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基于Proe的齿轮建模研究（齿轮建模）Pro/E软件简介：1.1.1 软件概述Pro/ENGINEER软件是美国PTC公司开发的CAD/CAM/CAE系统解决方案。
在目前的三维造型软件领域中占有十分重要的地位，其强大的三维处理功能、先进的设计理念和简单实用的操作受到许多设计者推崇，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。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。
另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有的模块。
Pro/E的基于特征方式能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站，而且也可以应用在单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用[3]。
参数化设计和特征功能Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的石头模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，你可以随意勾画草图，轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
单一数据库Pro/ENGINEER是建立在统一基层上的数据库上的，它不像一些传统的CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每个独立用户在为一件产品造型而工作，而不管他是哪个部门的。
换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何改动，也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
摘要摘要本文基于Pro/E的渐开线齿轮的精确建模方法，利用了Pro/E强大的参数化设计功能，建立复合渐开线齿轮的参数化通用模型，设计新的齿轮时，直接输入齿轮的各项参数即可，则可自动生成齿轮。
复合齿轮是具有内外啮合的复杂模型，本文在圆柱直齿轮的基础上，根据内齿轮加工工艺，对内齿进行整体快速建模，避免了重复建模和衍生误差，提高了精度且利于后期处理。
另外本文还进行了齿轮的装配,且利用Pro/E中的Mechanism模块，对齿轮进行机构运动仿真，并对其测量结果进行了分析，制作了直观的传动动画。
关键词：复合齿轮渐开线参数化建模机构运动仿真ABSTRACTABSTRACTThis paper described the accurate modeling method based on Pro / E involute gear，Established Generic model of the parameters of the composite involute gear using of powerful parametric design capabilities of Pro / E. when produced the new gear, we only needed to input the parameters of the new gear directly, and it could be generated gear automatically.The composite gear is a complexity model with internal and external meshing gear .On the basis of the spur gear, according to the process of the internal gear, the modeling was created overall rapidly. The method avoided modeling Repeatedly and appearing derivative errors, It could improve the accuracy and be helpful to the post-processing .Otherwise, the article also introduced the assembly ,and utilized the Mechanism module in the Pro / E conducted the mechanism motion simulation of the gear . We analyzed the measurement results, produced intuitive animation.Key words: composite gear involute line parametric modeling mechanism motion simulation目录目录第一章绪论 (1)1.1P RO/E参数化建模简介 (1)1.1.1参数介绍 (1)1.1.2关系的介绍 (2)1.2研究目的 (4)1.3研究现状 (5)1.3.1齿轮建模现状 (5)1.3.2参数化设计研究现状 (6)1.4本课题研究内容 (7)第二章软件介绍 (9)2.1P RO/E概述 (9)2.2P RO/E特点 (9)2.3P RO/E在参数化方面的优势 (11)2.4本章小结 (12)第三章渐开线齿轮的介绍 (13)3.1齿轮渐开线的生成原理 (13)3.1.1渐开线的数学描述 (13)3.1.2渐开线的参数方程 (14)3.2齿轮啮合特性 (14)3.3渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸 (15)3.3.1渐开线齿轮的基本参数 (15)3.2.2渐开线齿轮各部分的几何尺寸 (15)3.4基于P RO／E渐开线齿轮三维建模及参数设计思想 (16)3.4.1参数化建模的基本原理 (16)3.4.2齿轮三维建模的思路 (16)基于P ro/E的复合渐开线齿轮精确建模方法3.5齿轮参数化建模的设计流程 (17)3.6本章小结 (17)第四章复合齿轮参数化建模 (19)4.1渐开线复合齿轮相关参数的确定 (19)4.2渐开线复合齿轮P RO/E实现 (20)4.2.1 绘制外啮合齿轮 (20)4.2.2 绘制内啮合齿轮 (29)4.3齿轮装配及仿真 (33)4.3.1创建箱体 (33)4.3.2齿轮装配及运动机构仿真 (35)4.4本章小结 (41)第五章总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1第一章绪论第一章绪论1.1 Pro/E参数化建模简介参数化设计是Pro/E重点强调的设计理念。
机械 2007年第1期 总第34卷 计算机应用技术 ·35·——————————————— 收稿日期：2006－08－22作者简介：冉兆波，在读研究生，研究方向为机械CAD/CAE ；万朝燕，教授，硕士生导师。
基于Pro/E 的渐开线弧齿锥齿轮的三维建模冉兆波，万朝燕（大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028）摘要：介绍了在Pro/E 环境下，实现标准渐开线弧齿锥齿轮的造型方法和步骤，从原理出发，利用方程建立渐开线，从而保证齿形的准确性。
通过建立齿轮中各变量与模数m 、齿数z 等基本参数的关系，实现了不同模数、齿数齿轮的快速造型，提高了设计效率。
关键词：渐开线；弧齿锥齿轮；Pro/E中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2007）01－0035－03Study on the method of molding for the standard involute spiral cone gear based on Pro/EngineerRAN Zhao-bo ，WAN Chao-yan（Dalian Jiaotong University ，Dalian 116028，China ）Abstract ：Introduces the methodologies and steps of exact modeling for the standard involute spiral cone gear in environment of Pro/ Engineer. Based on principle, using equation build up the involute ．Consequently we can ensure the accuracy of the involute gear shape. Carry out quick modeling of various modulus and teeth number by set up relations between variable and basic parameters. t raised the design efficiency. Key words ：Involute ；spiral cone gear ；Pro/E弧齿锥齿轮作为基础传动件，用于传递相交轴之间的运动和动力，广泛应用于航空、航海、汽车、拖拉机、机床等行业中。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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对本研究提供过辅助和做出过贡献的个人或团队，均已在文中作了明确的说明并暗示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保留毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览办事；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保留论文；在不以获利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包孕：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字摆布）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包孕图纸、轨范清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于Pro/E的渐开线斜齿圆柱齿轮精确建模一、理论知识因渐开线直齿圆柱齿轮沿其轴向有一定宽度，故渐开线齿廓沿齿轮轴向形成一齿面。
该齿面的形成原理如下图a所示，发生面S沿基圆柱作纯滚动时，它上面的一条与基圆柱母线NN 平行的直线KK展成直齿轮的齿面，称为渐开柱面。
斜齿轮的齿面形成原理如下图b，发生面S沿基圆柱作纯滚动时，它上面的一条与基圆柱母线成夹角βb的斜直线KK展成斜齿轮的齿面，称为渐开螺旋面。
渐开螺旋面与齿轮端面（垂直于齿轮轴线的截面）的交线仍是渐开线；但它与基圆柱面以及和基圆柱同轴线的任一圆柱面的交线均为螺旋线。
基圆柱螺旋线AA（见图b）的切线与齿轮轴线所夹的锐角βb称为基圆柱螺旋角，简称基圆螺旋角。
显然，βb愈大，轮齿的齿向愈偏斜；但若βb=0时，斜齿轮就变成直齿轮。
由于斜齿轮的齿面为渐开螺旋面，故其端面齿形与法面（垂直于轮齿方向的截面）齿形是不同的。
因此，端面和法面的参数也不同。
斜齿轮切齿刀具的选择及轮齿的切制以法面为准，其法面参数取标准值。
而斜齿轮的几何尺寸计算却按端面参数进行，为此必须建立端面参数与法面参数之间的换算关系。
（1）分度圆柱螺旋角β和基圆柱螺旋角βb斜齿轮分度圆柱螺旋线的切线与其轴线所夹的锐角称为分度圆柱螺旋角，简称分度圆螺旋角或螺旋角，用β表示。
斜齿轮不同截面的齿形参数的关系取决于螺旋角，且用它表示斜齿轮轮齿倾斜的程度。
β和βb之间的关系如图所示，将斜齿轮的分度圆柱和基圆展开，可得其中L为螺旋线的导程，即为螺旋线绕基圆柱一周后上升的高度，斜齿轮任一圆柱面的螺旋线的导程应相同。
因此即式中，αt为斜齿轮的端面压力角。
法面模数m n与端面模数m t如图所示，斜齿条的法面齿距p n与端面齿距p t存在如下关系：即故法面压力角αn与端面压力角αt为了便于分析，用斜齿条说明法面压力角αn与端面压力角αt之间的关系。
在图中，角αn的对边和角αt的对边存在如下关系：考虑到，则有故法面齿顶高系数h*an与端面齿顶高系数h*at对于斜齿轮，其法面齿顶高与端面齿顶高是相同的，因此有：故：同理，其顶隙系数也存在如下关系：（5）法面变位系数x n与端面变位系数x t斜齿轮的变位距离不论是从法面看还是从端面看均应相同，即，故有：斜齿轮的法面齿形及当量齿数由于斜齿轮的强度计算、制造等都是以法面为准，因此需要知道斜齿轮的法面齿形。
基于Pro/E实现齿轮三维参数化建模魏永乐，晁彩霞辽宁工程技术大学机械学院，辽宁阜新（123000）E-mail：weiyongle@摘要：利用Pro/Engineer系统提供的Pro/Program、Pro/Toolkit等二次开发模块以及功能强大的Visual C++编程工具，在Pro/Engineer系统中实现了齿轮三维参数化建模，提高了齿轮的设计质量和效率。
关键词：Pro/E；二次开发；参数化建摸；齿轮中图分类号：TP391.721．引言齿轮作为最重要的基础传动零件被广泛地应用于各个行业的生产设备中，因此齿轮设计的是否合理，将直接影响到设备的生产效率和寿命。
由于齿轮结构比较复杂，故齿轮的设计和生产过程中，需要进行大量的分析、计算和绘图工作。
在传统的齿轮设计中，齿轮的设计和强度校核过程主要是通过人工完成的，存在计算繁琐、设计周期长、效率低等问题，而且容易出现设计误差和错误，难以实现优化设计。
建立齿轮的三维实体模型，分析齿轮工作状态和受力状况，得到优化齿形，这对于提高齿轮的传动质量和使用寿命有重要意义。
本文以Pro/Engineer为平台，利用Pro/Toolkit等二次开发模块，探讨了直齿渐开线齿轮三维参数化建模的方法，最终实现了齿轮三维模型快速、精确的建立。
并且为进一步实现齿轮的传动及受力分析奠定了基础。
2．Pro/E二次开发工具Pro/Engineer系统是美国PTC公司的优秀产品，提供了产品三维造型设计、加工、分析及绘图等功能的完整CAD/CAE/CAM解决方案。
目前Pro/E软件在我国的机械、模具、汽车、航天、电子、家电、工业设计、玩具等行业取得了广泛的应用。
Pro/E在提供强大的产品设计、分析、制造等功能的同时，还为用户提供了多种二次开发工具，有：族表、用户定义特征、Pro/Program、J-link、Pro/Toolkit等[1]。
本文Pro/Program 和Pro/Toolkit二次开发工具。
《装备制造技术》2009年第5期Pro/E系统是美国参数技术公司（PTC）于1988年推出的参数化设计三维CAD／CAM软件包[1]。
在全世界被广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等各行业[2]。
外啮合渐开线齿轮组件在机械传动系统中是应用非常广泛的一种传动机构。
在Pro/E环境下，渐开线齿轮的设计方法有很多种，其中参数化设计方法最精确，应用最广泛。
在Pro/E中对相互啮合两齿轮进行装配时，两齿轮的约束关系及装配尺寸的选择是一个难题。
为此，本文研究了如何在Pro/E中采用部件的Top-down设计过程，进行外啮合渐开线齿轮组件的参数化设计[3~5]。
1Top-down的设计思路通常应用Pro/E软件进行设计有两种设计过程，那就是自底向上（bottom-up）的设计过程和自顶向下（top-down）的设计过程[3]。
自底向上（bottom-up）的设计过程是先构建好单个零件，输入零件之间的几何约束关系，将设计好的零件进行装配。
自顶向下（top-down）的设计过程是在零件设计初期先创建组件，在组件中根据零件与零件之间的约束及在组件中的定位关系，设计各零件的参照基准，然后再进行单个零件的详细设计。
本文采用的是Top-down的设计过程。
首先新建一个组件（Assembly），在组件中输入渐开线齿轮的基本参数；然后建立各齿轮在组件中的定位关系（各齿轮中心轴线参照基准线和坐标系统）；最后根据各齿轮的参照基准线和坐标系统进行齿轮的精确设计。
2齿轮组件的参数化设计2.1建立组件（1）新建一个组件（Assembly）命名为gear.asm，输入渐开线齿轮的基本参数：小齿轮齿数z1=24、大齿轮齿数z2=31、模数m=3、压力角α=20°、齿宽B=20mm，如图1所示。
（2）利用基准坐标系工具绘制一个基准坐标系ACSO，选择组件的基准坐标系为参照，并设置在Y轴上偏移距离为d12=m*(z1+z2)/2。
其中，小齿轮以组件的基准坐标系为参照基准坐标系，大齿轮以ACSO为参照基准坐标系。
（3）用插入基准轴线工具，绘制两齿轮中心轴线的参照基准线，分别与两基准坐标系的Z轴重合。
（4）用草绘基准曲线工具绘制两齿轮的分度圆基准曲线，注意相互啮合的两齿轮分度圆基准曲线相切，如图2所示。
2.2第一个齿轮的设计在Pro/E环境下创建渐开线齿轮的方法有多种，经过各种方法的比较，本次设计选用的方法是先通过拉伸工具生成齿根圆，然后以齿根圆为基准生成一个精确的轮齿，再把这个轮齿进行复制、阵列，得出齿轮的三维模型。
2.2.1创建齿根圆在组件（cilun.asm）中用“在组件模式下创建元件”命令创基于Pro/E的渐开线齿轮组件三维建模方法研究张永亮，郭锋，吴刚（武汉军械士官学校，湖北武汉430075）摘要：介绍了在Pro/E环境下，渐开线齿轮组件的参数化设计方法与步骤，提出了Top-down的设计过程，解决了齿轮装配时参数不搭配的问题；应用参数化设计方法，通过修改参数生成不同的齿轮组件，提高了建模的效率。
关键词：渐开线；齿轮组件；参数化设计；Top-down；设计过程中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-545X（2009）05-0011-03收稿日期：2009-02-02作者简介：张永亮（1979—），男，湖南永州人，助教，硕士，主要研究方向为机械设计及理论。
图1基本参数设置图2分度圆基准曲线11Equipment Manufactring Technology No.5，2009建齿轮元件，并激活进行单个齿轮的设计。
首先以组件中建立的坐标系和基准轴线为参照，用拉伸工具生成齿轮的齿根圆实体模型。
其中齿轮的参数设置如下[6]：齿宽B =20齿根高hf =2*m*(h+c)齿顶高ha =2*m*h 分度圆直径d1=m*z1基圆直径db =m*z1*cos （α）齿根圆直径df =m*z1-hf 齿顶圆直径da =m*z1+ha 齿根圆直径参数sd0=df 2.2.2单个轮齿的设计（1）以组件中分度圆基准曲线为基准，草绘齿顶圆基准曲线，注意齿顶圆基准曲线与分度圆基准曲线同圆心。
输入齿顶圆直径参数sd1=da 。
（2）利用基准曲线工具中的从方程选项并选择坐标系类型为笛卡尔坐标，在rel.ptd 文件中输入渐开线曲线的参数方程,生成渐开线齿轮轮齿的基准曲线。
渐开线曲线的参数方程如下：Rb =Db/2theta =t*45y =Rb*cos(theta)+Rb*sin(theta)*theta*pi/180z =0x =Rb*sin(theta)-Rb*cos(theta)*theta*pi/180（3）创建一个基准平面，使其通过单个轮齿的对称中心。
然后以这个基准平面为对称面用“镜像”工具生成另一渐开线基准曲线。
最后在草绘基准曲线模式中，以两个渐开线基准曲线、齿顶圆基准曲线和齿根圆基准曲线为基准，草绘单个轮齿的基准曲线，如图3所示。
（4）以单个轮齿基准曲线为基准，用拉伸工具生成单个轮齿。
2.2.3完成单个齿轮的设计以生成的轮齿为原始特征，利用复制、阵列命令，生成齿轮的所有轮齿，如图4所示。
2.3第二个齿轮的设计对于外啮合的一对齿轮，为了避免两齿轮出现干涉，首先要推导出第二个齿轮齿廓的参照曲线参数方程。
2.3.1参数方程的推导大齿轮是以ACSO 为参照基准坐标系，坐标系的Y 轴与两齿轮中心连线重合。
如图5所示，当第一个齿轮某个齿槽的对称中心线通过两齿轮分度圆切点时，恰好与两齿轮的中心连线O1O2重合，O1O2也是第二个齿轮某个轮齿的对称中心线，O1O2绕齿轮的中心O1旋转角度a2交齿轮基圆于B 点，其中a2＝360°/z2/2，直线O1B 为第二个齿轮齿槽的对称中心线，渐开线BA 就是第二个齿轮齿廓的参照基准线。
A 为渐开线上任一点，a1为渐开线上A 点的展角，可以推导出渐开线的方程如下：R=O1C=Db/2a1=t*45Z=0X =-R*sin(a1-a2)+R*(a1*pi/180)*cos(a1-a2)Y =-R*cos(a1-a2)-R*(a1*pi/180)*sin(a1-a2)2.3.2完成第二个齿轮设计根据第二个齿轮的参数和齿廓渐开线方程，构造出第二个齿轮的基本模型，完成外啮合齿轮组件的设计，如图6所示。
4结论（1）本文采用了Top-down 的设计过程进行渐开线齿轮的参数化设计。
应用组件的Top-down 设计过程避免了齿轮定位难的问题，减少了齿轮由于装配不合理而进行重复设计，提高了设计的效率。
（2）在齿轮组件的设计中，添加了相互啮合两齿轮的相关参数（如模数、各齿轮齿数、压力角和各齿轮齿宽等参数），可以通过修改这些参数生成不同的齿轮组件。
实现了齿轮组件图3单个轮齿基准曲线图4生成的第一个齿轮图6齿轮组模型图5渐开线形成示意图O 1O 2a 1a 2A (x ,y ,z )B C12《装备制造技术》2009年第5期控制与决策，1996，(3)：340-345.[3]阎勤劳，楚坤水，郝建豹，等.基于GA 的模糊技术在“牧羊”数控设备驱动控制系统中的应用[J].农业工程学报，2003,（3）:87-90.[4]黄进.含摩擦环节伺服系统的分析及控制补偿研究[D].西安：西安电子科技大,1998.[5]邬宽明.CAN 总线原理和应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1996.[6]包志军.从两足数控设备到仿人型机器人的研究历史及其问题[J].数控设备，1999,（7）:312.Control of Axles Servo Driving CNC System by CAN BusXING Wei（Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 516500,China ）Abstract:In order to resolve the problems of nodes communication and axles coordination control in this paper,Design proposal by us-ing bus-CAN was raised,the bus-CANs control network was constituted that possess 2embedded computers (S3C44B0X)and 2bus-CANs,and it to control the movement of axles,it is show that the bus-CAN can satisfy the requests of data transmission.Key words:CNC ；axles;servo ；control ；CAN的参数化设计，避免了当外部参数改变时需要重新建模的重复工作，大大提高了工作效率。
（3）推导出了第二个齿轮轮齿的基准曲线的渐开线方程，保证相互啮合两齿轮不出现干涉现象。
参考文献：[1]施志辉宋淑娥.渐开线齿轮Pro/E 造型方法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2004（11）：45~46.[2]李玉红.基于Pro/Engineer 野火版渐开线齿轮的参数化设计[J].机电设备,2008（2）：45~47.[3]嘉木工作室.Pro/E 实体建模实例教程[M].北京：机械工业出版社，2003.[4]林清安.Pro/ENGINEER2001零件设计高级篇（上）[M].北京：清华大学出版社，2003.[5]唐俊龙坤.Pro/Engineer Wildfire 实例教程[M].北京：清华大学出版社，2004.[6]孙恒，等.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.Method for 3D-modeding of the Involutes Gear Assembly Based on Pro/EZHANG Yong-Liang ，GUO Feng ，WU Gang(Wuhan Ordnance N.C.O Academy,Wuhan 430075,China)Abstract ：The methods and steps of parametric design of the involutes gear assembly based on Pro/E were introduced.The Top-down de-sign process resolves the problem that gear parameters does not match the assembly.The application of parametric design method by modifying the parameters to generate different gear sets,greatly improve the modeling efficiency.Key words:involutes;gear assembly;parametric design;Top-down;design process!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第8页）13。
