三维参数化在零部件设计中的优越性探析

三维参数化在零部件设计中的优越性探析、随着社会的进步和制造业的飞速发展，传统的二维设计方式由于其局限性，已不能很好地满足现代化工业对产品设计的成本与质量等要求。因此，集设计/分析/制造一体化且易学好用的三维设计软件一直倍受相关企业的青睐。制造行业也成为了三维CAD/CAM/CAE软件应用的先锋。

一部复杂的机器，零部件众多，对于其中特征简单的零件利用传统的二维CAD进行设计对于还是较为方便价廉的；但是对于形状复杂或者变量较多的零部件，采用三维CAD则极为神速，尤其是应用三维软件的参数化设计功能。

以往我们学习过零部件的非参数化设计，即设计是只针对某一个特定性状的零部件，或者利用尺寸驱动功能进行简单的参数调整，并不适合于系列化、标准化、设计变更频繁的零部件，比如齿轮、标准件等，下面我们以行星齿轮轴为例，基于Pro-Engineer谈一下三维参数化设计。

1 参数化设计概述

就如同铁扇公主的芭蕉扇，念动咒语，可大可小，能变形状，但变来变去还是一把神奇的扇子。在建立数学模型的过程中，需要提取零件的相关特征参数和位置参数，并进行集中设定，编辑相关参数相对于其变量的关系式或设置数值，然后，根据需要修改变量，利用尺寸驱动与联动形成新的产品数模，这就是个参数化设计过程。

对于系列化、标准化、设计变更多的零部件，参数化设计事半功倍。例如：变速箱中的所有渐开线圆柱齿轮，数量较多，尺寸各不相同，但关键参数只有“齿数”、“模数”、“压力角”、“齿宽”、“齿形系数”、“变位系数”、“齿

根高系数”等，把这些关键参数提取出来，在参数编辑器进行设定，并赋予初始值。取某个齿轮的参数开始建模，在建模过程中，Pro/e会对出现的每个尺寸分配一个符号，在关系编辑器中对必要的尺寸进行关系式的编辑，这样就形成了齿轮的参数化模型，我们可以对应变速箱中的各个齿轮逐一进行参数的修改和另存，就生成了这一系列齿轮的参数模型。

2 参数化设计实例

行星轮芯轴的参数化设计。现在有一个圆柱形、空心、两端带倒角、一端带凹槽的行星轮芯轴，它用于承载行星减速器的行星齿轮。如何让它“活”起来，就要看我们编制的“咒语”了。

首先，我们要把需要用到的参数提取出来，如表1所示。

表1 在Pro/e中对芯轴需要设置的参数

建立芯轴模型的步骤：

2.1 设置参数

在菜单栏中单击“工具”，在弹出的菜单上选择“参数”，出现参数编辑器，单击“”按钮添加如表1中的所有参数，同时对添加的参数赋初始值，检查后单击“确定”，如图1-1，1-2所示。

图1-1 行星轮轴的参数化模型树

图1-2 参数编辑器

2.2 建立轴主体的拉伸特征

芯轴的法向截面为闭合环面，单击窗体右侧快捷工具栏中的“拉伸”图标，在弹出的拉伸操控板上定义内部草绘，绘制草绘截面，单击“”，

输入拉伸长度和方向，单击预览，“”。如图1-3，1-4，1-5所示。

图1-3 拉伸操控板

图1-4 轴拉伸特征的草绘

图1-5 轴的主体拉伸特征

单击窗体右侧快捷工具中的“”图标，打开倒角操控板，输入倒角长度，在绘图区点选要倒角的边，预览，“”。

2.3 添加倒角特征

2.4 添加止动槽的拉伸剪切特征

单击图标建立参考面“DTM 1”选择“YOP”面作为平移参考面，平移距离5（可设置为不超过轴外表面的任意值）。选择“DTM 1”作为绘图面，

添加左端面为附加参考面，草绘矩形，单击“”在拉伸操控板上选择“穿透所有”，并“切除材料”，选择正确方向，单击

预览，“”。到此芯轴的非参数模型已建好。如图1-6，1-7所示。

图1-6 参考面“Dtm1”位置

图1-7 止动垫圈槽的拉伸剪切特征

2.5 对建立的模型参数化

单击菜单栏“工具”，选择

“关系”，打开关系编辑器，点选要编辑的特征，此特征的所有尺寸会出现，点选要编辑的尺寸，此尺寸的符号将出现在编辑区。编辑关系式，令：轴外径等于，轴内径等于，轴长等于，四个倒角的长度分别等于，面的偏移量等于，止动槽截面的形位尺寸分别等于。编

辑好关系式，单击“确定”，完成。如图1-8所示。

图1-8 关系编辑器

2.6 再生模型

单击工具栏“再生”图标，立即生成新模型。如图1-9所示。

图1-9 芯轴的参数化实体模型

2.7 保存

就这样，一根“活”的芯轴画出来了，在参数编辑器中改变它的直径、內径、倒角尺寸、止动槽的位置和尺寸，然后更新一下，相同系列不同尺寸的另一个芯轴就做出来了。

3 参数化设计的优越性

通过实例，我们了解了参数化建模的思路：设置参数→制作数学模型→编辑关系式→尺寸驱动生成新零件。用了45分钟完成这个芯轴的数学模型建立，用了15分钟将其参数化，而输入新的一组参数生成另外一根芯轴只用了5分钟。试想，如果设计是非参数化的，那么再设计一个类似的行星轮芯轴就要再重新建立数学模型，还得45分钟。如果是设计齿轮，建立单个数学模型的时间就更长，从几个小时到数天，但如果将其参数化设计，针对某类齿轮，只建立一次数学模型，其余的尺寸系列通过编辑不同参数来生成岂不是事半功倍？再有种类繁多的标准件，倘若逐个建立数学模型，得多少时间？如果根据分类，每一类建立一个参数化数模就够了。在我们的设计工作中，系列化、标准化、设计变更较多的零部件除了齿轮、标准件之外还有很多，比如：传动轴、传动螺纹、塑料紧固件、键连接部件、轮胎、轮毂、货箱等都是比较适合参数化设计的，用好三维参数化设计，对这类零部件设计效率的提高是显著的，在我们的工作中大有用武之地。