基于proe的齿轮建模仿真
摘要
Pro/Enginer是美国PTC公司的产品，于1988年问世。在诞生的十多年间，经历了20多次改版，成为世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件。广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、加点、玩具、航天等行业。它是全方位的3D产品开发软件包，集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、产品数据库管理等功能。从而缩短了产品开发的时间并简化了开发流程。
齿轮同样是工业生产的重要组成部分。在齿轮生产过程中，Pro/E同样扮演着重要角色。在齿轮行业中，由于齿轮本身的特殊性，参数化应用比较普遍。
参数化是基于几何约束的数学方法、是基于几何原理的人工智能方法、基于特征模型的造型方法。
本课题齿轮参数化建模主要对象是工业生产中常用的组件的建模。目的是更加深入学习及齿轮及蜗杆、涡轮的设计方法和结构特征。毕业设计是本门学科的重要组成部分，是平常学习的检测，实践性是平常教学生活不可替代的。
关键词：Pro/E；齿轮；建模；参数化
Abstract
Pro/Enginer is America PTC products, came out in 1988.Born in ten years, has experienced 20 times of revision, become the standard software 3D CAD/CAM system in the world and China's 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 development, 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 production.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 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 important part of the subject, is the detection of common learning, common practice is irreplaceable teaching life.
Keywords: Pro/E; Gear; Modeling; Parameter
目录
第一章绪论 (1)
1.1齿轮 (1)
1.2参数化设计 (1)
1.3课题的意义 (2)
第二章直齿轮的参数化设计 (3)
2.1直齿轮的建模 (3)
2.2创建轮齿的基本圆 (4)
2.3创建轮廓曲线 (5)
2.4建立齿轮实体特征 (6)
2.5轮齿的特征 (7)
第三章斜齿轮的参数化设计 (8)
3.1新文件的建立 (8)
3.2添加参数关系 (8)
3.4 轮廓曲线的建立 (10)
3.5 创建齿根圆实体特征 (11)
3.6 创建轮齿特征 (11)
第四章蜗杆的参数建模 (12)
4.1新建文件 (12)
4.2 添加参数关系式 (12)
4.3 轮齿的创建 (13)
第五章涡轮的参数化建模 (15)
5.1文件的创建 (15)
5.2基准的创建与圆的绘制 (16)
5.3 齿轮轮廓的创建 (17)
总结与展望 (19)
参考文献 (20)
谢辞 (21)
第一章绪论
齿轮是生活及工业生产中的重要组成部分，在数字化的今天，数字融入我们生活的各个方面。参数建模和齿轮的特性好像天造地合的一对。
齿轮的固有特性及齿轮行业一般生产品种少及工艺路线相对固定设计内容和程序基本不变，制造工艺过程也是相对的。所以参数化及各种软件被应用齿轮行业。
现有的3D绘图软件有Pro/E、Solid Work、UG等。这些软件应运而生，肩负起其固有的使命，给我们的生产带来了前所未有的便利。
1.1齿轮
在西方，齿轮的起源于公元前300年。腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。在中国，东汉初年已有人字齿。三国时期的指南车和记里鼓车已采用齿轮传动系统。到19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。
齿轮的优点：
1、瞬时传动比恒定，工作平稳性较高
2、传动比变化范围大；
3、速度范围大，齿轮的圆周速度可从V<0.1m/s达到200m/s；
4、传动功率范围大，承载能力高；
5、传动效率高，特别是精度较高的圆柱齿轮；
6、结构紧凑；
7、维护简便；
1.2参数化设计
参数化设计是Revit Building的一个，它为两部分：参数化修改引擎及参数化图元。是CAD技术应用领域内一个重要的、且待近一步研究的课题。可以利用参数化设计手段开发专用产品设计系统，减少设计投入并提高设计速度，减少信息存储量。
目前参数化设计可分为以下三种方法；
1、基于约束的数学方法和代数方法；
2、基于几何原理的人工智能方法；
3、基于特征模型的造型方法。
1.3课题的意义
齿轮是生产生活中离不开的重要组成部分，它存在于我们生活的各个方面。本次研究的课题恰恰是要我们更加深入的了解，齿轮、涡轮蜗杆的结构特征和设计方法。对于机械制造专业的学生来说，毕业设计是本门学科的重要组成部分，是对于你学习的各个环节的检验。可以让学生在自主学习中，找到自己的不足，发挥自己的优点，培养学生的自主学习能力。在平常的设计中，学生要按照老师的要求自主地完成一些必要工作。更能开拓学生的眼界，使他们更多的涉猎专业知识，强化自己的技能。
第二章直齿轮的参数化设计
2.1直齿轮的建模
1. 新建文件。打开Pro/ENGINEER Wildfire。单击工具栏中的（新建）工具，然后点选“类型”组件中的“零件”单选钮。并在“名称”文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用缺省模板”，如图2-1所示。单击“确定”按钮，弹出“新文件选项”对话框。
图2-1
2.选择“mmns_part_solid”模板如图2-2所示，表示零件模型为实体、单位为mm/n/s。单击“确定”按钮，完成设置。
图2-2
2.2创建轮齿的基本圆
1.添加齿轮参数
1.单击菜单栏中的“工具”中的“参数”命令，弹出参数对话框。
2.在“参数”对话框中，单击按钮，将模数、齿数、齿轮压力角、齿高系数等添加上。
2.添加参数关系式
单击“关系”命令，弹出“关系”对话框如图2-3所示，在文本框中输入关系式。
图2-3
完成以上操作后，单击“编辑”后点击再生命令。参数对话框会发生变化。
3.创建基本圆曲线
（1）单击工具，弹出“草绘”对话框。选取“FRONT”平面作为草绘平面，其余接受默认设置。
（2）单击工具，绘制四个以坐标原点为圆心的四个圆
（3）单击“关系”命令，此时刚绘制的四个圆尺寸变为sd0、sd1、sd2、sd3。在关系对话框中输入各圆的关系。如图2-4：
图2-4
此时sd0、sd1、sd2、sd3分别被赋值。此时单击按钮，退出草绘器。
2.3创建轮廓曲线
（1）创建渐开线
1）单击工具，弹出“菜单管理器”。单击“曲线选项”菜单中的“从方程”再到完成命令，如图2-5所示。
2）在模型树中选取系统定义的“PRT_CSYS_DEF”作为坐标系。单击“菜单管理器”中“设置坐标类型”菜单中的“柱坐标”并打开名为“rel.ptd”的记事本文件。
3）如图2-6所示，将渐开线方程添加到该文件将文件保存到原路径，关闭该文件，完成柱坐标方程的添加。
图2-5 图2-6
4）单击“曲线：从方程”对话框中的“确定”按钮，完成一侧渐开线的建立。如图2-7所示。
（2）单击工具，弹出“基准点”对话框。以渐开线与分度圆的交点创建基准点。
(3)创建基准轴“A1”,以“RIGHT”和“TOP”的交线建立基准轴。单击
工具，依次选取“RIGHT”和“TOP”平面将约束类型定义为穿过。完成基准轴的建立。
(4)建立基准平面。选取基准轴“A1”后单击工具。弹出“基准”对话框后，这时将“A1”作为第一个参照，定义为“穿过”。再选取基准点“PNT0”作为第二个参照，定义为穿过。单击完成。
（5）创建基准平面“DTM2”单击工具，选取基准轴“A1”为第一参照，再选取“DTM2”，输入旋转角度完成基准面的建立。
（6）以“DTM2”为基准平面镜像渐开线。如图2-8所示。
图2-7 图2-8
2.4建立齿轮实体特征
1.创建圆柱实体
（1）单击命令，弹出拉伸操作平面。单击拉伸为实体。
（2）绘制截面。
1）单击放置，单击定义弹出草绘，选取“FRONT”平面作为草绘平面，其余接受默认设置。
2）单击工具，弹出类型，选环。再点击已选取的齿顶圆，完成拉伸截面的绘制。
3）设置拉伸深度，完成拉伸操作。
2.倒角的创建
单击工具，选取圆柱上下两端面为放置参照，输入倒角值，设置类型，完成倒角。
2.5轮齿的特征
1.创建齿槽特征
（1）点击命令，选取拉伸实体和去除材料按钮
（2）单击“放置”，再单击“定义”弹出草绘对话框。选取“FRONT”面作草绘平面，“RIGHT”面作参照平面。单击工具，弹出“类型”对话框，选取“单个”按钮。然后选取前面两条渐开线、齿顶圆、齿根圆，单击“关闭”按钮，完成选取。再单击工具，选取渐开线与齿根圆，添加齿根圆角，再修改圆角尺寸。然后点击工具，进行修剪。退出草图。
（3）设置拉伸深度。点击去除材料得到第一个齿轮特征。如图2-9
图2—9
2.复制齿槽特征
在“编辑”命令中找出“特征操作”，单击会弹出“菜单管理器”单击其“复制”命令。在此完成复制。
3.用阵列工具创建特征。
单击工具，设置属性定义其参照尺寸，然后完成阵列个数。完成以上操作，就会得到创建的齿轮特征。如图2-10所示。
图2-10
完成以上操作，就基本上完成了直齿轮的建模。
第三章斜齿轮的参数化设计
3.1新文件的建立
运行Pro/ENGINEER Wildfire。单击工具，弹出对话框。点选“类型”选项的零件单选钮，并取消“使用缺省板”会弹出“mmns_part_solid”模板，单击确定完成设置。
3.2添加参数关系
单击“参数“命令，会弹出参数对话框。在对话框中单击按钮，将齿轮参数按图3-1所示，依次添加到参数列表中。其中MN为斜齿轮法面模数、Z 为齿数、BETA为齿轮螺旋角、ALPHAN为法面压力角、HAN为齿顶高系数、CN为齿顶隙系数以及WIDTH、D、DB、DA、DF。
然后单击关系命令如图3-2。输入关系式，确定后单击“再生”命令。完成各参数。
图3-1
图3-2
3.3分度圆曲线
单击工具，弹出“草绘”对话框。取“FRONT”平面作为草绘平面，“RIGHT”平面为参照面，方向向右。
单击工具，以坐标原点为圆心，绘制四个同心圆。
单击“关系”命令，此时绘图的尺寸会变为sd0、sd1、sd2、sd3。此时打开关系对话框将d、db、da、df、赋值于sd0、sd1、sd2、sd3。退出草绘。
3.4 轮廓曲线的建立
1.创建轮廓曲线
单击工具，弹出菜单管理器。我们点击“从方程”命令再点击完成进入下一步操作。选系统自定义坐标系，在模型树中去“柱坐标”命令。打开弹出的记事本文件，将曲线方程添加到该文件，保存以后退出，完成渐开线方程的添加，再点击从方程对话框的确定按钮，完成一侧轮廓曲线的创建，如图3-3所示
图3-3 图3-4
2.建立镜像面
点击工具后，依次选取渐开线和分度圆，定以后得到基准点“PNT0”。再点击工具，依次选取基准平面“RIGHT”与“TOP”，并定义约束，完成基准轴“A1”的建立。
完成以上操作后单击工具，选轴“A1”为第一参照并定义约束为“穿过”再选取我们创建的基准点作为第二个参照定义约束类型为“穿过”，完成基准平面“DTM1”的建立。再点击工具，选取“A1”再选取“A2”输入旋转角度“360/z/4”得到平面“DTM2”。
3.使用镜像
点击工具，选取基准平面“DTM2”完成渐开线的建立如图3-4所示。
4.齿廓曲线的建立
单击工具，选平面进草图后点击工具。单个选取创建的渐开线与齿顶圆和齿根远所需边，再点击工具，创建圆角，然后修改尺寸最后使用工具修剪，退出草图。
3.5 创建齿根圆实体特征
单击工具，点击“拉伸为实体”按钮。以后再点击放置按钮，单击定义，选平面进草图。
单击工具，选取环，点击已创建的齿根圆，完成图元选取，退出草绘。输入拉伸深度完成齿根圆实体创建。如图3-5所示。
图3-5 3-6
3.6 创建轮齿特征
点击“特征操作”命令，弹出“菜单管理器”。点击“复制”命令，在“复制特征”中选“移动”命令选取特征。点选“草绘2”单击完成命令。在单击移动特征的旋转命令，去轴”A1”点击正向，输入角度。再点击平移选“FRONT”面单击正向，输入距离。再单击“完成移动”命令，完成轮齿齿廓曲线的复制。如图3-6所示。
绘制分度圆曲面如图3-7所示。
图3-7 图3-8
创建一条与螺旋角相同的斜直线将其投影到分度圆曲面上如图3-8所示。
使用“扫面混合”命令完成第一个齿轮特征如图3-9所示。再利用阵列工具
完成所有轮齿特征如图3-10所示。
图3-9 图3-10 这样就完成了斜齿轮的建模。
第四章蜗杆的参数建模
4.1新建文件
运行软件，单击工具，弹出新建对话框。选取“零件”及“实体”并取消勾选“使用缺省板”并选取“mmns_part_solid”。
4.2 添加参数关系式
1.添加蜗杆基本参数
图4-1
单击“参数”命令，弹出参数对话框，单击按钮，将参数一次添加到表中如图4-1所示。
2.添加关系式
单击“关系”命令，弹出关系对话框，输入各关系式并确定，如图4-2所示。
完成关系式的添加后，单击“编辑”中的“再生”命令，此时对话框中的参数发生变化。
图4-2
4.3 轮齿的创建
首先点击工具，选“TOP”面为参考面，向下偏移完成平面“DTM1”的建立。再点击轴线“A1”，选取“FRONT”与“TOP”面，建立轴线。再点击工具，选取“RIGHT”与“DTM1”平面创建轴“A2”。
图4-3 图4-4
完成以上操作后点击工具，建立坐标系。取x轴垂直于“TOP”平面向
上，y轴垂直于“FRONT”平面向外，z轴垂直于“RIGHT”平面向右，完成“CS0”的建立。再点击工具，x轴垂直于“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”为参考，相对于z轴旋转完成“CS2”的建立如图4-3所示。
点击按钮，点击“从方程”，选取“CS0”点击柱坐标，弹出文本文档，输入方程并保存退出，完成螺旋线的建立。如图4-4所示。
点击工具，选“FRONT”面为草绘平面，以“TOP”面为参照基准，点选顶。以轴“A2”为参照轴线，绘制四个同心圆，圆心在轴“A2”上。并建立关系，如图4-5所示。
点击工具，输入方程并保存如图4-6所示。得到渐开线。
图4-5 图4-6
打开“特征操作”在“复制”特征中点击镜像，以“RIGHT”面为镜像面完成渐开线的镜像。
同样在“特征操作”中选取移动，将草绘曲线及以上两条渐开线完成移动。
单击工具，选“RIGHT”平面为草绘平面，“TOP”平面为参考平面。以轴线“A1”为参照画圆，编辑关系。建立扫描混合特征特征，选取原点轨迹线为螺旋线。点击工具，选取渐开线及最外和最里两条圆弧线。再点击工具，添加圆角关系。完成第一剖面绘制，同样完成第二剖面。完成扫描混合。
单击工具，将扫描混合特征阵列，完成个数为2，角度为180。
点击工具，选取镜像后的渐开线与草绘曲线的交点建立“PNT0”。再点击工具。选取“PNT0”平行于“RIGHT”平面建立平面“DTM2”。
点击工具，选取“FRONT”平面为草绘平面，草绘参照为轴“A1”和新建平面“DTM2”。对已建立的蜗杆特征进行旋转切除，得到完整的蜗杆特征。如图4-7所示。
图4-7
这样就完成了蜗杆的参数化建模。
第五章涡轮的参数化建模
5.1文件的创建
运行软件，点击工具，创建新文件
单击“参数”命令，弹出对话框。点击按钮，将参数输入如图5-1所示。单击“关系’命令弹出参数对话框，将各关系式输入对话框中，如图5-2所示。点击确定按钮，关闭对话框，完成参数关系添加。
再点击“再生”命令。将各关系添加，此时参数发生变化。此时各参数添加完毕。
图5-1
图5-2
5.2基准的创建与圆的绘制
单击工具，选取基准面“RIGHT”面与“TOP”面建立基准轴“A1”。点击工具，选“TOP”平面偏移得到平面“DTM0”。点击工具，依次选取平面“DTM0”、“RIGHT”平面，完成轴“A2”的建立。点击工具，选取平面“RIGHT”、“DTM0”、“FRONT”面完成“CS0”的创建。点击工具，选取“FRONT”面为草绘平面，以“CS0”为原点，绘制四个同心圆，点击“关系”，输入关系式，对
四个圆进行赋值。
5.3 齿轮轮廓的创建
点击工具，选取“CS0”为坐标系，点击“从方程”，选取柱坐标输入方程式如图5-3所示。完成渐开线，如图5-4所示。
图5-3 图5-4
点击“特征操作”选取“复制特征”中的“镜像”选“RIGHT”面为镜像面，完成渐开线的镜像。
再点击“特征操作”选取“复制特征”中的“移动”，完成渐开线的平移。
同样再在“特征操作”中对刚平移的渐开曲线进行镜像。
点击工具，以选“FRONT”面为绘制平面，绘制半圆，建立选取旋转轴线，完成旋转曲面的建立。
图5-5 图5-6
再以“FROMT“面为绘制平面，选默认坐标原点绘制曲线完成曲线的绘制。点击工具，以默认坐标系为原点绘制，完成图形的绘制如图5-6所示。
点选“扫面混合”，选取刚绘制曲线为参照轨迹，在剖面中选取草绘剖面。