中，z可任意變化，調(diào)整x*， beta參數(shù)可得到變位齒輪和斜齒輪；如果改變ha*，c*可以得到短齒、正常齒齒輪；壓力角alpha的改變可以滿足某些特殊齒輪的要求?？傊?，為了達(dá)到齒輪的各項(xiàng)技術(shù)要求，就要考慮齒輪各個(gè)參數(shù)的改變，這些參數(shù)與齒輪尺寸、形狀、位置之間以各種方程式關(guān)聯(lián)，每個(gè)參數(shù)的改變都會引起齒廓形狀的

69、改變。利用Pro/E中的記事本編輯功能，通過編輯漸開線公式，能很精確的生成漸開線齒輪的齒廓。</p><p>　　3.1.2 齒輪結(jié)構(gòu)類型</p><p>　　齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類。</p><p>　?。?）齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。漸開線齒輪比較容易制造，因此現(xiàn)代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕對多數(shù)，而

70、擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較少。在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較??；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負(fù)荷增大，因此僅用于特殊情況。而齒輪的齒高已標(biāo)準(zhǔn)化，一般均采用標(biāo)準(zhǔn)齒高。變位齒輪的優(yōu)點(diǎn)較多，已遍及各類機(jī)械設(shè)備中。</p><p>　?。?）按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸輪，如下圖所示：</p><p>　?。?）按齒線形狀分為直齒輪、斜

71、齒輪、人字齒輪、曲線齒輪，如下圖所示：</p><p>　?。?）按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪，如圖3-9所示：</p><p>　　（5）按齒廓曲線可分為漸開線齒輪、擺線齒輪、圓弧齒輪。</p><p>　　3.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)概述</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)(parametric design)是一種設(shè)計(jì)方法，其基礎(chǔ)是尺寸驅(qū)動

72、的幾何模型。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，尺寸驅(qū)動的幾何模型可以通過更改尺寸達(dá)到更改設(shè)計(jì)的目的。這意味著，設(shè)計(jì)人員一開始可以設(shè)計(jì)一個(gè)草圖，稍候再通過精確的尺寸完成設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)圖形拓?fù)潢P(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進(jìn)行約束。參數(shù)與圖形的控制尺寸有顯示的對應(yīng)，不同的參數(shù)值驅(qū)動產(chǎn)生不同大小的幾何圖形[15]。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)是規(guī)格化、系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的

73、一種簡單，高效、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。特別適合與系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立等[16]。</p><p>　　1)參數(shù)化設(shè)計(jì)的理論方法</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以約束造型為核心，以尺寸驅(qū)動為特征，允許設(shè)計(jì)者首先進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，勾畫出設(shè)計(jì)輪廓，然后輸入精確尺寸值來完成最終的設(shè)計(jì)。與無約束造型系統(tǒng)相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合實(shí)際工程設(shè)計(jì)習(xí)慣，因?yàn)樵趯?shí)際設(shè)計(jì)的初期階段，設(shè)計(jì)人員關(guān)心的往往是零部

74、件的大致形狀和性能，對精確的尺寸并不十分關(guān)心，特別是在系列化設(shè)計(jì)中，參數(shù)化造型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就更加突出。</p><p>　　設(shè)計(jì)過程可視為約束滿足的過程，設(shè)計(jì)活動本質(zhì)上是通過提取產(chǎn)品有效的約束來建立其約束模型并進(jìn)行約束求解。設(shè)計(jì)活動中的約束主要來自功能、結(jié)構(gòu)和制造三個(gè)方面。功能約束是對產(chǎn)品所能完成的功能的描述；結(jié)構(gòu)約束是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等的表示；制造約束是對制造資源環(huán)境和加工方法的表達(dá)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中將這些約

75、束綜合成設(shè)計(jì)目標(biāo)，并將它們映射成為特定地幾何/拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)化為幾何約束。所謂幾何約束就是要求幾何元素之間必須滿足某種特定的關(guān)系。將幾何約束作為構(gòu)成幾何/拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的幾何基準(zhǔn)要素和表面輪廓要素，可以導(dǎo)出各種形狀結(jié)構(gòu)的位置和形狀參數(shù)，從而形成參數(shù)化的產(chǎn)品幾何模型。</p><p>　　產(chǎn)品的幾何約束主要包括拓?fù)浼s束和尺寸約束兩方面。拓?fù)浼s束是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定性描述，它表示幾何元素之間的固定聯(lián)系，如對稱、平行、垂直、相

76、切等，這些關(guān)系擬抽象為點(diǎn)、邊、面間等九類有向關(guān)系，每一類關(guān)系有相應(yīng)的謂詞，包括“相同”、“平行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等。尺寸約束則為特征/幾何元素間相對位置的定量表示，如各種距離、兩線夾角、圓的半徑等。尺寸約束是參數(shù)化驅(qū)動的對象，其不僅可以變動，而且需要標(biāo)注和顯示。尺寸約束可表征為一組基本參數(shù)且具有與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次相對應(yīng)的層次性。產(chǎn)品特征模型中高層約束是形狀特征之間的形位關(guān)系；幾何元素之間的約束，則是低層約束的封裝；高層約束需通

77、過低層約束來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　參數(shù)驅(qū)動中約束方程的求解或尺寸鏈的推導(dǎo)是難點(diǎn)，如何保證在各種情況下都得到穩(wěn)定的解，尚未得到完全的解決。</p><p>　　目前，解決參數(shù)驅(qū)動中約束的方法主要有如下幾種：基于幾何約束的變量幾何法、基于幾何推理的人工智能法、基于構(gòu)造過程的構(gòu)造法、基于輔助線法。上面幾種方法目前應(yīng)用較為廣泛，但幾何推理法采用謂詞描述約束，而且采用專家系統(tǒng)進(jìn)行推理求解，效率

78、低，難以滿足交互繪圖的要求。構(gòu)造法通過對造型過程的紀(jì)錄，記下幾何元素的生成順序及其相互間的關(guān)系，當(dāng)用戶修改參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)按原來的造型順序和幾何元素之間的關(guān)系重新構(gòu)造設(shè)計(jì)過程，構(gòu)造法能夠克服前面兩種方法的不足，但要求用戶嚴(yán)格遵守一定的造型順序，缺乏靈活性。</p><p>　　2)基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)</p><p>　　基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)將基于特征的設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合起來，使用較完

79、整的帶有語義的特征描述方式，使特征本身就包含參數(shù)化變動所需的成員變量和成員函數(shù)，將面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用于特征的描述，在造型中使用參數(shù)化，隨時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸，并因此帶動特征自身的變動，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)?；谔卣鞯膮?shù)化三維造型技術(shù)是CAD的關(guān)鍵技術(shù)，也是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　目前主要有兩種參數(shù)化建模方法：尺寸參數(shù)化和結(jié)構(gòu)參數(shù)化，尺寸參數(shù)化是指零部件的大小可以改變而形狀不能改變，

80、例如眾多軟件系統(tǒng)中的基本圖元，而結(jié)構(gòu)參數(shù)化是指既可以改變大小也可以改變形狀，建模過程中根據(jù)實(shí)際需要可選擇尺寸參數(shù)化或結(jié)構(gòu)參數(shù)化造型。</p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)自動記錄建立幾何形體的整個(gè)歷程，換句話說，系統(tǒng)不僅記錄建立的幾何形體，同時(shí)也記錄設(shè)計(jì)意圖，即幾何間的關(guān)系。當(dāng)改變參數(shù)時(shí)，幾何關(guān)系保持不變。Pro/E作為一個(gè)基于特征的三維輔助設(shè)計(jì)軟件，利用幾何約束實(shí)現(xiàn)了尺寸驅(qū)動，設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)過程中預(yù)

81、先定義設(shè)計(jì)變量，再通過簡單的算術(shù)表達(dá)式定義幾何尺寸，幾何尺寸也可以以變量的形式加入到算術(shù)表達(dá)式中，以驅(qū)動其它尺寸。對標(biāo)準(zhǔn)件來說，其結(jié)構(gòu)尺寸均己標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，國家標(biāo)準(zhǔn)對其有著明確的規(guī)定。在造型過程中，就某一特定類型的標(biāo)準(zhǔn)件而言，我們只需改變其設(shè)計(jì)變量的值，就可得到不同規(guī)格的同類零件模型。因此，設(shè)計(jì)變量的應(yīng)用，使得標(biāo)準(zhǔn)件模型庫建立的繁雜工作變得簡單了。</p><p>　　設(shè)計(jì)變量的應(yīng)用一般有兩種方式 ：</

82、p><p>　?。?）表格方式：在一個(gè)表格中(如 Microsoft Excel 電子表格)，建立局部變量或全局變量，用表格驅(qū)動單個(gè)或多個(gè)零件的尺寸變化；</p><p>　　（2）直接方式：直接建立局部或全局變量，用變量驅(qū)動單個(gè)或多個(gè)零件的尺寸變化；</p><p>　　3.3 齒輪建模過程</p><p>　　此次齒輪類零件的造型較多，但建模

83、原理大體相同，因此下面以齒輪傳動零件中的直齒圓柱齒輪為例。</p><p>　　1）漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　模數(shù)M、齒數(shù)Z、壓力角ALPHA、齒寬B、齒輪齒頂高系數(shù)H_N、頂隙系數(shù)C_N、變位系數(shù)X_N、軸孔直徑DK。</p><p>　　2）齒輪參數(shù)間的計(jì)算關(guān)系</p><p>　　齒頂高：ha=m*(h_n+

84、x_n) 齒根高：hf=m*(h_n+c_n-x_n)</p><p>　　分度圓直徑：d=m*z 基圓直徑：db=d*cos(alpha)</p><p>　　齒頂圓直徑：da=d+2*m*(h_n+x_n) 齒根圓df=d-2*m*(h_n+c_n-x_n)</p><p><b>

85、;　　漸開線的參數(shù)方程：</b></p><p><b>　　r=db/2</b></p><p>　　theta=t*45</p><p>　　x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180</p><p>　　y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*the

86、ta*pi/180</p><p><b>　　z=0</b></p><p>　　3）直齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)基本思路：</p><p>　　（1）設(shè)置齒輪基本參數(shù) （2）繪制四個(gè)圓并添加關(guān)系式 （3）創(chuàng)建基準(zhǔn)曲線—漸開線 （4）鏡像漸開

87、線 </p><p>　?。?）創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體 （6）陣列齒槽輪廓 （7）軸孔的生成 （8）畫鍵槽并添加關(guān)系</p><p>　　4）直齒圓柱齒輪建模過程</p><p>　　（1）設(shè)置齒輪基本參數(shù)</p><p>　　新

88、建一個(gè)零件文件“zhichiyuanzhu”后，進(jìn)入Pro/E的零件創(chuàng)建界面。在菜單上單擊“工具”→“參數(shù)”命令，系統(tǒng)彈出“參數(shù)”窗口，依次添加齒輪參數(shù)，如圖3-10所示。</p><p>　?。?）繪制四個(gè)圓，如圖3-11所示，并添加關(guān)系式如下：</p><p><b>　　d=M*Z</b></p><p>　　da=M*(Z+2*H_N+

89、2*X_N)</p><p>　　df=M*(Z-2*H_N-2*C_N+2*X_N) </p><p>　　db=D*cos(alpha) </p><p><b>　　sd0=da</b></p><p><b>　　sd1=d</b></p><p><b>

90、　　sd2=db</b></p><p><b>　　sd3=df</b></p><p>　?。?）創(chuàng)建基準(zhǔn)曲線—漸開線</p><p>　　單擊工具欄按鈕按鈕，打開“菜單管理器”，在該菜單中依次擇“曲線”、“從方程”、“完成”選項(xiàng)，建立基準(zhǔn)曲線，選擇缺省坐標(biāo)系，設(shè)置坐標(biāo)類型為[笛卡爾]，打開記事本窗口，添加漸開線方程式：<

91、/p><p><b>　　r=db/2</b></p><p>　　theta=t*45</p><p>　　x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180</p><p>　　z=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180</p><p

92、><b>　　y=0</b></p><p>　　按步驟操作完成后即可生成一條漸開線，如下圖3-12。</p><p>　　圖3-11 草繪四個(gè)圓 圖3-12 生成漸開線</p><p>　?。?）鏡像漸開線 </p><p>　　在工具欄內(nèi)依次單擊和按鈕，完成點(diǎn)“PNT

93、0”和軸“A_1”的創(chuàng)建。在工具欄內(nèi)單擊按鈕，選擇剛創(chuàng)建的軸“A_1”和剛創(chuàng)建的點(diǎn)“PNT0”為基準(zhǔn)，完成“DTM1”的創(chuàng)建，見圖3-13。再單擊按鈕，選擇剛創(chuàng)建的軸“A_1”和剛創(chuàng)建平面的“DTM”為基準(zhǔn)，相對DTM1偏移一個(gè)角度為360/（4*z），并添加相應(yīng)的關(guān)系式，完成“DTM2”的創(chuàng)建。以DTM2為鏡像面，鏡像生成另一條漸開線，并創(chuàng)建齒廓見圖3-14。</p><p>　?。?）創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體&l

94、t;/p><p>　　通過“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建一個(gè)齒槽輪廓實(shí)體：</p><p>　?、偻ㄟ^“拉伸”“去除材料”方式創(chuàng)建；</p><p>　?、谶xFRONT面為草繪平面；</p><p>　?、圻M(jìn)入草繪后，采用“通過邊創(chuàng)建圖元”工具，分別選取齒頂圓、齒根圓及兩條漸開線，且在兩漸開線與齒根圓之間創(chuàng)建倒圓角，修剪多余線條后由此圍成一個(gè)封閉線

95、框即為所畫的截面圖形（如圖3-15所示）。</p><p>　?、芾焐疃戎禐閰?shù)“B”，或選“穿透”拉伸方式。如圖4-6所示。</p><p>　　⑤陣列齒槽輪廓，如圖3-16所示。 </p><p>　?、掭S孔的生成，如圖3-18所示</p><p>　?、弋嬫I槽并添加關(guān)系，如圖3-17：</p><p>　

96、　sd1=0.5*sd2</p><p><b>　　sd0=h</b></p><p><b>　　sd2=b1</b></p><p>　?、嘧罱K模型如圖3-19所示。</p><p>　　3.4 其他類型齒輪參數(shù)化模型的構(gòu)建</p><p>　　除上述斜齒輪外，本系統(tǒng)所

97、開發(fā)的齒輪類零件有：斜齒圓柱齒輪（左旋，右旋）、軸齒輪、人字齒、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒圈和齒條。</p><p>　?。?）斜齒圓柱齒輪：在分度圓曲面上創(chuàng)建投影曲線，根據(jù)螺旋角確定左旋或者右旋，一般在草繪時(shí)添加關(guān)系式，如圖3-20和3-21所示。</p><p>　?。?）錐齒輪：錐齒輪建模相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，先要設(shè)置錐角面，在這個(gè)面上再拉伸輪齒，但是，錐齒輪大端和小端的輪齒截面不相等，所以必須構(gòu)

98、建兩個(gè)齒廓截面，采用掃描混合的方法生成第一個(gè)輪齒。第一個(gè)生成好后，就可以通過同上面相同的方法復(fù)制、陣列其他輪齒。本系統(tǒng)中所用到的錐齒輪如圖3-22所示。</p><p>　?。?）人字齒：在直齒齒輪建模后，人字齒輪建模就非常簡單，其齒廓即是兩個(gè)齒寬為正常一半的直齒的拼合，其他結(jié)構(gòu)的構(gòu)建也和上面的直齒結(jié)構(gòu)相同，本系統(tǒng)中所用到的人字齒輪如圖3-23所示。</p><p>　?。?）齒圈：直內(nèi)齒

99、的建模相對比較簡單，就是直齒齒輪的反向，本系統(tǒng)中所用到的齒圈模型，如圖3-24所示。</p><p>　?。?）軸齒輪：如圖3-25所示。</p><p>　?。?）蝸輪、蝸桿：蝸輪、蝸桿的建模也比較復(fù)雜，特別是蝸桿，先要用方程的方法建立螺旋曲線，而且其齒廓截面也是漸開線和圓弧，要用到軌跡掃描才能生成螺旋形的齒面。本系統(tǒng)中所用到的蝸輪、蝸桿如圖3-26和圖3-27所示。</p>

100、<p>　?。?）齒條：齒條的齒廓線為直線，建模也比較簡單，只要控制好齒與之間的關(guān)系就可以正確的建立模型，系統(tǒng)中所用到的齒條模型如圖3-28所示。 </p><p>　　4 系統(tǒng)用戶菜單設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 菜單的添加</b></p><p>　　我們知道，一個(gè)完整的程序應(yīng)該包括：VC

101、++中編寫的程序，菜單文件和注冊文件。</p><p>　?。?）VC++中編寫的程序經(jīng)過編譯后生成DLL格式的程序，這是程序的主體。</p><p>　?。?）菜單文件為DLL程序提供資源，決定了最終掛在Pro/E中的菜單的文字格式、語種等。</p><p>　?。?）注冊文件為DAT格式，內(nèi)容有固定的格式，Pro/E通過注冊文件找到DLL程序和菜單文件。<

102、/p><p>　　本系統(tǒng)所要開發(fā)的是在齒輪下，包含下拉菜單：直齒圓柱齒輪，斜齒圓柱齒輪，直齒錐齒輪，人字齒，齒圈，軸齒輪，蝸輪，蝸桿，直齒條。現(xiàn)介紹主要函數(shù)如下：</p><p>　　1）ProMenubarMenuAdd()函數(shù)</p><p>　　菜單條是Pro/E菜單體系的最頂層菜單，創(chuàng)建的方法是：直接調(diào)用ProMenubarMenuAdd()函數(shù)向Pro/ E添

103、加所需的菜單，建立新建菜單。</p><p>　　創(chuàng)建ProMenubarMenuAdd()函數(shù)的原型為：</p><p>　　ProError ProMenubarMenuAdd(</p><p>　　ProMenuItemame menu_name， </p><p>　　ProMenuIt

104、emLabel untranslated_menu_labe， </p><p>　　ProMenuItemame neighbor， </p><p>　　ProBoolean add_after_neighbor， </p><p>　　ProF

105、ileName filename， </p><p><b>　　)；</b></p><p>　　包含頭文件：#include〈ProMenuBar.h〉</p><p><b>　　參數(shù)的意義為:</b></p><p>　　menu_n

106、ame菜單項(xiàng)名。菜單項(xiàng)名在菜單體系下能有相同名稱，主要作為調(diào)用</p><p>　　其他菜單函數(shù)的輸入?yún)?shù)。</p><p>　　（1）untranslated_menu_labe菜單標(biāo)簽名，即該菜單條的關(guān)鍵字。信息文件中該</p><p>　　段的標(biāo)識關(guān)鍵字必須與該標(biāo)簽名相同。無論采用何種語言，該名稱是不變的。</p><p>　?。?）n

107、eighbor相鄰菜單名。該菜單名不能為NULL。</p><p>　?。?）add_after_neighbor該參數(shù)主要用來設(shè)置添加菜單的位置。如果其值為 </p><p>　　PRO_B_TRUE，將位于相鄰菜單的右側(cè)，否則為左側(cè)。</p><p>　　（4）filename菜單信息文件名。</p><p>　　2）ProCmdActi

108、onAdd（）函數(shù)</p><p>　　該函數(shù)的功能是設(shè)置Pro/ E系統(tǒng)菜單的動作，即用戶激活Pro/ E菜單條命令時(shí)執(zhí)行的動作函數(shù)，其實(shí)質(zhì)是設(shè)置菜單項(xiàng)與動作相關(guān)聯(lián)。</p><p>　　函數(shù)ProCmdActionAdd（）原型為：</p><p>　　ProCmdActionAdd (</p><p>　　Char