基于Pro/E的凸緣聯(lián)軸器參數(shù)化設(shè)計(jì)

施 云，張曉東，王 保

凸緣聯(lián)軸器是重要的機(jī)械基礎(chǔ)部件，廣泛用于各種傳動機(jī)械［1］。在傳統(tǒng)的制作工藝中，設(shè)計(jì)人員先畫出產(chǎn)品的三維圖，并將三維圖轉(zhuǎn)換成二維圖，再做進(jìn)一步校核和修改，并委托生產(chǎn)部門制作出實(shí)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用［2－5］。計(jì)算機(jī)軟件的使用大幅度提高了設(shè)計(jì)效率，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步對設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制作工藝與工廠生產(chǎn)的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化極不相稱。因?yàn)檠邪l(fā)人員設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和用到的三維數(shù)學(xué)模型都是相對固定的，不同的是產(chǎn)品的幾何尺寸存在差異，這種幾何尺寸差異源于相同數(shù)目的已知參數(shù)在設(shè)計(jì)不同尺寸的產(chǎn)品時(shí)所賦予的數(shù)值，所以可以將已知的條件和其他隨產(chǎn)品變化的基本參數(shù)用相對應(yīng)的變量代替，然后根據(jù)這些條件和參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)查詢數(shù)據(jù)庫或通過計(jì)算及其他方式，自動生成圖形，這就大大提高了設(shè)計(jì)效率。

在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，用約束條件控制模型的幾何形狀，用參數(shù)變化控制模型的設(shè)計(jì)結(jié)果。因此可以通過參數(shù)變化改變零件幾何外形的方式達(dá)到制作相似零件的目的。目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的研發(fā)過程。

1 凸緣聯(lián)軸器的建模

1.1 凸緣聯(lián)軸器主要參數(shù)

凸緣聯(lián)軸器主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是一個(gè)半聯(lián)軸器上的凸肩與另一個(gè)半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對中，另一種是通過螺栓孔來保證兩轉(zhuǎn)軸對中。從凸緣聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)可以看出，凸緣聯(lián)軸器由兩個(gè)幾何外形一樣的左右半聯(lián)軸器組成，這兩個(gè)半聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)是相同的，因此，可以先畫出一個(gè)半聯(lián)軸器，再通過Pro/E軟件中的鏡像功能自動生成另一半，這可以簡化設(shè)計(jì)步驟，提高設(shè)計(jì)效率，也減少了約束關(guān)系。

凸緣聯(lián)軸器的主要參數(shù)包括以下幾個(gè)方面：外徑、中徑、孔徑、凸緣厚度、沉孔和長度。

1.2 建模過程

1.2.1 凸緣聯(lián)軸器的生成

利用Pro/E軟件繪制的凸緣聯(lián)軸器如圖1所示。

圖1 凸緣聯(lián)軸器實(shí)體

1.2.2 凸緣聯(lián)軸器參數(shù)的輸入

Pro/E軟件具有強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，我們先輸入不同的數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)的自動數(shù)據(jù)處理功能得出不同的三維模型。除了凸緣聯(lián)軸器的主要參數(shù)以外，我們還添加了鍵槽高度、螺栓孔直徑、鍵槽寬度、螺栓孔的位置偏移量、倒圓角、倒角、螺栓孔個(gè)數(shù)等參數(shù)來控制凸緣聯(lián)軸器的幾何外形和特征。

要實(shí)現(xiàn)Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，就必須完成如下工作。

1）添加凸緣聯(lián)軸器關(guān)系

添加凸緣聯(lián)軸器關(guān)系是完成參數(shù)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要的一環(huán)，包括參數(shù)與名稱建立、賦予關(guān)系和約束方程的編輯。凸緣聯(lián)軸器關(guān)系添加以后，幾何尺寸參數(shù)和圖形的名稱就建立了直接相關(guān)關(guān)系，凸緣聯(lián)軸器參數(shù)化設(shè)計(jì)就完成了其預(yù)期的功能，只要用戶更改幾何尺寸參數(shù)，計(jì)算機(jī)就能自動將參數(shù)的數(shù)值賦予關(guān)系式，并通過計(jì)算生成對應(yīng)的模型，這就減少設(shè)計(jì)所用的時(shí)間。

2）建立數(shù)值輸入框

我們利用Pro/E軟件自帶的Pro/PROGRAM功能［6－8］制作了一個(gè)簡易的參數(shù)數(shù)值輸入界面框（圖 2）。從圖2可以看出，單擊菜單欄中的菜單管理器，選取下拉菜單“程序”，單擊“得到輸入”，就可以進(jìn)入“輸入”對話框，選擇要修改的參數(shù)項(xiàng)目。

圖2 參數(shù)項(xiàng)目輸入對話框

2 凸緣聯(lián)軸器的二次開發(fā)

利用Pro/TOOLKIT二次開發(fā)工具和VS2005編程軟件［9－10］，我們可以開發(fā)一個(gè)小程序。 利用軟件系統(tǒng)自帶的UI對話框［11］開發(fā)一個(gè)簡單的交互式界面，把它注冊到Pro/E軟件系統(tǒng)就可以在菜單欄中加入聯(lián)軸器菜單（圖3），點(diǎn)擊菜單進(jìn)入后就可以直接輸入?yún)?shù)，獲得新的凸緣聯(lián)軸器圖形。

圖3 凸緣聯(lián)軸器菜單

VS2005（Visual Studio 2005）是一款功能強(qiáng)大的基于NET2.0框架的編程工具，利用VS2005能開發(fā)跨平臺的應(yīng)用程序。

用戶界面對話框設(shè)計(jì)技術(shù) （user interface dialog boxes，簡稱UI對話框）是Pro/Toolkit的二次開發(fā)工具提供的一種交互界面設(shè)計(jì)技術(shù)。利用該UI對話框技術(shù)就可以在上述的聯(lián)軸器菜單程序中設(shè)計(jì)出與Pro/E軟件系統(tǒng)本身對話框具有相似風(fēng)格的參數(shù)數(shù)值輸入界面。

參數(shù)數(shù)值輸入界面設(shè)計(jì)分為兩個(gè)方面：一是按所需的界面布局編寫資源文件，二是編寫與對話框的功能相一致的程序。點(diǎn)擊菜單欄中的聯(lián)軸器按鈕，選擇二級菜單中的凸緣聯(lián)軸器選項(xiàng)，單擊后即可進(jìn)入如圖4所示的參數(shù)數(shù)值輸入界面。

圖4 凸緣聯(lián)軸器參數(shù)選擇

更改全部參數(shù)后，點(diǎn)擊“再生模型”按鈕即可獲得新的模型，根據(jù)模型便可確定程序設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期要求。至此，凸緣聯(lián)軸器的參數(shù)化變形設(shè)計(jì)全部完成，改變參數(shù)后獲得的新的凸緣聯(lián)軸器模型如圖5所示。

圖5 凸緣聯(lián)軸器的參數(shù)化效果圖

3 結(jié)論

在軟件Pro/E和VS2005的基礎(chǔ)上，完成了凸緣聯(lián)軸器的參數(shù)化設(shè)計(jì)，Pro/E在參數(shù)化設(shè)計(jì)方面有強(qiáng)大的功能，用戶可以按照自己的思路完成設(shè)計(jì)。凸緣聯(lián)軸器的其他一些特征設(shè)計(jì)也可應(yīng)用此方法，這種方式提高了參數(shù)化設(shè)計(jì)的效率。設(shè)計(jì)者只需更改相應(yīng)的參數(shù)值，就可繪制想要的模型。未來的研究方向是在制造一些大型復(fù)雜的裝配體中實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，這將有助于縮短產(chǎn)品的研發(fā)、制造周期，提高產(chǎn)品在市場上的競爭力。

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