1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 Pro/E 的齿轮减速器三维造型及参数化设计 前言 减速器是介于原动机和工作机之间传递动力、增大转矩的装置，应用极为广泛。由于其结构复杂，设计中的计算过程繁琐、容易出错；零件尺寸或设计要求发生变化时，必须重新绘制其对应的零件模型，减速器的设计上消耗了大量的人力物力 1。目前，减速器的设计在一些企业还沿用以二维工程图来表示三维物体的做法。这种做法有很多不足之处，如在一个视图上对某一个尺寸的修改，不能自动反映在其它对应的视图上，更不能自动更新用零件来装配所有工程图 2。三维造型称为三维特征造型技术，特征造型法的基本设计内容是特征对象定义、特征尺寸驱动
2、设计与约束关系定义和生成特证实体模型 3。 参数化造型设计的主要内容是在不同的集合元素或特征信息之间建立尺寸关联或集合特征约 束关系 ， 特别适合于通用零件或机器的设计 4。 Pro/E 软件是美国 PTC 公司的重要产品。由美国 PTC 公司开发的基于参数化特点完整的数据相关和唯一的综合数据库中备案的一款软件。它是一款支持并行工程操作的实体参数化设计软件，它完全的集合许多模块，可以完整提供从工业设计到数控加工的完全解决方案，大大的提高 了工业竞争力，所以它广泛应用于工业界，如工业设计、机械设计、模具设计、动态模拟、有限元分析、数控加工和数据管理，电路设计、汽车、航空、玩具等等 5。 1 CA
3、D 技术的发展现状及趋势 CAD 技术的研究起步于 20 世纪 50 年代后期， 先后经历了二维 绘图、线框造型、曲面造型、实体造型、参数化设计等几个发展阶段。经过 40 多年的发展，传统的 CAD 技术已渐趋成熟，并且在制造业等行业中获得了广泛的应用。由于二维绘图在许多情况下，不能完全表达其设计意图，现在人们能够在软件的支持下，直接由思维中的三维模型开始设计， 有了表达全部几何参数和设计构想的可能，使整体设计过程能够在三维模型中分析与研究，并能使用统一的数据，因而能够更好地完善其设计构想，从而使设计方案理想化。 进入 20 世纪 80 年代中期 ， CV 公司提出了一种比无约束自由造型更新颖
4、的算法 ：“参数化实体造型方法”。其特点是 ： 基于特征、完全约束、全数据相关尺寸驱动设计修改。 Pro/E 是第一个采用参数化技术的 CAD 软件 ， 它第一次实现了尺寸驱动零件设计修改。参数化造型技术的实质是实现人机交互式的智能化设计。参数化造型设计的主要内容是在不同的集合元素或特征信息之 间建立尺寸关联或集合特征约束关系 ， 特别适合于通用零件或机器的设计 3。 2三维造型技术的优势 在 CAD 软件中进行的三维特征造型可以直接利用二维图形 ， 通过拉伸、旋转、扫描、抽壳等方法生成具有关联和约束的三维模型；还可以直接利用修改工具在实体上进行简单的工艺造型 ， 如倒圆角和倒角。好的 CAD
5、 软件都提供特征库定义和相应的管理功能 ，设计者可以将常用的特征形状及信息方便的保存在特征库中 ， 从而提高设计效率。但 CAD 系统自身提供的特征模型库往往有一局限性 ， 要想得到完备的特征库 ， 设计者可以设计自己的特征库。在特征造 型过程中 ， 常以特征树的形式记录产品的设计过程。特征树是特征的顺序和关系记录零件的每个特征模型的数据信息 ， 使零件设计中的修改和编辑更加得心应手 4。 3参数化设计的优势 Pro/E在三维特征建模方面功能强大 ， 这在很大程度上得益于其成熟的参数化设计技术。利用其内部开发工具程序 (Program)结合关系式 (Relations)功能可以很方便地进行复杂
6、三维零件的特征参数化造型，完成的参数化模型能根据按人机交互形式输入的设计变量来控制特征的有无、形成新的尺寸 ， 从而再生出新的三维零件。参数化设计是通过改动图形的某一 部分或某几部分的尺寸 ， 或修改已定义好的零件参数 ， 自动完成对图形中相关部分的改动 ， 从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便于用户修改和设计。用户在设计轮廓时无需准确地定位和定形 ， 只需勾画出大致轮廓 ， 然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状 ， 或者只需将零件的关键部分定义为某个参数 ， 通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。参数化设计极大地改善了图形的修改手段 ， 提高了设计的柔性 4。 产品的设计是一个渐进的
7、过程 ， 一般经过概念设计、参数化设计和详细设计 3个阶段 ， 这种渐进的设计过程称为自顶向下 ( Top - Down)设计。自顶向下设计过程具有如下优点 ： 符合产品设计过程和设计人员的思维过程。便于实现多个子系统的协同 ，实现并行设计。为面向装配的设计和面向制造的设计提供条件 6。 4三维、参数化 CAD 技术对齿轮减速器创新设计的作用 减速器的创新设计是减速器制造企业保持竞争优势的关键因数之一。对齿轮减速器制造业来说，减速器创新设计就是符合市场新产品的不断推出，使同类型产品规格齐备。 为了占领市场，国内外减速器制造企业越来越重视新产品的开发。众所周知，高精度的新产品开发的特点是高风险，
8、高回报。如何充分利用企业宝贵的开 发资源，以尽可能低的成本，尽可能快的速度推出符合市场低的新产品，是决策者必须面对的重要课题。成功的新产品开发必须有科学的产品策划，而科学的产品策划依赖于先进的设计技术和制造技术，以便缩短产品进入市场的时间。减速器设计智能化，快捷化，已成为行业发张的迫切需要 7。 在新产品开发时期遇到的困难和问题，一般包括以下几个方面：其一，开发的产品缺乏市场竞争力 ;其二，错过最佳产品上市时机 ;其三，企业综合开发能力与其进行的开发项目部相称 ;其四，开发资源分配不合理，一些项目资源过剩，而另一些项目资源不足等等。从中可以看出 产品开发的周期，速度，以及如何利用企业的已有资源
9、和设计经验对企业的重要性 8。 从以上内容来看，三维参数化 CAD 技术可以有效的解决上述问题，成为减速器创新设计的必然选择。 总结 随着 CAD/CAE 的广泛应用 ， 对系统集成要求越来越高 ， 为了更加高效、直观地进行机械产品的开发和设计 ， 应用三维造型技术将推动现代设计和制造技术的进一步发展。尤其在中国进入 WTO后 ， 国内企业将直面激烈的国际竞争 ， 我们将会愈来愈深地体会到我国制造业的技术水平与发达国家的差距 ， 因此我们必须顺应国际技术发展趋势 ， 积极吸收国际上先进 的思想和工具 ， 进一步提升我国 CAD技术的应用水平 ， 从而增强我国制造业的总体水平和国际竞争力 3。
10、本课题正是基于 PRO/E的参数化特点，对齿轮减速器进行三维造型以及对关键部件齿轮和轴进行参数化设计。 参考文献 1 朱海龙 ， 王凤花， 刘旭亮 ， 张淑娟。基于 Pro/E的圆柱齿轮减速器的三维造型和运动仿真。山西。机械管理开发。 2008(4) 2 邵芝梅，孙建华。 基于 proe 的齿轮减速器三维造型设计及机构仿真。黑龙江。煤矿机械。 2006(7) 3 麻东升 ， 李艳萍 。机械产品的 CAD_CAM 应用及三维造型 技术。天津。 承德职业学院学报。 2006(4) 4 徐立东。机械 CAD/CAM 的推广应用及三维造型技术。应用能源技术。哈尔滨。 2005(4) 5WANG Zhi
11、hui ， CHEN Jing ， SUN Yaomin 。 Parameterized Designing of Gears Three-dimensional Model Based on Pro/E。 Journal of Wuhan University of Technology， Wuhan。 2006， 28(22) 6 毛君 ， 陈洪月 ， 谢苗。 基于 Pro/E 的自顶向下的产品参数化设计。 机械研究与应用。辽宁。 2007(8) 7 许贤泽。 齿轮减速器系统中滚动轴承数据库。武汉测绘科技大学学报。武汉。1995(12) 8 夏建芳 ， 彭先珍。二级圆柱齿轮减速器 CAD/CAI 系统软件研制方法。中南工业大学学报。湖南。 2000(12)
