畢業設計-基于proe齒輪類零件參數化設計-wenkub

　

【正文】 同步 (Synchronous Mode)和異步 (Asynchronous Mode)兩種工作模式。它提供了大量的 C 語言庫函數，能夠使外部應用程序（客戶應用程序）安全有效地訪問 Pro/E 的數據庫和應用程序，通過第三方在 Pro/E 系統中添加所需要的功能。 本課題將選用 Pro/E ，選用 編程調試工具 Visual C++。 通常 Pro/E二次開發使用的編程語言有 Visual C++ C語言、 VC++語言，Visual Basic語言。利用 VC++開發基于 Pro/E 的程序編制一般需要兩個步驟：一是可視化設計階段；二是代碼編寫階段。本系統用戶界面模塊的設計選擇 Visual C++ (簡稱 VC++)作為開發平臺。它以尺寸驅動、特征建模、全參 數設計、單一全關聯的數據庫、虛擬現實及多數據接口等優點改變了傳統的設計觀念，使設計工作直觀化、高效化、精確化和系統化，成為目前機械 CAD 領域的新標準。 第二種方法效率較高 , 當程序編制完 開發平臺與工具簡介 系統是以 Pro/ E 中文野火版為軟件平臺，以 Visual C++ 為編程語言，采用動態鏈接庫的方式 (DLL模式 )開發基于 Pro/TOOLKIT二次開發的箱體零件三維參數化造型系統。同一零件的各部分需要協同變化的 , 也需要在這里列出。內部標識尺寸和將要命名的外部參數之間的關系。在創建模型時 , 這些幾何約束關系同時被創建 , 當模型被修改時 , 這些關系可以自動 保持設計者的意圖不變。 本課題研究內容與開發思想 1)零件結構拆分及特征尺寸確定 零件特征造型過程中，應按其本身的功能和建模的特點，將零件拆分為相應各個結構，并分別找出建立其實體模型的基本特征。 在 Pro/E環境下可以根據齒輪傳動的基本規律和漸開線齒形的生成原理來進行漸開線齒輪的精確造型，同時還能實現齒輪的參數化建模，從而實現了齒輪系列化設計，使設計人員從繁重的繪圖工作中解脫出來。其本質是對統一結構的產品通過修改尺寸來生成新規格的產品，利用計算機來進行參數化 CAD 設計，只需在計算機上輸入機械零件的幾個關鍵參數，就會準確地、自動地生成工程樣圖。 Pro/ E是采用參數化設計的、基于特征的三維實體造型系統，其參數化特征造型在保證幾何、拓撲關系不變的情況下，以單一全關聯的數據庫實現模型的快速再生；它的二次開發接口使用戶可以在自己開發的程序中對零件進行各種操作和控制，從而實現程序化設計。目前很多企業為縮短產品開發周期，大部分產品的設計都是改進型設計，大約 70%的新產品的設計都要重新利用原來的產品模型，于是參數化設計的概念在這樣的背景下應運而生。仿真模擬則主要是對產品進行裝配模擬，運動機構模擬，進行干涉、碰撞分析等等。一個產品的 設計過程要經過概念設計、詳細設計、結構分析和優化、仿真模擬等幾個階段。兩種造型理論相互依存，共同發展。縮短新產品的研發和開發時間，提高產品的設計質量，降低研發成本，進行創新性設計，只有這樣，才能滿足市場不斷變化的需求。但是這些幾何形狀嚴格的尺寸定位關系并不能在設計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。 4）變量化技術 針對參數化系統的局限 ，提出了一種比參數化技術更為先進的實體造型技術 —變量化技術。如果想修改零件形狀的話，只需修改一下尺寸的數值就可以實現形狀上的改變。 3）參數化技術 20 世紀 80 年代中期， CAD 技術的研究又有了重大進展，此時提出了參數化實體造型技術。曲面造型系統的出現，標志著計算機輔助設計技術從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來， 首次實現以計算機完整描述產品零件的主要信息，同時也使得CAM 技術的開發有了現實的基礎，改變了以往只能借助油泥模型來近似準確表達曲面的落后的工作方式， 使產品開發手段比舊的模式有了質的飛躍，新產品開發速度大幅度提高。在今天中國的 CAD 用戶特別是初期 CAD 用戶中，二維繪圖技術逐漸再向三維方向發展。在 汽車、飛機、船舶、集成電路、大型自動控制系統的設計中， CAD 技術有愈來愈重要的地位，在有關設計計算模塊與繪圖模塊的參數接口及程序化繪圖研究也具有重要的價值。 在實際應用中，由于用戶的設計要求及生產條件的多樣性， 這些 CAD 軟件 往往難以完全適應，因此，在具體 CAD 應用中還需要進行二次開發，以滿足用戶的需求，使其更符合企業的生產設計需要。對于這些需要經常使用的通用機械零件 , 如果每次都要設計計算 ， 工作量大而且繁瑣 ， 屬于重復無效勞動。作為一個集成的全面產品解決方案 ， Pro/E 軟件使得用戶能夠數字化地創建和獲取三維產品定義。 關鍵 詞 ： Pro/E； 齒輪；參數化 設計； 建模 Abstract: based on Pro/E platform， a gear parametric design system is developed applying Pro/TOOLKIT application development kit and VC++. Through changing 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 gotten. The application shows that the system can greatly improve efficiency. The establishment of the system method can be applied to other parts， is not confined to the parameters of gear design. Keywords： Pro/E； Gear； Parametric Design； Modeling 前 言 隨著 CAD 技術的發展 ， 三維造型技術的應用越來越廣泛。 基于 Pro/E的齒輪類零件參數化設計 摘 要： 基于 Pro/E 開發平臺，應用 Pro/TOOLKIT 工具包以及 VC++ 編程語言 開 發了齒輪參數化設計系統，通過在 VC++ 中創建的對話框 修改 齒輪參數 ， 例如模數、齒數、齒寬、壓力角、變位系數等，可以得到相應的漸開線齒輪，從而滿足設計要求。漸開線齒輪由于能保證特定傳動比、受力方向不變等優點 ， 而廣泛應用于各種通用機械中 ， 但因其齒廓形狀和輪體結構復雜多變而成為三維造型技術的難點 。參數化造型就是通過參數化建模來構造產品的幾何模型 , 通過參數化造型設計不僅可以縮短產品開發周期 ,并且可以進行現有產品的系列化設計。因此 , 正確的方法應該是建立參數化的通用模型 ， 設計新的齒輪時 ， 根據需要輸入齒輪的參數 ， 如齒數、模數、齒輪寬度等數據 ， 就可以自動生成新的齒輪。 本文采用二次開發 工具 Pro/TOOLKIT，在 VC 環境下，基于機械 CAD 軟件 Pro/ E 開發了齒輪參數化造型設計系統，來解決齒輪三維實體參數化造型設計這一類 問 題。 在 CAD 軟件發展初期， CAD 的含義僅僅是圖板的替代品，即 Computer Aided Drawing(or Drafting)，而非現在我們經常討論的 CAD(Computer Aided Design)所包含的全部內容。三維 CAD 技術在幾十年的發展過程中，大致經歷了 四次飛躍 ：曲面造型技術、實體造型技術、參數化技術、變量化技術。 2）實體造型技術 隨著技術的進步，計算機輔助工程分析 (CAE)的需求日益高漲， CAE 要求能獲得形體的完整信息， 由于表面模型技術只能表達形體的表面信息， 而線框和曲面造型對形體的表述都不完 整，則 難以準確表達零件的其它特性，如質量、重心、慣性矩等。它的主要特點是：基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改 。這種新構想最先在 PTC 公司 (Parametric Technology Corp)的軟件 Pro/E 中成為現實。 變量化造型技術保留了參 數化技術基于特征、全數據相關、尺寸驅動設計修改的優點，但是在約束定義方面做了一定的改變。 變量化技術為 CAD技術的發展提供了更大的空間和機遇。 在這樣的形勢下，企業為了自身的生存和發展，增強市場競爭力，越來越多地采用 CAD技術。 我國 CAD 技術的引進是從 60 年代開始的，最早起步于航空工業，最近幾年發展很快，現已在機械、電子、建筑、汽車、服裝等行業逐步進入實用階段。概念設計主要解決產品的造型外觀，在滿足功能的前提條件下，使產品外觀精致美觀。 CAD 技術可以說貫穿于整個設計過程，從產品方案的選擇到整機的可生產性、可維持性和可循環利用性等進行全面設計 ，因此在機械制造中廣泛應用。 近 年來隨著三維設計軟件的應用越來越普遍，齒輪的三維建模成為設計中經常要進行的工作。 本課題使用的研究方法是參數化設計。 在參數化設計中，一般用一組參數來定義幾何圖形的尺寸數值并約定尺寸關系，提供給設計者進行幾何造型使用。使用 Pro/E進行的齒輪參數化造型具有如下意義： （ 1）利用方程創建出精確的漸開線曲線，提高漸開線齒輪的精確性。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節，如倒角等可省略，以免加大參數化的工作量。一個特征往往有多種創建方法 , 在設計時必須考慮好如何表達該特征與其它特征的關系。這2 種關系綜合在一起就體現了外部參數和零件上被約束尺寸的關系。 5)修改 特征參數 可用 2 種方法來修改參數 : 一是根據所附提示 , 選擇每項參數的名稱 , 并逐項修改 。 1) Pro/E Pro/E 軟 件是美國 PTC 公司 (Parametric Technology Corporation)的產品，是一種單一數據庫結構、標準的基于特征的建模技術以及獨特的全相關技術的機械設計自動化軟件。與傳統的 CAD 系統僅提供繪圖工具不同， Pro/E 提供了一套完整的機械產品解決方案，包括工業設計、機械設計、模具設計、鈑金設計、加工制造、機構分析、有限元分析和產品數據庫管理，甚至包括了產品生命周期，是多項技術的集成產品。 VC++是運行于 Windows 上的交互式可視化集成開發環境，是美國 Microsoft Visual Studio 的一部分。在可視化設計階段，編程者使用 VC++工具箱來定制所需的用戶界面。根據課題要求，選擇了采用 VC++高級程序語言作為使用語言。利用 Pro/E自帶的 開發工具 Pro/TOOLKIT，并且選用動態鏈接庫 (DLL)的同步模式，進行 Pro/E軟件的二次開發。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++ 的可視化界面技術，設計出方便實用的人機界面，從而大大提高系統的使用效率。 1） 同步模式 同步模式包括兩種模式，動態連接庫 (Dynamic Link Library， DLL)模式和多線程模式 (Multi Process Mode)。在 DLL 模式， Pro/TOOLKIT應用程序和 Pro/E 的信息交換是通過直接的函數調用實現；在多線程模式，是通過進程內信息系統在兩個線程間模擬函數調用，在兩個進程間傳 遞函數的識別信息及其參數。控制總在兩個線程之間轉換，總是有一個線程在等待。在異步模式中使用遠程過程調用 (Remote Procedure Calls)作為 Pro/E 與應用程序的通信方式。同步方式中應用程序必須由 Pro/E 根據注冊文件的信息來啟動；而異步模式中應用程序則可以脫離 Pro/E啟動，它可以有自己的 main()函數，應用程序啟動后會自動連接到 Pro/E 上，啟動的異步應用程序并不會出現在輔助應用程序對話框中。 DLL 模式的基本框架。單擊完成按鈕。前者是系統所要求的初始化部分和終止部分，后者是完成應用程序預定功能的一個或多個 CPP源程序。其函數原型為： ex_ntern C Int user_terminate() { AFX_N_MANAGE_STATE (Afx_nGetStaticModuleState())。 采用 VC++ Pro/TOOLKIT調試有兩種方法，一種是根據 Make file文件直接編譯和調試；另一種則不需要編寫 Make file文件直接由 VC++ Pro/TOOLKIT應用程序項目，并進行編譯和連接等工作。 （ 3） 設置連接所需庫文件 ① 選擇工程 → 設置菜單，選擇 “C/C++”，在常規下的預處理程序定義：項下添加PRO_USE_VAR_ARGS，如圖 26 所示，添加圖中紅色區域的文件名，點擊確定。 圖 28 工程設置連接選項輸入設置 C/C++選項 置 圖 29 工程設置連接選項自定義 設置 C/C++選項 置 3 基于 Pro/E 的齒輪類零件三維參數化建模 齒輪零件的特征描述 齒輪的基本參數 我們利用漸開 線方程生成齒輪的一個齒廓 , 當用極坐標來表示漸 開線時 , 其方程式