基于Pro_E的轴类零件参数化建模技术探讨_肖志信

文章编号:1002-6886(2007)01-0071-03
基于Pro/E 的轴类零件参数化建模技术探讨*
肖志信
(湖南工学院,湖南 衡阳 421002)
*基金项目:衡阳市科技局基础研究计划项目(编号:06kj03)。

作者简介:肖志信(1968)),男,汉族,湖南衡阳人,湖南工学院副教授,硕士,已在各级刊物上发表论文20余篇,主要研究方向为:现代机械
设计技术研究。

收稿日期:2006-12-14
摘要:介绍了基于Wildfire Pro/E 特征造型的三维参数化造型技术,讨论了二次开发的三种方法,并以轴类零件为例详细阐述了参数化设计的实现过程,对其它类型零件提出了开发思路。

关键词:参数化设计 Pro/E 特征模型 轴类零件
The Research on the Te chnology of S haft Parts Parameterizecl Design Base d on Pro/E
XIAO Zh -i x in
A bstract:This Paper introduces the three -dimensional parameterized modeling technology based on wildfire Pro/E char -acterist ic modeling,T hree m eans of re -develop are discussed ,and put shaft parts as an example,explains the realization process of parameteric design,it proposed the development meutality to other type com ponents.
Key w ords:parametric design;Pro/E;feature modeling;shaft parts
1 前言
轴是组成机器的重要零件之一,它主要用来支承轴上的回转零件(如齿轮,带轮等)使其具有确定的工作位置,并传递运动和动力[1]。

用传统的方法对轴进行设计,由于计算繁琐,设计效率低,且易出差错。

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CA D 技术特性中,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CA D 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,每一主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[2-3]。

2 轴特征分析
特征是为了表达产品的完整信息而提出的一个概念,包含了零件形状、工艺方法、结构功能、相互关系等信息。

主要按产品数据信息、几何形状、功能和制造方法分类,目前尚无统一的定义。

特征一般可以分为形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征、有限元特征、制造特征等;其中最重要的是形状特征,其它特征通常作为一种产品的定义的数据和操作方法附加到形状特征上,作为形状
特征的属性和映射。

从CA D/CA M 集成的角度出发,轴类零件特征通常可以划分为以下几类[4]:
1)形状特征用于构造轴类零件的几何形状,可将其划分为主特征和辅特征两大类,主特征用于构造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。

辅特征用于对主特征进行局部修饰(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,它依附在主特征或另一辅助特征之上,不能单独存在。

在对轴类零件进行分析后,可建立如图1所示的形状特征模型。

主特征外部特征:圆柱体、圆锥体、齿轮轴、螺纹轴,内部特征:圆柱孔、圆锥孔、螺纹孔、方孔,辅特征
外辅特征:外圆角、外倒角、退刀槽、越程漕,内辅特征:内倒角、内圆角、螺纹孔、中心孔,
图1 轴类零件形状特征
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。

精度特征可分为尺寸公差、几何公差和表面粗
糙度。

尺寸公差可分为定形尺寸公差和定位尺寸公差,几何公差可分为形状公差和位置公差。

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、配合情况等信息。

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。

形状特征进行参数化处理时,可采用参数代替形状特征的几何尺寸,它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
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71# 计算机应用
参数随之发生变化(如键槽尺寸随轴径的变化而变化)。

3参数驱动的实现方式比较
轴类零件进行参数化设计时通常分两大功能模块,即参数与结构设计模块及参数化造型模块。

参数与结构设计模块采用面向对象的程序语言(如V B、V C++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。

有关参数与结构设计技术已比较成熟,方法较多,在此不再多述。

参数化造型模块采用当前的主流三维CAD软件(如pr o/E、U G、so lidw or ks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Pr o/E为平台探讨参数化造型的实现方式[5]。

3.1族表法
Pr o/E提供了族表(Fam ily T able)功能,以建立零件族。

即在零件设计时,如果某些零件非常相似,就不必一一单个建立,事先创建一个具有代表性的零件(父零件),以编辑族表的方式,将相异的尺寸、特征、参数等变化性项目添入此族表内,系统会自动读取族表内容,产生零件。

利用族表法创建通用模型时,为了确保参数驱动时不发生特征再生失败,应充分考虑特征的/父子0关系,按照合理的顺序建模,通常将固定不变的形状特征放在前面,变化可能性最大的特征放在后面。

为检验族表中的零件是否成功再生,可利用Pr o/E的/校验0功能,系统会自动对族表中所包含的实例一一校验,校验成功之后,该图库就创建完成。

Pr o/E的族表功能可以系统地管理众多相类似的零件群,族表的应用能使零件群分类清楚、提取迅速,具有很高的效率。

该方法特别适合于形状结构相似而尺寸略有不同的标准件库的创建,亦可用于近似零件系列的生成。

3.2program法
Pr o/E提供了可程序化工具-P ro/prog r am。

P ro/ pr og ram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/pro-
g ram,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0菜单中的/显示设计0选项可以显示Pr o/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0按钮,在菜单管理器中会出现/得到输入0选项。

/当前值0表示采用模型中的现有参数;/输入0表示要求输入参数值,以改变模型中的造型。

选取/输入0选项后,会出现IN P U T 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Pr o/pr og ram程序模块进行二次开发,系统产生的prog ram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。

3.3Pro/Toolkit法
P ro/T oo lkit参数化驱动的基本原理是采用三维模型与程序控制相结合的方式,三维模型不由程序创建,而是利用交互方式生成。

在已创建的零件三维模型的基础上,可根据零件的设计要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数。

参数化程序针对该零件的设计参数进行编程,实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的三维模型的功能。

Pro/T oolkit工具包提供了开发P ro/E所需的函数库文件和头文件,使用户编写的应用程序能够安全地控制和访问Pr o/E,并可实现应用程序模块与P ro/E系统的无缝集成。

P ro/too kit是通过外部的应用程序对P ro/E进行驱动,其主要目的是让用户或第三方通过C程序代码扩充P ro/E系统的功能,开发基于P ro/E系统的应用程序模块,从而满足用户的特殊要求。

通过P ro/T o olkit可以开发出非常友好的人机交互界面,操作起来更加简单、方便、快捷,而且可以联结到数据库,从而大大提高系统的使用效率。

4实例
下面就以7段阶梯轴为例介绍Pr o/E中轴类零件参数化模型的建立。

4.1创建通用模型
模型创建步骤如下[6]:
1)新建模型文件,取名为7SpeedShaft。

2)利用P rog ram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P rotr usion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。

经过上述操作后,创
建的零件通用模型如图2
所示。

4.2模型的应用
用户启动P ro/E后,
打开模板文件7speedshaft,点击输入,完成选取后按屏幕提示输入下列相应参数:
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];
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#现代机械2007年第1期
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 JCB 1:[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 nu mber of JCL2:[63];
括号内为原有数值,输入完参数后,自动按照参数生成。

输入参数为:D1=100;L 1=180;D2=105;L2=100;D3=110;L 3=110;D4=115;L4=160;D5=136;L5=15;D6=130;L5=50;D7=110;L5=50;JCB1=30;JCH 1=20;JCL 1=170;JCB2=40;JCH2=20;JCL2=146;
图3为变更前的阶梯轴零件模型;变更后的阶梯轴零件模型如图4
所示。

5 结束语
本文探讨了利用Pro /E 软件进行二次开发的方法,通过实例展现了P ro /E 的开发功能,对其它零件利用Pr o/E 进行参数化设计有一定的借鉴作用。

但是,Pro /E 是大型CA D/CA E/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。

另外,可在现有基础上进一步开发轴有限元分析、运动仿真、数控加工等其它功能模块,以增加其功能,扩大应用范围。

参考文献
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2林清安.Pro/ENGINEER Wildfire 零件设计进阶篇[上]1[M ]1中国铁道出版社,2004,133~157
3林清安.Pro/ENGINEER Wildfire 零件设计进阶篇[下]1[M ]1中国铁道出版社,2004,56~71
4崔凤奎等.Pr o/E ngineer 机械设计[M ]1机械工业出版社,2004:103~112
5纪连清等.Pro/E ngineer 下冲压模具标准件参数化驱动的实现[J]1煤矿机械,2006,27(4):621~623
6方建军,刘仕良等.机械设计与应用)Pro/ENGINE ER Wildfire 技巧与范例[M]1化学工业出版社,2003:67~79
(上接第52页)
的能量较大,设备占有时间也较长。

利用激光按一定图案进行扫描,就形成了在图案轨迹上为坚硬的骨架,而在其它部份仍为柔软材质的表层。

在早期的摩擦过程中,由于已有一定厚度的坚硬层存在,表层的树脂受热分解和材料的转移被抑制而使磨损减缓,从而保证了制动带摩擦材料在摩擦热的作用下有足够的时间形成内部固化的四层结构。

因此在一定的温度范围里摩擦始终在较坚固的裂纹分布层与残碳层附近表面进行,故摩擦系数能保持稳定,比未经激光表面改性的摩擦系数相对提高,磨损率减小。

3 结论
1)利用激光能束处理摩擦材料,可以形成在图案轨迹上为坚硬的骨架,其它部份为柔软材质的表层,缩短材料早期摩擦性能不稳定的过程,改善摩擦材料的早期性能,使摩擦材料产品更安全可靠。

2)适当提高固化温度和固化时间参数,可使早期性能得到改善,但过高的固化温度往往又会使摩擦材料脆化而
失去韧性。

3)摩擦材料运行时,树脂的分解和树脂的固化同时进行,要保证摩擦材料早期性能得到改善,必须使树脂的固化成为主导行为。

参考文献
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2周元康等.双重改性树脂改善编织摩擦材料性能研究1非金属矿,200629(4):60
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4盛刚等1制动摩擦材料研究的现状与发展[J]1西安工业学院学报,200020(5);131,130
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