基于Pro/E軟件的蝸輪參數化設計

淮妮，金瑩

(咸陽職業技術學院，機電工程系陜西咸陽712000)

0 引言

Pro/Engineer是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領域中占有重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣，是現今最成功的CAD/CAM軟件之一［1］。

所謂參數化設計也稱為“尺寸驅動”，是通過改動模型的一部分或幾部分尺寸，或者修改已經定義好的參數，使模型自動完成相關部分的改動，從而實現對模型的驅動，可以通過變更參數的方法來方便的修改設計意圖［2］。Pro/E軟件常用“程序”參數化設計方法，建立基本參數，配合關系的使用來創建參數化模型，通過變更參數的數值來變更模型的形狀和大小。

1 設計思路

蝸輪三維造型的關鍵是蝸輪輪齒的造型，蝸輪輪齒的造型方法有多種，例如，在二維平面內生成蝸輪的所有輪齒，然后整體拉伸。本文的設計方法是，設置蝸輪參數關系，利用方程創建蝸輪漸開線，創建蝸輪主體模型，利用掃描混合命令創建切口特征，最后對切口特征進行陣列即可得到蝸輪三維模型［3］。

2 參數化設計過程

2.1 設置蝸輪參數關系

1)選擇主菜單中的“工具”→“參數”命令，依次添加如圖1所示蝸輪設計的11個基本參數。

圖1 蝸輪設計基本參數

2)選擇主菜單中的“工具”→“關系”命令，在“關系”對話框中添加蝸輪的基本關系式，基本代碼如下:

GAMMA=ATAN(Z1/Q)

BETA=GAMMA

ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))

S=PI*Z1*M

2.2 創建蝸輪基準特征和基本圓

1)創建兩個基準平面，選擇主菜單中的“工具”→“關系”命令，在“關系”對話框中添加關系式:D0=M×Q/2D1=M×(Q+Z2+2×X2)/2。

2)創建兩個坐標系，建立夾角關系式:D2=360/(4×Z2)-180×TAN(ALPHA-T)/PI+ALPHA-T

3)創建四個同心圓作為蝸輪設計基本圓，建立關系式:

D3=M×Z2

D4=D3+2×M

D5=D3×COS(ALPHA_T)

D6=D3-2.4×M

2.3 創建蝸輪漸開線

1)應用基準曲線工具，創建漸開線，漸開線方程如下:

r=D5/2

theta=t×45

x=r×cos(theta)+r×sin(theta)×theta×pi/180

y=r×sin(theta)-r×cos(theta)×theta×pi/180

z=m×q/2

2)鏡像并創建另一側漸開線，添加關系:

D8=ASIN(M×Q×TAN(BETA)/D5)

D10=ASIN(M×Q×TAN(BETA)/D5)

生成如圖2所示漸開線。

圖2 蝸輪漸開線圖

2.4 創建蝸輪主體模型

1)應用“旋轉”命令創建曲面特征，添加關系:D12=2×D1D13=M×Q/2

2)應用“投影”命令創建投影曲線，添加關系:D16=360-BETA

3)應用“旋轉”命令最終得到如圖3所示的蝸輪主體，并添加關系式:

圖3 蝸輪主體

D20=D3+2×(1+X2)×M IF Z1＜=1

D21=D20+2×M

ENDIF

IF Z1＞1

IF Z1＜=3

D21=D20+1.5×M

ENDIF

ENDIF

IF Z1＞3

D21=D20+M

ENDIF

D22=B

D23=M×(Q-2)/2

2.5 創建蝸輪切口特征

1)應用“掃描混合”命令創建第一個切口特征，并添加關系式:

2)應用“特征操作”命令復制切口特征，添加復制旋轉角度尺寸關系式:

3)陣列切口特征如圖4所示，添加陣列驅動尺寸關系式:

圖4 陣列蝸輪切口特征

4)最后對蝸輪進行其他的修飾，生成最終的蝸輪三維模型如圖5所示。

圖5 蝸輪參數化三維模型

3 參數化程序的運行

蝸輪的參數化設計結束后，用戶可根據自己的設計要求，修改設計參數m(模數)、z(齒數)值、b(齒寬)值，并使用Regenerate命令，Pro/E就會自動生成新的蝸輪三維模型。

4 結論

蝸輪蝸桿機構是典型的機械傳動機構，利用Pro/E軟件對蝸輪進行參數化設計很有必要［4］。參數化設計后，只需要修改現有模型的設計參數就可以自動生成新的蝸輪三維模型，避免重復設計，提高了設計效率。

［1］林清安.Pro/Engineer零件設計［M］.北京:北京大學出版社，2001.

［2］曹巖.Pro、ENGINEER Wildfire產品設計實例精解［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［3］黃愷.Pro/E參數化設計高級應用教程［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［4］趙建榮，姚濤.基于Pro/Engineer的蝸桿三維建模及參數化設計［J］.機械管理開發.2010，25(3):174-175.