畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于Proe的齒輪加工設(shè)計(jì)仿真

1、摘 要pro/enginer是美國(guó)ptc公司的產(chǎn)品，于1988年問(wèn)世。在誕生的十多年間，經(jīng)歷了20多次改版，成為世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3d cad/cam系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件。廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、加點(diǎn)、玩具、航天等行業(yè)。它是全方位的3d產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件包，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、加工制造、鈑金件設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。從而縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程。齒輪同樣是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。在齒輪生產(chǎn)過(guò)程中，pro/e同樣扮演著重要角色。在齒輪行業(yè)中，由于齒輪本身的特殊性，參數(shù)化應(yīng)用比較普遍。參數(shù)化是基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法

2、、是基于幾何原理的人工智能方法、基于特征模型的造型方法。本課題齒輪參數(shù)化建模主要對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)中常用的組件的建模。目的是更加深入學(xué)習(xí)及齒輪及蝸桿、渦輪的設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)特征。畢業(yè)設(shè)計(jì)是本門學(xué)科的重要組成部分，是平常學(xué)習(xí)的檢測(cè)，實(shí)踐性是平常教學(xué)生活不可替代的。關(guān)鍵詞：pro/e；齒輪；建模；參數(shù)化abstractpro/enginer is america ptc products, came out in 1988. born in ten years, has experienced 20 times of revision, become the standard software 3d c

3、ad/cam system in the world and chinas most popular. widely used in electronics, machinery, tooling, industrial design, automotive, aerospace and other industries, toy, add. it is the all directions 3d product development software package. a collection of parts design, product assembly, mold developm

4、ent, manufacturing, sheet metal parts design, industrial design, reverse engineering, automatic measurement, mechanism analysis, database management and other functions. in order to shorten product development time and simplify the development process.gear is an important part of industrial producti

5、on. in the gear production process, pro/e also plays an important role. in the gear industry, due to the special nature of the gear itself, the parameter is widely used.parameterization is based on mathematical method, the geometric constraint is based on artificial intelligence method, based on the

6、 principle of geometric modeling method of feature model.the gear parametric modeling is mainly used in the modeling of components in industrial production. the purpose is to design method and structure characteristics of more in-depth study of gear and the worm, worm. graduation design is an import

7、ant part of the subject, is the detection of common learning, common practice is irreplaceable teaching life.keywords: pro/e; gear; modeling; parameter 第一章 緒論齒輪是生活及工業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分，在數(shù)字化的今天，數(shù)字融入我們生活的各個(gè)方面。參數(shù)建模和齒輪的特性好像天造地合的一對(duì)。齒輪的固有特性及齒輪行業(yè)一般生產(chǎn)品種少及工藝路線相對(duì)固定設(shè)計(jì)內(nèi)容和程序基本不變，制造工藝過(guò)程也是相對(duì)的。所以參數(shù)化及各種軟件被應(yīng)用齒輪行業(yè)?，F(xiàn)有的3d繪圖軟件有p

8、ro/e、solid work、ug等。這些軟件應(yīng)運(yùn)而生，肩負(fù)起其固有的使命，給我們的生產(chǎn)帶來(lái)了前所未有的便利。1.1齒輪在西方，齒輪的起源于公元前300年。臘哲學(xué)家亞里士多德在機(jī)械問(wèn)題中就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。在中國(guó)，東漢初年已有人字齒。三國(guó)時(shí)期的指南車和記里鼓車已采用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。到19世紀(jì)末，展成切齒法的原理及利用此原理的專用機(jī)床與刀具的相繼出現(xiàn)，隨著生產(chǎn)的的發(fā)展，齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到重視。齒輪的優(yōu)點(diǎn)：1、 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)性較高2、 傳動(dòng)比變化范圍大；3、 速度范圍大，齒輪的圓周速度可從v0.1m/s達(dá)到200m/s；4、 傳動(dòng)功率范圍大，承載能力高；5、

9、傳動(dòng)效率高，特別是精度較高的圓柱齒輪；6、 結(jié)構(gòu)緊湊；7、 維護(hù)簡(jiǎn)便；1.2參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)是revit building的一個(gè)，它為兩部分：參數(shù)化修改引擎及參數(shù)化圖元。是cad技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要的、且待近一步研究的課題?？梢岳脜?shù)化設(shè)計(jì)手段開(kāi)發(fā)專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，減少設(shè)計(jì)投入并提高設(shè)計(jì)速度，減少信息存儲(chǔ)量。目前參數(shù)化設(shè)計(jì)可分為以下三種方法；1、 基于約束的數(shù)學(xué)方法和代數(shù)方法；2、 基于幾何原理的人工智能方法；3、 基于特征模型的造型方法1.3課題的意義 齒輪是生產(chǎn)生活中離不開(kāi)的重要組成部分，它存在于我們生活的各個(gè)方面。本次研究的課題恰恰是要我們更加深入的了解，齒輪、渦輪蝸桿的結(jié)構(gòu)特征

10、和設(shè)計(jì)方法。對(duì)于機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是本門學(xué)科的重要組成部分，是對(duì)于你學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)?？梢宰寣W(xué)生在自主學(xué)習(xí)中，找到自己的不足，發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在平常的設(shè)計(jì)中，學(xué)生要按照老師的要求自主地完成一些必要工作。更能開(kāi)拓學(xué)生的眼界，使他們更多的涉獵專業(yè)知識(shí)，強(qiáng)化自己的技能第二章 直齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)2.1 直齒輪的建模 1. 新建文件。打開(kāi)pro/engineer wildfire。單擊工具欄中的（新建）工具，然后點(diǎn)選“類型”組件中的“零件”單選鈕。并在“名稱”文本框中輸入新建文件的名稱，取消勾選“使用缺省模板”，如圖2-1所示。單擊“確定”按鈕，彈出“新文件選項(xiàng)

11、”對(duì)話框。 圖2-12.選擇“mmns_part_solid”模板如圖2-2所示，表示零件模型為實(shí)體、單位為mm/n/s。單擊“確定”按鈕，完成設(shè)置。圖2-22.2創(chuàng)建輪齒的基本圓1.添加齒輪參數(shù)1.單擊菜單欄中的“工具”中的“參數(shù)”命令，彈出參數(shù)對(duì)話框。2.在“參數(shù)”對(duì)話框中，單擊按鈕，將模數(shù)、齒數(shù)、齒輪壓力角、齒高系數(shù)等添加上。2.添加參數(shù)關(guān)系式單擊“關(guān)系”命令，彈出“關(guān)系”對(duì)話框如圖2-3所示，在文本框中輸入關(guān)系式。 圖2-3完成以上操作后，單擊“編輯”后點(diǎn)擊再生命令。參數(shù)對(duì)話框會(huì)發(fā)生變化。3.創(chuàng)建基本圓曲線（1）單擊工具，彈出“草繪”對(duì)話框。選取“front”平面作為草繪平面，其余接受

12、默認(rèn)設(shè)置。（2）單擊工具，繪制四個(gè)以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的四個(gè)圓（3）單擊“關(guān)系”命令，此時(shí)剛繪制的四個(gè)圓尺寸變?yōu)閟d0、sd1、sd2、sd3。在關(guān)系對(duì)話框中輸入各圓的關(guān)系。如圖2-4： 圖2-4此時(shí)sd0、sd1、sd2、sd3分別被賦值。此時(shí)單擊按鈕，退出草繪器。2.3創(chuàng)建輪廓曲線 （1）創(chuàng)建漸開(kāi)線1）單擊工具，彈出“菜單管理器”。單擊“曲線選項(xiàng)”菜單中的“從方程”再到完成命令，如圖2-5所示。2）在模型樹(shù)中選取系統(tǒng)定義的“prt_csys_def”作為坐標(biāo)系。單擊“菜單管理器”中“設(shè)置坐標(biāo)類型”菜單中的“柱坐標(biāo)”并打開(kāi)名為“rel.ptd”的記事本文件。3）如圖2-6所示，將漸開(kāi)線方程添加到

13、該文件將文件保存到原路徑，關(guān)閉該文件，完成柱坐標(biāo)方程的添加。 圖2-5 圖2-64）單擊“曲線：從方程”對(duì)話框中的“確定”按鈕，完成一側(cè)漸開(kāi)線的建立。如圖2-7所示。（2）單擊工具，彈出“基準(zhǔn)點(diǎn)”對(duì)話框。以漸開(kāi)線與分度圓的交點(diǎn)創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)。 (3)創(chuàng)建基準(zhǔn)軸“a1”,以“right”和“top”的交線建立基準(zhǔn)軸。單擊工具，依次選取“right”和“top”平面將約束類型定義為穿過(guò)。完成基準(zhǔn)軸的建立。(4)建立基準(zhǔn)平面。選取基準(zhǔn)軸“a1”后單擊工具。彈出“基準(zhǔn)”對(duì)話框后，這時(shí)將“a1”作為第一個(gè)參照，定義為“穿過(guò)”。再選取基準(zhǔn)點(diǎn)“pnt0”作為第二個(gè)參照，定義為穿過(guò)。單擊完成。（5）創(chuàng)建基準(zhǔn)平面“

14、dtm2”單擊工具，選取基準(zhǔn)軸“a1”為第一參照，再選取“dtm2”，輸入旋轉(zhuǎn)角度完成基準(zhǔn)面的建立。（6）以“dtm2”為基準(zhǔn)平面鏡像漸開(kāi)線。如圖2-8所示。 圖2-7 圖2-82.4建立齒輪實(shí)體特征1.創(chuàng)建圓柱實(shí)體（1）單擊命令，彈出拉伸操作平面。單擊拉伸為實(shí)體。（2）繪制截面。1）單擊放置，單擊定義彈出草繪，選取“front”平面作為草繪平面，其余接受默認(rèn)設(shè)置。2）單擊工具，彈出類型，選環(huán)。再點(diǎn)擊已選取的齒頂圓，完成拉伸截面的繪制。3）設(shè)置拉伸深度，完成拉伸操作。2.倒角的創(chuàng)建單擊工具，選取圓柱上下兩端面為放置參照，輸入倒角值，設(shè)置類型，完成倒角。2.5輪齒的特征1.創(chuàng)建齒槽特征（1）點(diǎn)擊

15、命令，選取拉伸實(shí)體和去除材料按鈕（2）單擊“放置”，再單擊“定義”彈出草繪對(duì)話框。選取“front”面作草繪平面，“right”面作參照平面。單擊工具，彈出“類型”對(duì)話框，選取“單個(gè)”按鈕。然后選取前面兩條漸開(kāi)線、齒頂圓、齒根圓，單擊“關(guān)閉”按鈕，完成選取。再單擊工具，選取漸開(kāi)線與齒根圓，添加齒根圓角，再修改圓角尺寸。然后點(diǎn)擊工具，進(jìn)行修剪。退出草圖。（3）設(shè)置拉伸深度。點(diǎn)擊去除材料得到第一個(gè)齒輪特征。如圖2-9 圖292.復(fù)制齒槽特征在“編輯”命令中找出“特征操作”，單擊會(huì)彈出“菜單管理器”單擊其“復(fù)制”命令。在此完成復(fù)制。3.用陣列工具創(chuàng)建特征。單擊工具，設(shè)置屬性定義其參照尺寸，然后完成陣

16、列個(gè)數(shù)。完成以上操作，就會(huì)得到創(chuàng)建的齒輪特征。如圖2-10所示。 圖2-10完成以上操作，就基本上完成了直齒輪的建模。第三章 斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)3.1新文件的建立運(yùn)行pro/engineer wildfire。單擊工具，彈出對(duì)話框。點(diǎn)選“類型”選項(xiàng)的零件單選鈕，并取消“使用缺省板”會(huì)彈出“mmns_part_solid”模板，單擊確定完成設(shè)置。3.2添加參數(shù)關(guān)系單擊“參數(shù)“命令，會(huì)彈出參數(shù)對(duì)話框。在對(duì)話框中單擊按鈕，將齒輪參數(shù)按圖3-1所示，依次添加到參數(shù)列表中。其中mn為斜齒輪法面模數(shù)、z為齒數(shù)、beta為齒輪螺旋角、alphan為法面壓力角、han為齒頂高系數(shù)、cn為齒頂隙系數(shù)以及widt

17、h、d、db、da、df。然后單擊關(guān)系命令如圖3-2。輸入關(guān)系式，確定后單擊“再生”命令。完成各參數(shù)。 圖3-1 圖3-23.3 分度圓曲線（1） 單擊工具，彈出“草繪”對(duì)話框。取“front”平面作為草繪平面，“right”平面為參照面，方向向右。（2） 單擊工具，以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，繪制四個(gè)同心圓。（3） 單擊“關(guān)系”命令，此時(shí)繪圖的尺寸會(huì)變?yōu)閟d0、sd1、sd2、sd3。此時(shí)打開(kāi)關(guān)系對(duì)話框?qū)、db、da、df、賦值于sd0、sd1、sd2、sd3。退出草繪。3.4 輪廓曲線的建立1.創(chuàng)建輪廓曲線 單擊工具，彈出菜單管理器。我們點(diǎn)擊“從方程”命令再點(diǎn)擊完成進(jìn)入下一步操作。選系統(tǒng)自定義坐標(biāo)

18、系，在模型樹(shù)中去“柱坐標(biāo)”命令。打開(kāi)彈出的記事本文件，將曲線方程添加到該文件，保存以后退出，完成漸開(kāi)線方程的添加，再點(diǎn)擊從方程對(duì)話框的確定按鈕，完成一側(cè)輪廓曲線的創(chuàng)建，如圖3-3所示 圖3-3 圖3-42.建立鏡像面點(diǎn)擊工具后，依次選取漸開(kāi)線和分度圓，定以后得到基準(zhǔn)點(diǎn)“pnt0”。再點(diǎn)擊工具，依次選取基準(zhǔn)平面“right”與“top”，并定義約束，完成基準(zhǔn)軸“a1”的建立。完成以上操作后單擊工具，選軸“a1”為第一參照并定義約束為“穿過(guò)”再選取我們創(chuàng)建的基準(zhǔn)點(diǎn)作為第二個(gè)參照定義約束類型為“穿過(guò)”，完成基準(zhǔn)平面“dtm1”的建立。再點(diǎn)擊工具，選取“a1”再選取“a2”輸入旋轉(zhuǎn)角度“360/z/4

19、”得到平面“dtm2”。3.使用鏡像點(diǎn)擊工具，選取基準(zhǔn)平面“dtm2”完成漸開(kāi)線的建立如圖3-4所示。4.齒廓曲線的建立單擊工具，選平面進(jìn)草圖后點(diǎn)擊工具。單個(gè)選取創(chuàng)建的漸開(kāi)線與齒頂圓和齒根遠(yuǎn)所需邊，再點(diǎn)擊工具，創(chuàng)建圓角，然后修改尺寸最后使用工具修剪，退出草圖。3.5 創(chuàng)建齒根圓實(shí)體特征單擊工具，點(diǎn)擊“拉伸為實(shí)體”按鈕。以后再點(diǎn)擊放置按鈕，單擊定義，選平面進(jìn)草圖。單擊工具，選取環(huán)，點(diǎn)擊已創(chuàng)建的齒根圓，完成圖元選取，退出草繪。輸入拉伸深度完成齒根圓實(shí)體創(chuàng)建。如圖3-5所示。 圖3-5 3-63.6 創(chuàng)建輪齒特征點(diǎn)擊“特征操作”命令，彈出“菜單管理器”。點(diǎn)擊“復(fù)制”命令，在“復(fù)制特征”中選“移動(dòng)”命

20、令選取特征。點(diǎn)選“草繪2”單擊完成命令。在單擊移動(dòng)特征的旋轉(zhuǎn)命令，去軸”a1”點(diǎn)擊正向，輸入角度。再點(diǎn)擊平移選“front”面單擊正向，輸入距離。再單擊“完成移動(dòng)”命令，完成輪齒齒廓曲線的復(fù)制。如圖3-6所示。繪制分度圓曲面如圖如圖3-7所示。 圖3-7 圖3-8創(chuàng)建一條與螺旋角相同的斜直線將其投影到分度圓曲面上如圖3-8所示。使用“掃面混合”命令完成第一個(gè)齒輪特征如圖3-9所示。再利用陣列工具完成所有輪齒特征如圖3-10所示。 圖3-9 圖3-10這樣就完成了斜齒輪的建模。第四章 蝸桿的參數(shù)建模4.1新建文件運(yùn)行軟件，單擊工具，彈出新建對(duì)話框。選取“零件”及“實(shí)體”并取消勾選“使用缺省板”并

21、選取“mmns_part_solid”。4.2 添加參數(shù)關(guān)系式1.添加蝸桿基本參數(shù)圖4-1單擊“參數(shù)”命令，彈出參數(shù)對(duì)話框，單擊按鈕，將參數(shù)一次添加到表中如圖4-1所示。2.添加關(guān)系式單擊“關(guān)系”命令，彈出關(guān)系對(duì)話框，輸入各關(guān)系式并確定，如圖4-2所示。完成關(guān)系式的添加后，單擊“編輯”中的“再生”命令，此時(shí)對(duì)話框中的參數(shù)發(fā)生變化。 圖4-24.3 輪齒的創(chuàng)建首先點(diǎn)擊工具，選“top”面為參考面，向下偏移完成平面“dtm1”的建立。再點(diǎn)擊軸線“a1”，選取“front”與“top”面，建立軸線。再點(diǎn)擊工具，選取“right”與“dtm1”平面創(chuàng)建軸“a2”。 圖4-3 圖4-4完成以上操作后點(diǎn)擊

22、工具，建立坐標(biāo)系。取x軸垂直于“top”平面向上，y軸垂直于“front”平面向外，z軸垂直于“right”平面向右，完成“cs0”的建立。再點(diǎn)擊工具，x軸垂直于“dtm1”向上，y垂直于“right”平面向右，z垂直于“front”平面向里完成“cs1”的建立。再以“cs1”為參考，相對(duì)于z軸旋轉(zhuǎn)完成“cs2”的建立如圖4-3所示。點(diǎn)擊按鈕，點(diǎn)擊“從方程”，選取“cs0”點(diǎn)擊柱坐標(biāo)，彈出文本文檔，輸入方程并保存退出，完成螺旋線的建立。如圖4-4所示。點(diǎn)擊工具，選“front”面為草繪平面，以“top”面為參照基準(zhǔn)，點(diǎn)選頂。以軸“a2”為參照軸線，繪制四個(gè)同心圓，圓心在軸“a2”上。并建立關(guān)系

23、，如圖4-5所示。點(diǎn)擊工具，輸入方程并保存如圖4-6所示。得到漸開(kāi)線。 圖4-5 圖4-6打開(kāi)“特征操作”在“復(fù)制”特征中點(diǎn)擊鏡像，以“right”面為鏡像面完成漸開(kāi)線的鏡像。同樣在“特征操作”中選取移動(dòng)，將草繪曲線及以上兩條漸開(kāi)線完成移動(dòng)。單擊工具，選“right”平面為草繪平面，“top”平面為參考平面。以軸線“a1”為參照畫圓，編輯關(guān)系。建立掃描混合特征特征，選取原點(diǎn)軌跡線為螺旋線。點(diǎn)擊工具，選取漸開(kāi)線及最外和最里兩條圓弧線。再點(diǎn)擊工具，添加圓角關(guān)系。完成第一剖面繪制 ，同樣完成第二剖面。完成掃描混合。單擊工具，將掃描混合特征陣列，完成個(gè)數(shù)為2，角度為180。點(diǎn)擊工具，選取鏡像后的漸開(kāi)線

24、與草繪曲線的交點(diǎn)建立“pnt0”。再點(diǎn)擊工具。選取“pnt0”平行于“right”平面建立平面“dtm2”。點(diǎn)擊工具，選取“front”平面為草繪平面，草繪參照為軸“a1”和新建平面“dtm2”。對(duì)已建立的蝸桿特征進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切除，得到完整的蝸桿特征。如圖4-7所示。 圖4-7 這樣就完成了蝸桿的參數(shù)化建模。第五章 渦輪的參數(shù)化建模5.1文件的創(chuàng)建運(yùn)行軟件，點(diǎn)擊工具，創(chuàng)建新文件單擊“參數(shù)”命令，彈出對(duì)話框。點(diǎn)擊按鈕，將參數(shù)輸入如圖5-1所示。單擊“關(guān)系命令彈出參數(shù)對(duì)話框，將各關(guān)系式輸入對(duì)話框中，如圖5-2所示。點(diǎn)擊確定按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，完成參數(shù)關(guān)系添加。再點(diǎn)擊“再生”命令。將各關(guān)系添加，此時(shí)參數(shù)發(fā)

25、生變化。此時(shí)各參數(shù)添加完畢。 圖5-1 圖5-25.2基準(zhǔn)的創(chuàng)建與圓的繪制單擊工具，選取基準(zhǔn)面“right”面與“top”面建立基準(zhǔn)軸“a1”。點(diǎn)擊工具，選“top”平面偏移得到平面“dtm0”。點(diǎn)擊工具，依次選取平面“dtm0”、“right”平面，完成軸“a2”的建立。點(diǎn)擊工具，選取平面“right”、“dtm0”、“front”面完成“cs0”的創(chuàng)建。點(diǎn)擊工具，選取“front”面為草繪平面，以“cs0”為原點(diǎn)，繪制四個(gè)同心圓，點(diǎn)擊“關(guān)系”，輸入關(guān)系式，對(duì)四個(gè)圓進(jìn)行賦值。5.3 齒輪輪廓的創(chuàng)建點(diǎn)擊工具，選取“cs0”為坐標(biāo)系，點(diǎn)擊“從方程”，選取柱坐標(biāo)輸入方程式如圖5-3所示。完成漸開(kāi)線，如圖5-4所示。 圖5-3 圖5-4點(diǎn)擊“特征操作”選取“復(fù)制特征”中的“鏡像”選“right”面為鏡像面，完成漸開(kāi)線的鏡像。再點(diǎn)擊“特征操作”選取“復(fù)制特征”中的“移動(dòng)”，完成漸開(kāi)線的平移。同樣再在“特征操作”中對(duì)剛平移的漸開(kāi)曲線進(jìn)行鏡像。點(diǎn)擊工具，以選“front”面為繪制平面，繪制半圓，建立選取旋轉(zhuǎn)軸線，完成旋轉(zhuǎn)曲面的建立。 圖5-5 圖5-6再以“fromt“面為繪制平面，選默認(rèn)坐標(biāo)原點(diǎn)繪制曲線完成曲線的繪制。點(diǎn)擊工具，以默認(rèn)坐標(biāo)系為原點(diǎn)繪制，完成圖形的繪制如圖5-6所示。點(diǎn)選“掃面混合”，選取剛繪制曲線為參照軌跡，在剖面中選取草繪剖面。進(jìn)入草圖