基于ProE實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模

1、基于Pro/E實現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模魏永樂,晁彩霞遼寧工程技術(shù)大學(xué)機械學(xué)院,遼寧阜新(123000摘要:利用Pro/Engineer系統(tǒng)提供的Pro/Program、Pro/Toolkit等二次開發(fā)模塊以及功能強大的Visual C+編程工具,在Pro/Engineer系統(tǒng)中實現(xiàn)了齒輪三維參數(shù)化建模,提高了齒輪的設(shè)計質(zhì)量和效率。關(guān)鍵詞:Pro/E;二次開發(fā);參數(shù)化建摸;齒輪中圖分類號:TP391.721.引言齒輪作為最重要的基礎(chǔ)傳動零件被廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中,因此齒輪設(shè)計的是否合理,將直接影響到設(shè)備的生產(chǎn)效率和壽命。由于齒輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,故齒輪的設(shè)計和生產(chǎn)過程中,需要進(jìn)行大量的分析

2、、計算和繪圖工作。在傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計中,齒輪的設(shè)計和強度校核過程主要是通過人工完成的,存在計算繁瑣、設(shè)計周期長、效率低等問題,而且容易出現(xiàn)設(shè)計誤差和錯誤,難以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。建立齒輪的三維實體模型,分析齒輪工作狀態(tài)和受力狀況,得到優(yōu)化齒形,這對于提高齒輪的傳動質(zhì)量和使用壽命有重要意義。本文以Pro/Engineer為平臺,利用Pro/Toolkit等二次開發(fā)模塊,探討了直齒漸開線齒輪三維參數(shù)化建模的方法,最終實現(xiàn)了齒輪三維模型快速、精確的建立。并且為進(jìn)一步實現(xiàn)齒輪的傳動及受力分析奠定了基礎(chǔ)。2.Pro/E二次開發(fā)工具Pro/Engineer系統(tǒng)是美國PTC公司的優(yōu)秀產(chǎn)品,提供了產(chǎn)品三維造型設(shè)計、加

3、工、分析及繪圖等功能的完整CAD/CAE/CAM解決方案。目前Pro/E軟件在我國的機械、模具、汽車、航天、電子、家電、工業(yè)設(shè)計、玩具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用。Pro/E在提供強大的產(chǎn)品設(shè)計、分析、制造等功能的同時,還為用戶提供了多種二次開發(fā)工具,有:族表、用戶定義特征、Pro/Program、J-link、Pro/Toolkit等1。本文Pro/Program 和Pro/Toolkit二次開發(fā)工具。2.1 Pro/Program在產(chǎn)品設(shè)計過程中,經(jīng)常遇到許多零件的外形具有高度的重復(fù)性,那么重復(fù)相同的步驟導(dǎo)致設(shè)計效率很低。為了提高設(shè)計效率,Pro/E提供了一個可程序化的工具Pro/Program

4、。在Pro/E系統(tǒng)中,每建立一個模型,都會有一個宏文件記錄模型的產(chǎn)生過程,如果對這個宏文件進(jìn)行修改,就可以控制模型的建立過程,從而控制所生成的模型7。用戶可以根據(jù)設(shè)計需要利用Pro/Program工具來編輯模型的宏文件,使其作為一個程序來運行,用戶只需要通過人機交互的方法來輸入模型的主要參數(shù),便可直接生成零件模型,從而大大地提高了零件設(shè)計效率。2.2 Pro/ToolkitPro/Toolkit是Pro/E中自帶的基于Visual C+的二次開發(fā)工具。Pro/Toolkit能實現(xiàn)與Pro/E 的無縫集成,是Pro/E自帶的功能最強大的二次開發(fā)工具2。其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼擴充

5、Pro/E系統(tǒng)的功能,開發(fā)基于Pro/E系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊,從而滿足用戶的特殊要求。它提供了大量的C 語言庫函數(shù),能夠使外部應(yīng)用程序(客戶應(yīng)用程序安全有效地訪問Pro/E 的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序。還可以利用Pro/Toolkit 提供的UI 對話框、菜單以及VC 的可視化界面技術(shù),設(shè)計出方便實用的人機界面,從而大大提高用戶的設(shè)計效率1。3.齒輪參數(shù)化建模的實現(xiàn)3.1 生成漸開線漸開線的生成是齒輪設(shè)計過程中的關(guān)鍵。漸開線的定義是繞在圓上的線展開時,線保持與圓相切,線的端點形成的軌跡2。漸開線的數(shù)學(xué)分析如圖1所示。 根據(jù)以上分析,可以得到漸開線的數(shù)學(xué)公式:xc =r*cos(ang x =xc+(s*

6、sin(angyc =r*sin(ang y =yc-(s*cos(ang利用Pro/E 中的關(guān)系式,即可生成漸開線,但需要使用系統(tǒng)的一個變量“t”,“t”的變化范圍是0到1;“PI”表示圓周率,是Pro/E 的默認(rèn)變量。0°90°范圍內(nèi)的漸開線關(guān)系式如下:ang=t*90r=base_dia/2 s=(PI*r*t/2 xc=r*cos(ang yc=r*sin(ang x=xc+(s*sin(ang y=yc-(s*cos(ang z=0漸開線創(chuàng)建完成后,利用三維造型功能創(chuàng)建齒輪模型。如圖2所示。 圖1 漸開線的數(shù)學(xué)分析Fig.1 Math analysis of In

7、volute Curve圖2 漸開線齒輪Fig.2 Involute Curve gear3.2 創(chuàng)建Pro/Program 程序1輸入齒輪的主要參數(shù),并建立主要與次要參數(shù)之間的關(guān)系。在INPUT 與 END INPUT 之間輸入如下語句:Z=20 /齒輪齒數(shù)M=2 /齒輪模數(shù)WIDTH=12 /齒輪寬度PRESSURE_ANGLE=20 /齒輪壓力角在RELATION 與END RELATION 之輸入如下語句:pitch_dia=z*m /分度圓直徑root_dia=z*m-2.5*m /齒根圓直徑top_dia=z*m+2*m /齒頂圓直徑base_dia=z*m*cos(pressur

8、e_angle /基圓直徑addendum=m /齒頂高dedendum=1.25*m /齒根高tooth_thickness=m*PI/2 /齒厚2完成后保存退出,將程序合并到模型中。3.3 定制用戶界面用戶界面是采用Pro/Toolkit 提供的UI 對話框技術(shù)創(chuàng)建的,由菜單項調(diào)用,如圖3所示。 執(zhí)行程序之前,應(yīng)當(dāng)先在當(dāng)前窗口中打開齒輪模型,以使齒輪模型的主要參數(shù)在“參數(shù)列表”中顯示出來,否則“參數(shù)列表”中的內(nèi)容將為空。在該用戶界面中,可以完成如下操作:1編輯參數(shù) 在“數(shù)值”輸入框中輸入新的參數(shù)值并按回車鍵,即可完成對參數(shù)值的修改。2添加參數(shù) 輸入新參數(shù)的名稱、值和類型后,單擊“添加”按鈕

9、即可創(chuàng)建新的參數(shù)對圖3 用戶界面 Fig 3 User Interface4再生模型 若選參數(shù)已被定義為模型特征或草圖的驅(qū)動尺寸,修改值后,單擊“再生”按鈕,模型會隨之變化。3.4 編寫參數(shù)化建模源程序1編寫源程序由VC 向?qū)ё詣觿?chuàng)建程序框架后,添加必要的代碼就構(gòu)成了完整的Pro/Toolkit 應(yīng)用程序。主要包括兩個方面的工作:一是設(shè)計程序在Pro/E 中運行需要的接口程序和終止程序;二是Pro/Toolkit 應(yīng)用程序的主體部分。user_initialize(、user_terminate(是用戶初始化函數(shù)和用戶結(jié)束中斷函數(shù)。user_initialize(用于設(shè)置用戶的交互接口,如設(shè)置

10、菜單、調(diào)用對話框或直接調(diào)用所需函數(shù)等。user_terminate(用于結(jié)束應(yīng)用程序的執(zhí)行1。應(yīng)用程序主體部分主要由自定義函數(shù)組成,可以由菜單項調(diào)用。由于篇幅限制,在此僅介紹幾個主要函數(shù):/“添加”按鈕函數(shù)定義void AddParam_Action(char *dialog,char *component, ProAppData data ProCharLine strtmpv,strtmp;/其它變量定義ProMdlCurrentGet(&model;ProMdlToModelitem(model, &modelitem;ProUIInputpanelValueGet(di

11、alog,"Param_Name",&s_value; /從用戶界面獲得參數(shù)名 /從用戶界面獲得參數(shù)值、類型ProWstringToString(strtmp,seletype;if (strcmp(strtmp,"PRO_PARAM_DOUBLE"=0/ 判斷參數(shù)類型是否為DOUBLE 型 /根據(jù)參數(shù)類型設(shè)置參數(shù)值proval.type=PRO_PARAM_DOUBLE;else/ 判斷參數(shù)類型,并設(shè)置參數(shù)值ProParameterCreate(&modelitem,s_value,&proval, &param;/創(chuàng)建

12、參數(shù)對象ListLabelsSet(dialog,"ParamsList"/重新設(shè)置列表框/“刪除”按鈕函數(shù)定義void DelParam_Action(char *dialog, char *component, ProAppData data int n_names,i;char* names;ProArrayAlloc(0, sizeof(char *, 1, (ProArray *&names;/為指針names 分配空間ProUIListSelectednamesGet(dialog,"ParamsList",&n_names,

13、&names; /選擇要刪除的參數(shù) if (n_names!=1 return;/未選中,則退出atoi(names0-1;/確定要刪除的參數(shù)的位置ProArrayFree(ProArray *&names; / /釋放內(nèi)存ProParameterDelete(p_data+i;/ 刪除參數(shù)ListLabelsSet(dialog,"ParamsList" /重新設(shè)置列表框/“再生”按鈕函數(shù)定義V oid Regen_Action(char *dialog, char *component, ProAppData data ProMdl model;ProM

14、dlCurrentGet(&model;/獲得當(dāng)前模型Param_Update(dialog,"Param_Value"/更新ProSolidRegenerate(ProSolidmodel,PRO_B_TRUE;/模型再生ProWindowRepaint(PRO_V ALUE_UNUSED;2 應(yīng)用程序的注冊和運行1應(yīng)用程序必須在Pro/E 中進(jìn)行注冊才能運行,即向Pro/E 系統(tǒng)提供該程序的可執(zhí)行文件、菜單資源文件、對話框資源及信息資源文件的位置,以及此程序所依據(jù)的Pro/Toolkit 的版本信息等。故需要編寫應(yīng)用程序的注冊文件,其格式如下:name /應(yīng)用程序的名稱startup /程序的啟動方式exec_file /dll 程序路徑及名稱text_dir /應(yīng)用程序資源文件的路徑revision /Pr