机械工程论文范文基于Pro/E的轴类零件参数化设计研究

　　摘要：介绍了基于Wildfire Pro/E特征造型的三维参数化造型技术，并以轴为例，以Pro/E为平台详细阐述了参数化设计的过程。

　　关键词：机械工程论文范文,核心期刊论文发表,参数化设计,参数化造型,Pro/E

　　1、前言

　　轴(shaft)是组成机器的重要零件之一，是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。机器中作回转运动的零件就装在轴上。用传统的方法对轴进行设计，由于计算繁琐，设计效率低且易出错。目前各类CAD软件在机械设计中的应用日益广泛，利用计算机辅助设计方法来研究机械零件的设计问题成为十分流行的研究方法。在现代CAD技术特征中，参数化技术和特征技术都是当今计算机辅助设计中的关键技术之一。基于特征的参数化建模方法是CAD技术中先进的造型方法，其基本思路是为各零件的基本尺寸建立相应的参变量,在实际的几何和拓扑基础上建立各零件要素之间的相互关系。对于轴类零件而言，每一特征的基本尺寸都设置为参变量，结构不同导致零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸跟着发生变化，重新驱动造型模块，从而完成零件的参数化造型设计。

　　2 、轴特征分析

　　轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。

　　从CAD/CAM角度出发，轴类零件特征通常可以划分为以下几类：

　　(1)形状特征 用于构造轴类零件的几何形状，轴类零件的基本形状结构(如圆柱体、圆锥体等)，可以单独存在。对局部修饰(如倒角、键槽和中心孔等)，反映了轴类零件几何形状的细微结构，它不能单独存在。

　　(2)精度特征 用于描述轴类零件的几何形状和尺寸的误差信息。大致有尺寸公差、几何公差和表面粗糙度。

　　(3)技术特征 用于描述轴类零件的材料、热处理方式、零件性能、工艺、配合情况息。

　　(4)管理特征 用于描述轴类零件的的管理信息，例如标题栏中的零件名称、图号、设计者、日期、批量和质量等信息。

　　一般轴结构设计原则：

　　1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状;

　　2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整;

　　3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施;

　　4、便于加工制造和保证精度。

　　本文采用特征参数化处理时，可采用参数代替形状特征的几何尺寸，包括独立参数和关联参数。独立参数需要根据具体设计情况赋值，关联参数不需要赋值，它与独立参数间保持特定的关系，当独立参数发生变化时，关联参数随之发生变化(如键槽尺寸随轴径的变化而变化)。

　　3、以Pro/E为平台的参数驱动的实现方式及实例

　　轴类零件进行参数化设计时通常分两大功能模块：参数与结构设计模块、参数化造型模块。参数与结构设计模块采用面向对象的程序语言(如VB、VC++等)进行开发，其功能包括作用在轴上的力、力矩计算、设计资料的检索、轴结构设计、轴强度校核及设计结果的存储。参数化造型模块采用当前的主流三维CAD软件(如pro/E、UG、solidworks等)进行二次开发，其主要功能是生成零件的三维实体图，通过设计变量实现造型自动化。本文就以Pro/E为平台探讨参数化造型的实现方式。

　　Pro/E提供了可程序化工具—Pro/program。Pro/program主要包含三大部分：①加入变量或提示句的地方;②加入关系的地方;③加入特征的地方。应用Pro /program，可以将经常要更改的步骤和尺寸值事先设定，一旦模型建立后，系统就已记录了整个模型的建立过程，通过“程序”菜单中的“显示设计”选项可以显示Pro /E产生的程序内容。保存并关闭程序，系统会在信息区出现输入框，提示是否要将修改体现到模型中，点击“是”按钮，在菜单管理器中会出现“得到输入”选项。“当前值”表示采用模型中的现有参数;“输入”表示要求输入参数值，以改变模型中的造型。选取“输入”选项后，会出现INPUT SEL对话框，选中要改变的参数值，点击确定，系统会根据设定的参数对零件进行驱动，在系统的信息区内会出现表示零件再生成功的信息。通过上面的操作即可对零件进行参数化驱动。

　　利用Pro/program程序模块进行二次开发，系统产生的program程序可看作一个记录文件，它记录着模型产生的步骤和条件，包括所有特征的建立过程、参数、尺寸和关系式等信息，用户只需在打开的记事本窗口中找到要更改的设计参数和关系式进行修改，便可再生出新的模型。

　　下面就以7段阶梯轴为例介绍Pro/E中轴类零件参数化模型的建立。

　　(一)首先创建通用模型 模型创建步骤如下：

　　(1)新建模型文件，取名为SpeedShaft7。

　　(2)利用 Program编辑程序，以使用户稍后能输入已知条件：直径，长度。

　　(3)以拉伸方式创建Protrusion特征，作为阶梯轴第一段;加入关系式，以控制拉伸实体特征的尺寸。以同样方式创建阶梯轴第二段至第七段。

　　(4)做阶梯轴第一段上的键槽，加入关系式，以控制键槽特征的尺寸。

　　(5)做阶梯轴第四段上的键槽，加入关系式，以控制键槽特征的尺寸。

　　(6)两端面倒角。

　　(7)保存文件。

　　(二)模型的应用

　　用户启动Pro/E后，打开模板文件speedshaft7，点击输入，完成选取后按屏幕提示输入下列相应参数：(括号内为原有数值)

　　Enter the number of D1： [50]; Enter the number of L1： [82];

　　Enter the number of D2： [55]; Enter the number of L2： [50];

　　Enter the number of D3： [60]; Enter the number of L3： [52];

　　Enter the number of D4： [65]; Enter the number of L4： [76];

　　Enter the number of D5： [77]; Enter the number of L5： [8];

　　Enter the number of D6： [72]; Enter the number of L6： [24];

　　Enter the number of D7： [60]; Enter the number of L7： [24];

　　Enter the number of JCB1：[14]; Enter the number of JCH1：[9];

　　Enter the number of JCL1：[70]; Enter the number of JCB2：[18];

　　Enter the number of JCH2：[11]; Enter the number of JCL2：[63];

　　输入完参数后，自动按照参数生成。输入参数为：D1=100;L1=180;D2=105;L2=100;D3=110;L3=110;D4=115;L4=160;D5=136;L5=15;D6=130;L5=50;D7=110;L5=50;JCB1=30;JCH1=20;JCL1=170;JCB2=40;JCH2=20;JCL2=146;

　　结束语：

　　本文分析了利用Pro/E软件进行二次开发的方法，通过实例展现了Pro/E的开发功能，对其它零件利用Pro/E进行参数化设计有一定的借鉴作用。但Pro/E是大型CAD/CAE/CAM一体化集成软件平台，作者仅仅在其二次开发方面作了一些初步工作，由于时间和水平上的局限，还存在许多不足之处。

　　参考文献：

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　　[4] 洪钟德.简明机械设计手册[M] 同济大学出版社，2002：576～592