[研究・设计]收稿日期:2005208229作者简介:屠 立(1966-),男,陕西西安人,副教授,浙江机电职业技术学院机械系副主任,研究领域为制造业信息化,CADCAM 。
基于P ro E 的参数化特征造型在零件设计中的应用屠 立,陈 峰 (浙江机电职业技术学院,浙江杭州310053) 摘 要:参数化设计就是用参数来描述零件尺寸。
设计时通过修改数值来更改零件的外形,实现尺寸对图形的驱动。
本文探讨了P ro E 软件的参数化特征造型的设计过程,并以齿轮设计为例分析其具体应用。
关 键 词:参数化;特征造型;齿轮中图分类号:T P 391.72 文献标志码:A 文章编号:100522895(2006)03200592030 前 言参数化设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述,并在设计修改时通过修改的数值来更改零件的外形,从而实现尺寸对图形的驱动。
其中进行驱动所需的几何信息和拓扑信息由计算机自动提取。
P ro E 中的参数不只代表设计对象的外观相关尺寸,而且具有实质上的物理意义。
造型过程可以运用体积、表面积、重心等系统参数或密度、厚度等用户自定义参数加入设计构思中,从而来表达设计思想。
P ro E 的实体造型是3D 的,而3D 实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外,借助于系统参数及用户自定义参数可以计算出产品体积、面积、重心、重量、惯性矩大小等,以利于强度分析、应力分析等各类性能分析[1-2]。
1 零件结构参数化设计步骤(1)零件结构拆分及特征尺寸确定零件特征造型过程中,应按其本身的功能和建模的特点,将零件拆分为相应各个结构,并分别找出建立其实体模型的基本特征。
为使所建立的模型尽量反映零件的基本特征,一些不重要的或不具有普遍性的细节,如倒角等可省略,以免加大参数化的工作量。
(2)创建实体模型零件上的特征主要通过参数和几何约束关系来相互关联,尺寸之间的关系分为2种:一种是自定义的各种外部参数和零件的被约束尺寸的关系;另一种是模型内部特征之间的内部约束关系,它是指零件的几何元素之间约束关系,例如:平行、垂直、相切、同心等。
在创建模型时,这些几何约束关系同时被创建,当模型被修改时,这些关系可以自动保持设计者的意图不变。
一个特征往往有多种创建方法,在设计时必须考虑好如何表达该特征与其它特征的关系。
(3)定义特征参数建立模型后,所定义的所有零件尺寸由系统自动按照建立的先后顺序命名为相应的内部标识尺寸。
在复杂模型上,则需要找出尺寸间的2种对应关系:即内部标识尺寸和外部模型上各个数值之间的对应关系;内部标识尺寸和将要命名的外部参数之间的关系。
这2种关系综合在一起就体现了外部参数和零件上被约束尺寸的关系。
命名参数时,参数名称要力求简单易懂,必要时可再加入简单注释。
(4)输入特征参数将已定义好的参数输入零件设计列表的“输入部分”,并在关系定义部分定义出与零件各部分尺寸之间的对应关系,同时还可在关系定义部分定义同一零件不同尺寸的相互约束关系。
同一零件的各部分需要协同变化的,也需要在这里列出。
(5)修改特征参数可用2种方法来修改参数:一是根据所附提示,选择每项参数的名称,并逐项修改;二是将所有需要修改的参数生成数据文件,通过读入文件的方式一次性全部修改。
第一种方法速度较慢,可以在调试程序、输入变量的时候使用;第二种方法效率较高,当程序编制完第24卷第3期2006年9月轻工机械L ight I ndustry M ach i neryV o l .24,N o.3.Sep t .,2006成进入具体实用阶段时应优先采用该方法。
PRO PRO GRAM 支持扩展名为DA T 、TXT 类型的文件,可以利用W indow s 提供的记事本来编写,编写时注意数据文件的格式,一定要按照零件设计列表所要求的固定格式编写,如格式不正确,则将会被程序忽略。
2 应用实例渐开线直齿圆柱齿轮是机器中应用最为广泛的通用零件之一。
在机械设计与制造或机械运动的计算机仿真中,经常要用到尺寸精确且具有质量、密度、转动惯量等属性的渐开线直齿圆柱齿轮实体模型。
渐开线齿轮齿型造型比较复杂,而在P ro E 中可以用多种建模方法来精确造型,方便快捷,还可以通过其内部的开发工具程序(PRO GRAM ),添加控制语句,人机交互地输入设计变量值,实现渐开线齿轮自动化造型。
本文以齿轮造型方法为例,说明零件结构参数化设计的具体过程和应用。
2.1 标准渐开线直齿圆柱齿轮齿廓构成的特征分析标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数为齿数Z 、模数m 、压力角Α。
1-过渡圆角;2-齿根圆;3-渐开线;4-齿顶圆;5-基圆;6-过渡曲线图1 特征分析当z ≤41时,r f <r b ,齿槽由过渡圆角1、齿根圆弧2、渐开线3和过渡曲线6组成。
此时,e h >0,s h >0。
为便于造型,可将过渡曲线视为渐开线起始点的切线。
当z ≥42时,r f >r b ,齿槽由过渡圆角1、齿根圆弧2和渐开线3组成。
其中:42≤z ≤105时,e h >0,s h >0,构成齿槽的2渐开线无交叉现象。
z ≥106时,e h <0,s h >0,构成齿槽的2渐开线出现交叉现象,见图1所示。
2.2 标准渐开线直齿圆柱齿轮的三维造型步骤第一步:先新建-set up 2un its 2毫米-set up 2p a 2ram eters 2create 2R eal num ber (输入M ODU L E 回车,输入模数值)-In teger (输入NUM T EETH 回车,输入齿数值)-R eal N um ber (输入,输入压力角值)-C reata 2Info (看看是否对)。
第二步:Featu re 2create 2D atum 2p lane 2D efau lt 2Done 。
第三步:Featu re 2create 2D atum 2Coo rd Sys 2D e 2fau lt 2Done 。
第四步:Featu re 2create 2D atum -Cu rve 2Sketch 2Done (进入二维图中,先画一个圆)2R elati on 2add (输入关系式:分度圆直径sd 0=M ODU L E 3NUM T EETH 回车)-R egenerate 2Done 。
按上式分别输入齿根圆sd 0=M ODU L E 3(NUM T EETH 22.5),齿顶圆sd 0=M ODU L E 3(NUM T EETH +2),基圆sd 0=M ODU L E 3NUM tEETH 3co s (PR ESSU R E AN G )2R egenerate 2Done .第五步:Featu re 2create 2D atum -Cu rve 2F rom E 2quati on 2Done (选默认的Coo rd Sys )-Cylindrical在 322222222222222222222222223 下面输入r =m odu le 3num teeth 3co s (p ressu re ang )(23co s (453t ))theta =tan (453t )3180 p i 2453t z =0保存-O K 。
第六步:Featu re 2create 2D atum -po in t 2C rv 3C rv (选分度圆和渐开线的交点)。
第七步:Featu re 2create 2D atum -A x is (选D TM 1和D TM 2建立轴心线)。
第八步:通过建立好的点和轴心线,建立D TM 4。
第九步:Featu re 2create 2D atum 2p lane -T h rough (选轴心线)-Done -A ngle (选D TM 4)-Done 2输入角度(p =360 (NUM _T EETH 34)建立52Done 。
第十步:把渐开线通过D TM 5镜像。
Cop y 2M irro r 2Done (选渐开线)-Done (选D TM 5)。
第十一步:由线生成实体Featu re 2create 2P ro tru 2si on 2Done 2Done 2D TM 32O K 2D efau lt 2U se Edge (齿顶圆)-Done 。
第十二步:Featu re 2create -Cu t 2Done 2U se Edge (齿根圆和2条渐开线)-Sketch 2A rc 2F illet (倒圆)-Done 2T u rn A ll 2Done 。
第十三步:Cop y 2M ove 2Done (选Cu t 部分)-Done 2Ro tate 2C rv Edg A x is (选轴心线)-okay (输入旋转角度)-Done 2ok 。
第十四步:阵列:Pattern (选M OV E 部分)-Done 2value (图中的角度,并输入角度值)-DON E 2输入阵列数,由于已移动了一个,所以输入值比原来的少・06・ 轻工机械 L igh t Indu stry M ach inery 2006年第3期 一个)-Done -完成。
第十五步:输入关系式PN =NUM T EETH -1、可在set up 2p aram eters 2M odify 进行修改。
至此,基于参数化特征造型的标准渐开线直齿圆柱齿轮轮齿的设计工作全部完成,适合设计任何齿数的标准渐开线直齿圆柱齿轮轮齿,要想得到所需的标准渐开线直齿圆柱齿轮的三维实体,只需在P ro E 的PRO GRAM 提示中输入标准渐开线直齿圆柱齿轮的相应基本参数即可,设计效率很高。
2.3 设计时应注意的问题在具体的零件设计前,要进行Config 文件的设置,其中包括系统的精度、显示设置等。
通过对这些参数的设置,可以把P ro E 定制为需要的工作环境。
Con 2fig 文件的设置项有几百个,关系到P ro E 的各个方面。
在实际的应用中,一般只需对以下十几项进行配置:(1)长度单位的配置PRO U N IT L EN GTH ;(2)质量单位的配置PRO U N IT M A SS ;(3)默认的二维图比例D EFAU L T DRAW SCAL E ;(4)系统的公差级别TOL ERAN CE CLA SS ;(5)系统的公差标准TOL ERAN CE STANDA RD ;(6)系统的公差显示TOL D ISPLA Y 及系统的公差形式TOL M OD E ;(7)系统文本编辑器DRAW I N G F I L E ED ITO R 、FAM I L Y TABL E ED ITO R 、R E 2LA T I ON F I L E ED ITO R ;(8)如果使用操作系统的文本编辑器,还要在选择ED ITO R 后再设置一个配置项p ro edito rcomm and ;(9)U D F 库的文件路径PRO GROU P D I R ;(10)二维图设置文件路径DRAW I N G SETU PF I L E ;(11)打印配置文件路径和搜索路径设置SEA RCH PA TH ;(12)搜索路径文件设置SEA RCH PA THF I L E 和P ro 中文环境设置[3]。
