基于Pro_E的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计与研究_胡昊

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基于Pro/E 的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计与研究胡昊(沈阳职业技术学院,沈阳110045)Research and parametric design of automotive engine crankshaftflywheel based on the Pro/EHU Hao(Shenyang Polytechnic College ,Shenyang 110045,China )文章编号:1001-3997(2012)05-0113-03【摘要】提出了基于Pro/E 软件的曲轴系列化的设计理念。

通过对曲轴产品结构的特征划分,建立了相应的特征数据库。

分析了目前机械产品三维参数化设计的不足,利用VC++6.0作为系统开发工具,借助Pro/E 软件自带的高级开发工具包Pro/TOOLKIT ,开发了基于Pro/E 的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计系统,实现了汽车曲轴飞轮组的参数化设计。

通过项目的开发避免了大部分工程图的重复设计工作,提高了设计效率和设计精度。

实现了三维设计进程的加速,缩短了产品的设计周期,具有重要的实际应用价值。

关键词:参数化;Pro/E ;曲轴;VC++6.0;Pro/TOOLKIT ;飞轮组【Abstract 】The design concept of the crankshaft seriation was put forward based on the Pro/E .Firstly through segmenting the structure feature of crankshaft products the relative feature database was estab -lished.Then the shortcomings of current three-dimensional parametric design of mechanical products was analyzed using VC ++6.0as a development tool ,With Pro/E software advanced development toolkit that comes with Pro/TOOLKIT three-dimensional parametric design system of automotive engine crankshaft fly -wheel was developed based on Pro/E to achieve design parameterization of the car crankshaft flywheels.Through project development duplication of most of the design drawings was avoided ,which improves the design efficiency and accuracy ,speeds up three-dimensional design process ,and shortens the design cycle as well with important application value.Key words :Parameterization ;Pro/E ;Crankshaft ;VC++6.0;Pro/TOOLKIT ;Flywheel group中图分类号:TH16文献标识码:A*来稿日期:2011-07-171前言目前参数化技术被广泛了应用于变型设计的三维CAD 模型的创建过程中,大部分的CAD 软件开发机构都在大力研究和开发三维参数化设计的理论和方法。

在取得长足进步和发展的同时这种建模理念仍然存在一定的局限性。

基于尺寸的参数化设计,不能解决企业专业化设计大量工作重复的问题。

事实证明在企业中的设计工作大都是具有相似性的,只是根据使用要求对结构参数有一定的改动,如果每次都对相似结构进行重复设计无疑是费时费力的。

三维软件虽然实现从二维到三维的自动转化过程,但是绘图标准并不完全符合我国的国标标准,同时对于相似零件的零件图表达方法也是相对固定的,应该基于现有3D 软件的二维图转化工具包开发针对性强的工程图模板。

对使用者技术水平要求高,软件操作者除了必须专业的机械设计人员之外,还必须经过专门的软件使用技术培训才能使用。

软件的专业性强人性化若,提示和帮助往往是经过汉化的,语言晦涩难以理解。

Pro/E 软件是由美国PTC 公司开发的功能强大的CAD/CAM 软件,目前已被广泛的应用于许多大型、复杂产品的设计,比如飞机、汽车等[1]。

基于Pro/E 软件作为开发平台,针对目前CAD 软件的弱点以某型号某汽车曲轴飞轮组为研究对象,利用面向对象的项目开发工具软件VC ++6.0并借助Pro/E 自带的开发工具Pro/TOOLKIT ,开发了基于三维设计平台Pro/E wildfire5.0的参数化设计系统[2]。

通过友好的用户界面,使曲轴的设计过程更为简便。

通过完整的提示信息库,方便用户对系统功能和使用方法的掌握,降低了对使用者的要求。

借助Pro/E 软件强大的参数化设计功能,实现了通过建立曲轴零件库,充分利用了产品的相似结构,方便的对曲轴进行整体参数化驱动设计,缩短了设计周期,提高了工作效率2系统设计的关键技术和内容基于这一特征我们研究了特定类型产品的特征参数化驱动设计方法。

这种设计方法。

是关于设计方法是针对产品基本结构特征建立分层次的特征数据库,同时根据与产品相配合的组建参数特点建立整体关联数据库,以及方便用户调用的二维工程图模板库来实现对曲轴产品的结构性特征参数化驱动、以及实用的工程输出。

为了实现与用户更友好的交互,利用VC++6.0开发了面向对象的用户界面系统,通过详细易懂的提示功能,使用户方便使用。

Machinery Design &Manufacture机械设计与制造第5期2012年5月1132.1系统库组建2.1.1局部几何特征库建立同一产品的往往分为不同型号以满足不同消费者的需要,但这些产品的零部件往往存在着结构上的类似特征。

在企业的实际生产中专业性和针对性强的软件平台往往更加有效。

针对曲轴系列化产品为实例研究了对其进行参数化设计的方法,为了便于曲轴的参数化设计,同时考虑到要设计具有新型结构的曲轴,针对曲轴的这些各部分结构进行特征化描述,取代原有软件只对基本特征如拉伸、旋转、扫描等几何体成形方法的特征描述。

产生的特征具有不同的等级或层次。

各特征的层次关系,如图1所示。

描述下的几何模型分别按照不同层次存储到特征数据库中,并且把库中其中的所有变量都实现参数化,这样将通过将这些构成部分按照相对位置和布尔关系进行组装,利用同时位尺寸进行参数化驱动即可实现整轴的参数化描述。

这种针对曲轴结构特点的分层的特征数据库的特点是:设计人员在设计新型号的曲轴结构时只需设计库中没有的结构特征,对于常规的结构部分只需修改库中的参数就可以实现参数驱动,大大减少了重复设计的过程,提高了工作效率。

整轴特征单拐特征曲臂特征曲柄螺钉孔等特征图1曲轴各特征的层次关系2.1.2整体关联特征库事实证明:在零件设计过程中采用的初始几何层次越低,则设计工作的效率就越低.但通用性就越强。

但是实际生产中更加需要达到的效果是:针对特定的企业特定的产品建立便于产品实现系列化生产的专用设计系统。

解决这一问题的关键在于建立一个标准件的数据库。

库的建立除了要针对固定的零件零件结构整体特征,这些特征是零件的基本结构,零件的参数必须全部实现参数驱动,但是是建立在特征库中特征整体的参数驱动,通过CAD软件建立一个曲轴及曲轴组零件的整体模型库,其中的模型能够表示现有常用发动机曲轴结构。

模型的所尺寸全部实现参数化,以整体特征的方式描述。

利用这种方法,当设计一个新型的曲轴时.如果该曲轴的基本拓扑形状在整体模型库中已经存在,则完全可以直接调用并赋予参数,使曲轴设计的效率得到极大的提高.而且模型库也应对使用者开放.当设计人员设计出一种具有新结构形式的曲轴后,可以将这种曲轴的参数化模型增加到整体模型库中。

今后设计这种类型的曲轴时。

只需调用库中现有模型并赋予新的参数即可[3]。

三维参数化设计是以拓扑约束、尺寸约束、工程约束驱动为技术基础,不仅包括传统参数化所包含的对部分特征驱动尺寸的修改,而且包括基于三维参数化模型驱动后与之相关联工程图的视图位置、比例、尺寸、注释、BOM表等相关信息的自动更新,生产制造的下游工装夹具、工艺规程规划、NC代码等参数化关联设计等,乃至整个产品生命周期的参数化设计[4]。

研究产品设计阶段的三维参数化变型设计技术,设计步骤,如图2所示[5]。

修改生成产品模型三维参数化模型驱参数化有限元分析满足设计要求?工程图自动调整新图纸指导生产产品变设计准备阶段用户/市场需求研究设计目标设计概念模型检索设计案例产品模块划分设计计算及参数确定阶段设计计算、验算确定参数参数驱动、从动参数建立产品主模型建立零件主模型及其工程图主模板建立装配体主模型及其工程图主模型YN图2三维参数化变型设计步骤2.1.3针对零件整体特征的工程图模板库现有的CAD软件大都具有自动输出二维工程图的功能。

但是输出的工程图如果不利用模板就需要一个视图一个视图的输出,对于局部放大、全剖、半剖等视图还必须进行手动的编辑,很是麻烦,而且他们的操作过程非常繁琐,对使用者的专业技术水平要求非常高。

但如果使用模板又往往不能满足要求。

这就要求利用Pro/E的二次开发工具建立适合于曲轴零件的二维工程图模板库。

对于库中已有的模板直接调用就可以实现对常规曲轴零件的表达。

2.2建立产品模型前面已经提到过要建立产品模型的CAD模型库,设计建模阶段主要包括的任务是:针对曲轴零件的零件、部件建立三维模型。

并且利用2D工程图主模板,建立适用于同一系列产品特点的工程图模板。

为产品参数化设计做好技术准备。

机械产品三维参数化设计是在零部件主模型和与之相关联工程图主模板的基础上进行的产品参数化设计。

2.3参数分析参数分析是在产品特征化的基础上,它是对产品进行参数化设计的重要组成部分。

正确理解和分析产品的各部分结构以及与之配合的零件特征参数以及他们之间的参数关系是工作的基本。

综上所述,参数分析包括总体参数分析、零部件参数分析以及参数间关联分析。

2.3.1总体参数分析总体参数分析的对象是产品的功能、结构参数。

例如:影响第5期胡昊:基于Pro/E的汽车发动机曲轴飞轮组的三维参数化设计与研究114汽车曲轴整体结构尺寸的主要参数是汽车的缸体数,连杆孔的直径等。