基于Pro/E软件的蜗轮参数化设计
2014-09-12淮妮金莹
淮妮，金莹
(咸阳职业技术学院，机电工程系陕西咸阳712000)
0 引言
Pro/Engineer是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一［1］。
所谓参数化设计也称为“尺寸驱动”，是通过改动模型的一部分或几部分尺寸，或者修改已经定义好的参数，使模型自动完成相关部分的改动，从而实现对模型的驱动，可以通过变更参数的方法来方便的修改设计意图［2］。Pro/E软件常用“程序”参数化设计方法，建立基本参数，配合关系的使用来创建参数化模型，通过变更参数的数值来变更模型的形状和大小。
1 设计思路
蜗轮三维造型的关键是蜗轮轮齿的造型，蜗轮轮齿的造型方法有多种，例如，在二维平面内生成蜗轮的所有轮齿，然后整体拉伸。本文的设计方法是，设置蜗轮参数关系，利用方程创建蜗轮渐开线，创建蜗轮主体模型，利用扫描混合命令创建切口特征，最后对切口特征进行阵列即可得到蜗轮三维模型［3］。
2 参数化设计过程
2.1 设置蜗轮参数关系
1)选择主菜单中的“工具”→“参数”命令，依次添加如图1所示蜗轮设计的11个基本参数。
图1 蜗轮设计基本参数
2)选择主菜单中的“工具”→“关系”命令，在“关系”对话框中添加蜗轮的基本关系式，基本代码如下:
GAMMA=ATAN(Z1/Q)
BETA=GAMMA
ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))
S=PI*Z1*M
2.2 创建蜗轮基准特征和基本圆
1)创建两个基准平面，选择主菜单中的“工具”→“关系”命令，在“关系”对话框中添加关系式:D0=M×Q/2D1=M×(Q+Z2+2×X2)/2。
2)创建两个坐标系，建立夹角关系式:D2=360/(4×Z2)-180×TAN(ALPHA-T)/PI+ALPHA-T
3)创建四个同心圆作为蜗轮设计基本圆，建立关系式:
D3=M×Z2
D4=D3+2×M
D5=D3×COS(ALPHA_T)
D6=D3-2.4×M
2.3 创建蜗轮渐开线
1)应用基准曲线工具，创建渐开线，渐开线方程如下:
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)镜像并创建另一侧渐开线，添加关系:
D8=ASIN(M×Q×TAN(BETA)/D5)
D10=ASIN(M×Q×TAN(BETA)/D5)
生成如图2所示渐开线。
图2 蜗轮渐开线图
2.4 创建蜗轮主体模型
1)应用“旋转”命令创建曲面特征，添加关系:D12=2×D1D13=M×Q/2
2)应用“投影”命令创建投影曲线，添加关系:D16=360-BETA
3)应用“旋转”命令最终得到如图3所示的蜗轮主体，并添加关系式:
图3 蜗轮主体
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 创建蜗轮切口特征
1)应用“扫描混合”命令创建第一个切口特征，并添加关系式:
2)应用“特征操作”命令复制切口特征，添加复制旋转角度尺寸关系式:
3)阵列切口特征如图4所示，添加阵列驱动尺寸关系式:
图4 阵列蜗轮切口特征
4)最后对蜗轮进行其他的修饰，生成最终的蜗轮三维模型如图5所示。
图5 蜗轮参数化三维模型
3 参数化程序的运行
蜗轮的参数化设计结束后，用户可根据自己的设计要求，修改设计参数m(模数)、z(齿数)值、b(齿宽)值，并使用Regenerate命令，Pro/E就会自动生成新的蜗轮三维模型。
4 结论
蜗轮蜗杆机构是典型的机械传动机构，利用Pro/E软件对蜗轮进行参数化设计很有必要［4］。参数化设计后，只需要修改现有模型的设计参数就可以自动生成新的蜗轮三维模型，避免重复设计，提高了设计效率。
［1］林清安.Pro/Engineer零件设计［M］.北京:北京大学出版社，2001.
［2］曹岩.Pro、ENGINEER Wildfire产品设计实例精解［M］.北京:机械工业出版社，2005.
［3］黄恺.Pro/E参数化设计高级应用教程［M］.北京:化学工业出版社，2008.
［4］赵建荣，姚涛.基于Pro/Engineer的蜗杆三维建模及参数化设计［J］.机械管理开发.2010，25(3):174-175.
