基于Pro/ENGINEER的变速器圆柱齿轮开发方案

摘 要：基于CAD变速器直齿圆柱齿轮的二次开发，主要工作分为两部分。第一部分是通过对齿轮变速器和CAD技术研究的现状及发展趋势的分析，以及对多种三维参数化设计软件的分析比较后提出一种切实可行的基于Pro/E的变速器直齿圆柱齿轮的三维参数化设计方法。主要工作集中在渐开线直齿圆柱齿轮的三维参数化设计上。通过对渐开线的几何分析分析，得出渐开线参数方程，然后通过然后通过参数化建模过程创建变速器直齿圆柱齿轮，再通过编辑PROGRAM程序二次开发设计新齿轮。第二部分是基于Automation Gateway的齿轮设计界面二次开发。主要工作是在VB环境下，以Automation GATEWAY为基础，开展Pro／E齿轮参数化设计界面的二次开发。用VB建立一个参数输入程序界面，通过Automation Gateway就可以利用Visual Basic访问Pro/E 底层数据库，该程序就能够接受我们在界面中所输入的参数数值，并传给Pro／E系统中的参数，最后Pro／E系统会根据所输入的参数零件再生(Regenerate)，便可以生成不同的齿轮。

关键词：变速器 CAD 齿轮 参数化 二次开发

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-102-02

现代CAD系统的二次开发必须以软件为平台，使用正确的方法论，尽量减少和避免程序中的失误，提高使用者的工作效率。本变速器圆柱齿轮CAD系统的二次开发严格按照此进行。

1 Pro/ENGINEER二次开发基本原理

Pro/E是采用参数化设计的、基于特征的三维实体造型系统，其参数化特征造型在保证几何、拓扑关系不变的情况下，以单一全关联的数据库实现模型的快速再生；它的二次开发接口使用户可以在自己开发的程序中对零件进行各种操作和控制，从而实现程序化设计。

Pro/Program是Pro/E软件本身自带的二次开发工具。利用Pro/Engineer造型的同时，Pro/Program会自动产生特征的program这个记录文件，由高级计算机语言BASIC构成，其中包括模型树（modeltree）中所有特征的详细信息：各个特征的建立过程、参数设置、尺寸以及关系式等，我们可以修改和添加特征的program生成基本参数相同的一系列模型。

对Pro/E软件进行二次开发时，只需在Program中加入几个相关的语法指令就可以让零件或组件变成一系列相关零件甚至于生成零件库，其设计思路是利用Pro/Program模块接收、换算和传递用户输入的参数，只要改变了特征的尺寸及关系就实现了参数化设计。其中，可变参数是二次开发的关键，所以以最少的参数关系式来确定零件的可变尺寸，才能通过修改参数化尺寸设计出同系列的零件。

2 系统开发方法

根据信息活动的规律，本系统软件的开发可大体划分为四个阶段:总体规划、系统分析、系统开发和系统维护。前两个阶段是以系统工程方法论为指导的总体设计后两个阶段是以软件工程方法论为指导的软件开发，如图1所示。

软件从开始设计、开发、实现运行到最后停止使用的整个阶段称之为生存期，一般分为需求分析、总体设计、详细设计、编写代码、测试、运行维护六个阶段，在每个阶段都有其具体内容：

(1)需求分析阶段：基于Pro/E的变速器直齿圆柱齿轮参数化CAD系统，需要贯彻行业标准、调查企业需求、考虑设计习惯、实现资源共享。

(2)总体设计阶段：确定所开发系统的构成、划分设计模块等。使系统应具有以下几方面功能：

1)实现齿轮的参数化智能设计；

2)采用自动方式与人机交互相结合的操作方法，适应企业要求，提高齿轮的设计效率；

3)具有扩展功能。

(3)详细设计阶段：把总体设计阶段确定的设计模块进一步划分为程序设计模块。对齿轮进行几何分析、参数化建模、语句修改、程序运行、界面设计等。

(4)编写代码阶段：编写各个程序设计模块的Program源代码。

(5)系统测试阶段：检验软件的运行，找出设计缺陷或语法指令中的错误。

(6)软件维护阶段：用户使用软件后，根据用户反馈的意见或建议，对软件进行纠错、完善和扩充。

3 Pro/Program二次开发参数化设计的步骤

(1)计算齿轮设计参数，通过几何分析建立数学模型。

变速器直齿圆柱齿轮的齿廓为渐开线，以此要创建齿轮模型就必须对渐开线进行几何分析，建立数学方程才能确定参数。

(2)分析零件的结果特征，提取绘图中的关键参数，然后设置参数关系式，并确定驱动参数。

对齿轮进行参数化设计时不仅要实现尺寸驱动的变化，形状结构也要相应的做出部分改变，因此对零件进行结构特征的分析才能确定程序开发的关键。

(3)创建样板零件模型作为生成零件库的基础。

利用参数的关联性，在Pro/E中使用各种建模方法生成样板零件模型，作为零件库的基础。

(4)编制程序。

Pro/Program程序包括五部分：程序标题（VERSION）、参数输入（INPUTEND INPUT）、关系定义（RELATIONEND RELATION）、添加特征（ADD FEATUREEND ADD）和质量程序（MASSPROEND MASSPROP），其中程序标题部分和添加特征部分由系统自动生成，其他部分可以由设计人员自己添加或修改，以实现对模型的各种操作和控制。

(5)运行程序。

打开零件样板模型，执行“Edit/Regenerate”命令，系统就会自动编译并执行程序，当有新的参数输入时就派生出新的模型。

其实现过程如图2所示。

4 创建齿轮模型的步骤

齿轮参数化设计是一项非常复杂的工作，设计质量主要取决于设计者的知识和经验，如何使齿轮设计智能化，使企业提高工作效率，就是我们所要研究的课题。齿轮参数化三维实体模型的创建步骤如下（如图3所示）：

(1)创建齿轮的基本圆

这一步用草绘曲线的方法，创建齿轮的基本圆，包括齿顶圆、基圆、分度圆、齿根圆。并且用事先设置好的参数来控制圆的大小。

(2)创建渐开线

用从方程来生成渐开线的方法，创建渐开线，本章的第一小节分析了渐开线方程的相关知识。

(3)镜像渐开线

首先创建一个用于镜像的平面，然后通过该平面，镜像第2步创建的渐开线，并且用关系式来控制镜像平面的角度。

(4)拉伸形成实体

拉伸创建实体，包括齿轮的齿根圆实体和齿轮的一个齿形实体。这一步是创建齿轮的关键步骤。

(5)阵列轮齿

将上一步创建的轮齿进行阵列，完成齿轮的基本外形。这一步同样需要加入关系式来控制齿轮的生成。

(6)创建其它特征

创建齿轮的中间孔、键槽、小孔等特征，并且用参数和关系式来控制相关的尺寸。

5总结

齿轮作为最典型的机械零件之一，在机械设计中具有广泛的代表性。本文研究的主要内容是基于CAD变速器直齿圆柱齿轮的二次开发，主要工作分为两部分。第一部分是通过对齿轮变速器和CAD技术研究的现状及发展趋势的分析，以及对多种三维参数化设计软件的分析比较后提出一种切实可行的基于Pro/E的变速器直齿圆柱齿轮的三维参数化设计方法。主要工作集中在渐开线直齿圆柱齿轮的三维参数化设计上。通过对渐开线的几何分析分析，得出渐开线参数方程，然后通过然后通过参数化建模过程创建变速器直齿圆柱齿轮，再通过编辑PROGRAM程序二次开发设计新齿轮。第二部分是基于Automation Gateway的齿轮设计界面二次开发。主要工作是在VB环境下，以Automation GATEWAY为基础，开展Pro／E齿轮参数化设计界面的二次开发。用VB建立一个参数输入程序界面，通过Automation Gateway就可以利用Visual Basic访问Pro/ENGINEER 底层数据库，该程序就能够接受我们在界面中所输入的参数数值，并传给Pro／E系统中的参数，最后Pro／E系统会根据所输入的参数零件再生(Regenerate)，便可以生成不同的齿轮。

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