HENANKEJI·CHUANGXINQUDONG 2016.11ProE5.0的直齿圆柱齿轮的三维参数化设计王舒菲董秀萍（北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048）摘要：运用三维ProE5.0软件，提供一种渐开线直齿圆柱齿轮的参数化设计方法进行快速简单建模，充分利用软件参数化建模独特的特点，并通过其自身再生功能创建新的齿轮模型，缩短了齿轮传动零件研发设计时间，同时也降低了设计成本。
关键词：ProE5.0；直齿圆柱齿轮；参数化设计中图分类号：TH13文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2016）11-0039-02The Three-dimensional Parametric Design of Spur Gear Based on ProE5.0Wang Shufei Dong Xiuping（School of Materials Science and Mechanical Engineering ，Beijing Technology and Business University ，Beijing 100048）Abstract:Using three-dimensional ProE5.0software,a parametric design method of involute spur gear was provided for quick and easy modeling,by making full use of the unique characteristics of the software parametric modeling,and creating a new gear model through its own regeneration function,the time of research and design of gear transmis⁃sion parts was shortened,the design cost was also reduced.Keywords:Pro E5.0；spur gears ；parametric design 齿轮，作为一种传动机构零部件，在建模上不仅要保证其精确度，而且当改变其主要参数时，整个齿轮又需重新建模，因而建模过程很繁琐。
英文论文原文英文译文：应用图表对锥齿轮的运动学分析摘要：非定向和定向性图表技术能够应用于对锥齿轮的运动学分析中。
在这两种技术中，齿轮的运动学结构由图表方式来展现。
虽然非定向的图表的绘制相对简单，但他们只用于确定基本线路的载体节点。
另一方面，在一张定向性图表中，由于每条线代表一个对变量的诠释，所以其相对非定向性图表能传播更多信息。
本文对这两个技术进行比较，并且针对的图表技术的好处由Cincinnati Milacron T3通过对一个机制机器人的运动学分析能够充分展示定向性图表的优势。
关键词:参数化草图表达式1. 介绍近几年，应用图表技术对机器人斜面齿轮的运动学分析已逐步确立。
两种不同图表技术被应用于对机器人斜面齿轮的运动学分析中：非定向性和定向性图表技术。
非定向性图表技术是由Freudenstein率先提出的。
这一方法运用了基本电路的理念。
Freudenstein和Yang较详细地阐述了此概念，然后由Tsai开发了一个计算机算法以及机制的一个标准表示法。
这种定向线性图表技术早在六十年代就被应用于电子网络以及其他类型的物理系统中，如一维的机制转动装置。
Chou et al. 通过使用同一种方法将这些技术延伸到三维系统中。
1992年，在三维传动装置中，最重大突破是Tokad，它是多端网络刚体的一个紧凑数学模型的衍生物。
在这种衍生物中，一种所谓网络模型方法的系统方法，为三维机械系统的公式化而被开发。
Uyguroglu和Tokad 对将网络模型方法应用于空间机器人斜面齿轮的运动学和动态分析进行了详尽的阐述。
一个新的定向性图表技术被应用于斜面齿轮的相对角速度的关联中。
本文通过对非定向性图表和定向性图表技术应用于斜面齿轮的运动学分析的比较，展示出定向性图表技术优于非定向性图表技术的一面。
这一理论被Cincinnati Milacron T3通过对一个机制机器人的运动学分析充分展示。
2.机器人斜面齿轮因为机器人操纵器原理简单，而且构造简单，所以机器人操纵器通常是一个开放环路的运动学链。
引言计算机的进步与制造业的发展总是相辅共荣。
越来越多的应用软件被推广与普及，如CAD/CAM、UG等一些辅助设计软件的广泛应用，就大大加快了机械零件的设计过程，缩短了产品的设计和制造周期。
UG是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。
其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。
因此软件可对许多不同的用途进行再利用。
Unigraphics(简称UG）是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。
它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案，功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。
它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产效率。
随着计算机性能的提高，现在在微机上就可以使用UG，这样UG的适用范围更加广阔，三维设计已经不是人们的奢侈品，会越来越多成为设计工程师的首选。
而在面对零部件批量设计的需要时，UG就不仅仅停留在制图、建模、装配、出图等基本功能的运用上。
而应实现可编辑、参数驱动等功能。
本文的设计是采用CAD数字化的思想，运用电子表格与UG的智能化接口，抽取相关零部件的参数信息，再被用来更新零部件前做手工处理。
再结合电子表格的目标搜索功能，可以对设计进行进一步的优化。
使用电子表格的前提是模型必须是参数化的，参数之间必须是相关的。
通过抽取并编辑表达式中的参数达到控制模型的目的，而其中实用的内部函数为工程计算提供了强大的引擎。
完整使用电子表格技术，则需要依赖表达式、内部函数和用户自定义函数三者的有机结合，其工作的实质就是对模型参数的驱动以更新模型。
本文以一对啮合的直齿锥齿轮在UG中的参数化、可视化设计为例。
第一章绪论1.1课题研究的目的和意义1.1.1课题研究的目的齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等行业。
摘要随着科技的发展，计算机辅助设计技术越来越广泛的应用在各个设计领域。
现在，它已经突破了二维图纸电子化的框架，转向以三维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分析为主线的机械系统动态仿真技术。
其研究范围主要是机械系统运动学和动力学分析，核心是利用计算机辅助技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件在任意时刻的位置、速度和加速度，同时，通过求解代数方程组确定引起系统各构件运动所需的作用力和反作用力。
动态仿真技术一出现，就受到人们的普遍关注和重视，并且出现了许多基于动态方=仿真技术的商业软件，较有影响的有美国参数技术公司的PTC。
以Pro/MECHANICA为分析平台，运用有限元分析方法，对直齿轮、斜齿轮实际受力情况、边界条件和施加载荷进行研究。
运动分析模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。
运动分析模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计(加长或者缩短构件的力臂长度、修改凸轮型线、调整齿轮齿数比和中心距等)或者调整零件的材料(减轻或者加重或者增加硬度等)。
设计的更改可以直接反映在装配主模型的复制品分析方案(Scenario)中，再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改就可直接反映到装配主模型中。
将Pro/E三维实体造型与Pro/MECHANICA机构运动分析相结合，完成对连杆和凸轮机构的机构运动分析，及运动仿真。
加强对连杆和凸轮机构的认识与理解。
关键词: 直齿轮、斜齿轮; Pro/E 、Pro/MECHANICA; 运动仿真、有限元AbstractWith the development of technology, computer-aided design technology becomes more widely used in various design.Now, it has broken through the framework of two-dimensional drawings、 electronic、shift tothree-dimensional solid modeling, dynamic simulation and finite element analysis of the main line of the mechanical system dynamic simulation techniques.The major areas of its study kinematics and dynamics of mechanical systems, the core technology is the use of computer-aided kinematics and dynamics of mechanical systems analysis to determine the system and its components at any time of the position, velocity and acceleration at the same time,by solving algebraic equations determine the cause of the required system component moving action and reaction.Dynamic simulation appeared to be widespread concern and attention, and there were many parties = simulation based on dynamic business software, more influential technology companies of U.S. parameters PTC.To Pro / MECHANICA platform for analysis using the finite element method, on the spur gear, helical gear by the force of the actual situation, boundary conditions and applied load were studied.Motion analysis module analyzes institutional interference, tracking the trajectory of parts, parts of bodies in the speed, acceleration, force, reaction force and torque and so on.Motion analysis results of the analysis module to modify parts of the structure could guide design (longer or shorter moment arm length of the component, modify the cam, adjust the gear ratio and center distance, etc.) or adjust the parts of the material (to reduce or add to or increase the hardnessetc.).Design changes can be directly reflected in the assembly of copies of the master model program (Scenario), the re-analysis, Once optimized design, design changes can be directly reflected in the assembly of the main model.The Pro / E three-dimensional solid modeling and Pro / MECHANICA combined kinematic analysis, complete linkage and cam mechanism of the body motion analysis andmotion simulation.Connecting rod and cam mechanism to strengthen knowledge and understanding.Key words: spur gears, helical gears; Pro / E, Pro / MECHANICA; motion simulation, finite element摘要 (1)第一章绪论 (6)1.1、课题来源 (6)1.2、研究目的和意义 (6)1.3、国内外研究现状和发展趋势 (7)1.3.1 我国齿轮工业的概况 (8)1.3.2 中国齿轮工业的资本结构已成为三足鼎立的局面 (8)1.4、本课题的主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案 (8)1.4.1 预期达到的目标 (9)1.4.2 论文的结构 (9)第二章Pro/ENGINEER软件的应用和MECHNICA模块的应用 (10)2.1 PRO/MECHANICA简介 (10)2.1.1 PRO/MECHANICA模块介绍 (10)2.1.2 PRO/MECHANICA的工作模式 (11)2.1.3 使用PRO/MECHANICA的一般步骤 (11)第三章直齿轮与斜齿轮参数化设计造型 (12)3.1齿轮的基本参数、各部分的名称和尺寸关系 (12)3.1.1 直齿圆柱基本参数 (12)3.1.2 斜齿轮基本参数 (15)3.2 渐开线直齿轮参数化造型 (16)3.2.1 直齿轮参数化制作过程如下： (16)3.2.2 渐开线斜齿轮参数化造型 (18)第四章有限元优化设计 (22)4.1 有限元分析方法与原理 (24)4.1.1有限元分析 (24)4.1.2有限元的基本原理和特点 (25)4.1.3有限元网格生成技术 (26)4.1.3 网格划分举例 (27)第五章基于Pro/Mechanism直齿轮啮合、斜齿轮啮合过程中装配与运动仿真 (34)5.1 Pro/M的简介及其主要特性 (34)5.1.1 Pro/M的简介 (34)5.1.2 Pro/M的主要特性 (35)5.2 机构运动仿真的一般过程 (35)5.3 机械系统运动仿真的优越性 (37)5.4 Pro/E装配模块 (37)5.4.1 对于组装时，我们需要把握以下原则: (37)5.4.2 关于直齿轮机构的组装 (38)5.5 基于Pro/Mechanism直齿轮啮合、斜齿轮运动仿真 (40)5.5.1 运动定义及运动分析的一般步骤 (40)5.5.2 空间定轴轮系机构的运动分析 (43)5.5.3 定义齿轮从动连接结构 (43)5.5.4 添加驱动器 (44)5.5.5 运动分析 (44)5.5.6 图形结果分析 (44)第六章直齿轮、斜齿轮的静力学分析 (44)6.1 Pro/MECHANICA有限元分析的基本步骤: (44)6.2 Pro/MECHANICA STRUCTURE基本分析过程 (45)6.3 简单算例 (53)6.3.1 接触算例 (53)总结 (62)致谢 (63)阅读的主要文献、资料 (64)第一章绪论1.1、课题来源以往对于直齿、斜齿圆柱齿轮的三维造型建模很烦琐,但三维造型软件Pro/E突破性的解决了此问题。
