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基于PRO/E的齿轮变速箱参数化建模设计


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计 算机 应用 技术 

柳树 2 0 0 6  ̄ I 期总 第3 3 卷  

基于 P r o / E的齿轮 变速 箱参数 化建模设计 
江鹏 , 高亚 明 
( 解放军理工大 学 工程兵工程 学院, 江苏 南京 2 1 0 0 0 7 )  

摘要:以变速箱产品设计为基础,以工程应用为背景,以新技术新方珐的应用为重点,介把了基于 P r o / E N G I N E E R三  
维C A D设计软件 建立变速箱的参数 化特征实体 模型,竞成 了参数之 间的关联设 计,通过对控制参数 的改变,快速竞成 

不 同系列变速箱零 部件 的设 计。通 过三维参数 化特征建棋技术 的应 用, 系统地探 索 了变速箱设计 中的新技术运 用前景。  

关键词:P r o EN / G I N E E R ;变速箍;参数化建模   中圈分粪号:T P 3 9 1 . 7 2   文献标识码:A   文章编号:1 0 0 6 — 0 3 1 6 ( 2 0 0 6 ) 0 1 — 0 0 2 8 — 0 3  

随着面向对象技术及特征建模技术的发展 ,  

P r o / E n g i n e e r  ̄- -套由设计至生产的机械 自 动 
化软件 ,是新一代产 品造型 系统 ,是 一个参数化 、  

C A D 已从单纯的模仿二维工程图样飞跃到三维实 
体造型。 同时, 当今虚拟现实技术的发展, 使得 C A D  
技术在工程设计 中呈现越来越重要 的地位 。 据统计 ,  

基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功  能。其采用参数化设计的、 基于特征的实体模型化  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, 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。   P r o / E n g i n e e r ;  ̄ 建立在统一基层上的数据库上 ,   不像一些传统的 C A D / C A M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   个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而 

齿轮变速箱类产品的设计 9 0 %以上的工作是以修改 
原有 的设 计为主 ,而对原有设 计的某些局部改动可 

能会形成迭代关系,牵涉到大量的变化。因此迫切 
需要建立产品各数据间的函数关系,使得局部的修 
改能 自动 实现 全局修改 ,以保持产 品的整体优化状 
态。  

1特征参数 化设 计思想 
1 . 1特征参数化建模技术 
近年来,随着三维几何模型技术的发展 , 设计 
人员可 以直接在计算机显示器前构建和观察产品 的 



工作 ,不管他是哪一个部 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,以确保所有的零件和各 
个环节保持一致性和协调性 。例如 ,一旦工程详 图 

三维型体和结构 , 设计结果可以用三维模型存储 ,  
也可 由模型生成二维工程图 。这种 以三维几何模型  为基础 的C AD 系统称为 三维C A D系统 。参数化设计 

有改变, N C( 数控 ) 工具路径也会自动更新; 组装  工程图如有任何变动 , 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的  结合,使得—件产品的设计结合起来。  
目前 市场上变速箱 品种规格较 多 ,采用特征参 

是目 前c A D 应用技术中最重要的技术之一。参数化 
设计将零部件图形的描述分为三部分 :图形 的拓扑 

关系、图形的几何参数以及这些几何参数与图形结 
构参数之间的关系。它主要特点是 : 全尺寸约束 、  
全数据相关 、尺寸驱 动设计修改 。这种设 计技术特  别适合于标 准件和 通用件的设计以及结构定型的 系 

数化建模技术设计可大大提高产品的设计效率、降 
低产品的设计成本 、 缩短产品的设计周期。   1 . 2特征参数化建模设计思想 
参数化设计 一般是指设计对 象的结构形状 比较 

列产品设计。本文对变速箱的参数化特征建模设计 
就是基 于P r o / E N GI N E E R j  ̄ 的三维c AD 系统 。  
收稿 日期 :2 0 0 5 —1 0—1 7  

定型,可以用一组参数来约束尺寸关系。参数的求 

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耢 2 0 0 6 年 第1 期总 第3 3 卷  

计 算机应 用 技术  所示 。  

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解较简单 , 参数与设计对象的控制尺寸有着显式的  对应 , 设计结果的修改受到尺寸的驱动。综合应用  
特征技术和参数 化设计技术 ,充分发挥 各 自优势是 

解决三维设计简单 、 快捷、 高效的有效途径。 在P r o / E  
中提供 了可程序化 的工 具 P r o / P R O GR A M ,利用此 
图 1参 数 化 建 模 的空 心 柱 

工具可以先将某些要更改的步骤和尺寸编写成语  句, 使得整个零件文件或装配部件能够易于操作。  
下面 以简单空心 圆柱实体模型 的生成过程为例 说明  特征参数化建模的过程 。   在装配文件 中的菜单管理器 中, 选择【 T o o l ( 工 

图 中空 心圆柱的 内径 、外径和 高几个关键 尺寸  的约束确定了空心柱的基本情况 ,对 于不 同的空心  柱 的模 型只需对相应的参数进行修 改就 能实现键 的  不 同空心柱模 型 。对于机械齿轮变速箱 的零件 健模  亦是建立在此种参数化建模的基础上。  

具) 】 一【 P r o g r a m( 程序 ) 】 一【 E d i t   D e s i g n( 编辑  设计 ) 】 ,执行 后 ,P r o / E N G I N E E R 会 自动 调用 
Wi n d o w s 内嵌的编辑器 ( 一般是记事本 ) , 并显示其 

2 系统特征参数 化建模 的实现 
2 . 1特征 分解 

内容,在里面添加如下所示的内容 , :  
I NP U   J  

变速箱主要由传动齿轮 、 轴、 轴承 、 箱体及附  件组成。依据模块化设计原理 ,将变速箱中的各个  部件主要划分为: 输入单元、 输 出单元、箱体单元  和传动单元。每个单元根据品种及规格的不同而设 
计成不 同的模块 。在相 同品种 不同规格 的 同一单元  的各模块 ,其结构形状相似 ,但 结构参 数不 同。本 

中1   n u m b e r  请输 入内径的大小 
q b 2   n u mb e r   请输 入 外径 的大小 

H  n u m b e r   请输入圆柱体的高度  
END  I NPUT   RELAT1 0NS   DI ;中 I  

D2 =中 2  
END  REL Al I ON S  

文主要建立在 P r o E 参数化设计的基础上对齿轮变  /
速 箱零部件分解 为如 图 2 所示 的结构和特征 。  

建立特征 表达式关联 ,在装配文件 中的菜 单管 

理器中,选择 【 T o o l ( 工具 ) 】 一【 R e l a t i o n ( 关系) 】  


Ⅲ E 广   萱   萎 ]   壳 体 、   柱 体 、 长 方 体 、   D …元  
齿 

【 S w i t c h   D i m( 切换尺寸 ) 】 一【 P i c k( 选择 ) 】 ,  

选择一个要显示参数的特征, 在P r o / E N G I N E E R中,  
每个尺 寸均会给予一个 代号 ,所 以选 择 【 oo T l ( 工 

轴  
齿轮  通用件 一 塞筒 

黧  

瓢  

具) 】 一【 A s s e m   R e l ( 装配关系) 】 一【 A d d( 增加 ) 】 ,   输入尺寸代号= 零件尺寸代码+ 零件实际尺寸。依此 
类推 ,逐一键 入各个 零件 与 中l 、中2 、H 有关的各 
关系式 。  

L 繁D  元  
[ L = _ = 璧 轴 兰 承   套 二 — —   圆 柱 体   倒 角 承 ’ 键 等  通 用 模 块  
—   … …  


对 于不同模型 的生成具体操作如下 :  

( 1 ) 点击 【 R e g e r e r a t e ( 再生 ) 】 _ ÷【 A u t o m a t i c   ( 自 动) 】一 【 E n t e r ( 输入 ) 】一 【 S e l e c t A l l( 选  取全部 ) 】一 【 D o n e   S e l( 完成选取 ) o  
( 2) 按屏幕提示输入相应参数 

图 2变速箱的特征分类 

2 . 2部件库设计 
在 设计时选取那些结构相 似或较 固定的零件建 

立零件模型库。设计中调要零件模型库中相似的零  件, 进行参数修改从而得到所需要的零件 ,完成参  数化造型。若零件模型库中不能构造出符合要求的 
零 件模型 ,可 以先建立与要求相类似的零件模型 ,  
( 下转第 6 2 页)  

请输入内径的大小 : 【 l 0 】 ( 括号内为原有数值 ) ;  
请输入外径的大小 :【 2 0 】 ;   请输入高度 :【 5 0 】  
( 3) 输 入完参数后 ,自动按照参数生成如图 1  

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6 2?  

维修 与 改造 

拼 2 0 0 6 年 第1 期息 第 3 3 卷  

等系统修复或恢复供电时,重新启动液压系统, 平台  
又可正常工作 。  

这种高空液压的设计改进中,主要是对产生各种不 
安全 的可能性进 行 了综合分析 ,然后对这些具体要 

求进行了针对性的液压系统设计与改进,这样在设  汁上保证了高空作业人员和设备的安全。  

参考文献 :  
… 贾文幅 全自 动液压起重机[ MI . 上海: 上海交通大学出 版社 , 1 9 9 8 .  
f 2   J 林同重,盛东初. 液压传动与 控制【 M】   北京 : 北京工业学院出版 
回油 口  
社 。1 9 8 5 .  

图 3应 急下放 系统 

f 3 1 机械工程手册 电机工程手册编辑委 员 会. 物料搬运设备卷/ 机械工 
程手册【 M】 . 北京 :机械工业出版社, 1 9 9 7 1 2—2 1 4 1 .  

4 结束语 
文 章通过 各种综 合措施 , 经改进后液压系统可 

[ 4 1  ̄ L 京有色金属设计研究总院 机械没计手册【 M】 . 北京 : L 化学工业 
出版社 ,1 9 9 3 .  

【 5 】 机械工程手册 电机工程手册编辑委员会. 传动设计卷/ 机械工程  手册[ MI . 北京 : 机械工业出版社,1 9 9 7 .  

靠地保证了建筑用液压平台在安全方面的问题。在  寸来定义几何元素。所画的每一条线都有自己确定  的位置,想要修改所画的内容 , 只有删除原图后重  画。其参数化特征造型方法如下 : 根据设计方案,  

( 上接 第 2 9页 )  

然后进行特征参数的修改,不需要对每个数据进行  修改就能得到理想的零件模型,大大提高了设计效  率, 缩短了设计周期。  
P r o / E n g i n e e r是建 立在一个 统一 的能在 系统 内 

利用三维造型功能进行基本造型 ,生成变速箱箱体 
的基本造型。再调用基本特征建立特征库,形成所 

部引起变化的数据结构的基础上 ,即利用几何约束  实现了尺寸驱动建模。因此开发过程中某一处所发  生的变化能够彳 艮 J 映 传遍整个设计制造过程 ,以确保  所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。   下面以轴的建模来说明部件库的建造过程。  

需的零件信息模型。在这个基础再加上一颗记录造 
型过程的模型树 ,记录创建历史和原始数据。从特  征库 中选取设计所需要的特征 , 输入设计参数,将  多个特征结合起来共同构成箱体的形状特征模型。   对于不同型号的变速箱箱体造型 , 选取要修改的特  征及修改类型 , 改变相应参数 ,系统根据参数约束  关系自动将参数变动传递到特征几何表示中 并反馈 
到图形显示 中。  

①首先建造基本轴; ②调用键模型 ,利用 【 匹 
配】 选项创建子组件齿轮键槽的底面与键的顶面约 

束; ③调用齿轮模型,利用 【 匹配 】 选项创建子组 
件齿轮凸台端面与轴凸台端面的对齐约束。   建立后的轴三维模型如图 3所示采用参数化设  计技术建立的轴 、 键和齿轮的模型 ,可以根据装配  体中相关零件的形状和尺寸的变化而变化 ,保证了 
零件间的装配性 。  

3结论 
随着计算机应用技术的发展, C A D技术在世界 
范围 内得到 广泛 的应用 ,先进 的应 用工具使得人们 

的工作效率和工作质量得到了大大的提高。采用三 
维设计方法取 代传统的二维设计方 法 ,使设计过程  可视 化 ,设计结果直观 明了 , 有利于提高设 计质量 ;  
图 3 轴的三维建模图形 

参数化设计使得零件的修改和由原型零件演绎出新  的零件更J J t l ' l  ̄ 捷,有利于提高设效率。  

2   3箱体零件 的 P r o / E参数化特征建模  变速箱的箱体主要由灰铁铸造而成,结构形状  较为复杂, 传统的 C A D绘图技术都是使用固定的尺 

参考 文献 :  
【 l 】 秦雄志. C AD及模块化设计在减速机设计中的应用.  
【 2 】 赵 春章 . P r o / E N GI N E E R机械 零 件波计 教程 .海军 出版 社.  


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