張浩強

（益陽橡膠塑料機械集團，湖南 益陽 413000）

0 引言

直齒圓柱齒輪在各種機械設備中都發(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構和形狀。在設計新產(chǎn)品時，需要對零件的尺寸進行不斷的修改，使零件的形狀、尺寸達到協(xié)調與最優(yōu)化。因此，提高齒輪的設計效率就成了亟待解決的問題［1］。參數(shù)化設計方法的關鍵是建立參數(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)間關聯(lián)與約束，并確定某些特征參數(shù)為設計變量，進而建立由設計變量驅動的零件。參數(shù)化設計適用于形狀大致相似的一系列零部件，只需修改相關參數(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，設定初始值為2mm；齒輪壓力角ANGLE，根據(jù)國家標準，設定值為20°；齒寬B，設定初始值為10mm；齒數(shù)z，設定初始值為25。在齒輪上添加圓孔、鍵槽等結構時所用到的特征參數(shù)有K1，K2，S，W。在Pro／E中設置完成后的參數(shù)表如圖1所示。

2 設置關系

建立特征參數(shù)與設計變量之間的約束關系，用圖2所示工具中的關系來約束。

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系下驅動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參數(shù)建立關系，再生后的結果如圖3所示。

圖1 設置的特征參數(shù)表

圖2 設置的關系

然后通過漸開線建立曲面，并設置曲面高度為齒厚，再建立基準軸、基準點、基準平面，最后通過鏡像曲面、合并曲線、創(chuàng)建拉伸曲面、復制并旋轉合并曲面、陣列曲面、合并曲面并與相應參數(shù)建立關系等操作，得到合并曲面如圖4所示。

通過創(chuàng)建拉伸曲線、合并曲面、實化體曲面、創(chuàng)建孔和鍵槽特征，并與相應參數(shù)建立關系，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Pro／E 5.0軟件進行二次開發(fā)，只需加入幾個相關語法指令就可以讓整個零件多樣化。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參數(shù)，通過改變特征的尺寸及特征之間的關系來達到參數(shù)化設計的目的。選取菜單命令：“［工具］／［程序］”，選擇［編輯設計］［3］。由于模型建立有內孔、鍵槽、4個圓孔，并在兩端切除了具有一定深度的圓柱，在修改時需要做詳細的數(shù)值關系計算，計算時可以采用相關的公式計算，也可采用有限元優(yōu)化計算。最后在程序編輯器的INPUT和END INPUT語句之間輸入以下內容：

圖3 建模所用曲線

圖4 建模中所用合并曲面

確認修改并保存、退出，關閉文字編輯器，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，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 結論

Pro／E 5.0軟件是一個功能強大的三維建模及參數(shù)化設計工具，通過建立參數(shù)特征模型、設置關系等一系的操作，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關系以及Program二次開發(fā)工具，可以方便地實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設計和自動特征建模，既提高了設計效率和質量，也為進行運動仿真、數(shù)控加工等其他功能模塊開發(fā)奠定了基礎。

［1］ 嚴明霞.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)化設計及模型庫的建立［J］.四川工程職業(yè)技術學院學報，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)化設計［J］.煤礦機械，2011，32（3）：231－232.