基于ProE的齒輪油泵三維建模的設(shè)計(jì)

基于ProE的齒輪油泵三維建模的設(shè)計(jì),基于,proe,齒輪,油泵,三維,建模,設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 1 1.1 機(jī)械專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題 1 1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)中 1 2 設(shè)計(jì)概述 2 3 設(shè)計(jì)過(guò)程 3 3.1 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì) 3 3.1.1 齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì) 4 3.1.2 齒輪油泵主體的設(shè)計(jì) 5 3.1.3 齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì) 7 3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設(shè)計(jì) 8 3.1.5 齒輪軸的設(shè)計(jì) 8 3.1.6 其它零件的創(chuàng)建 12 3.2 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì) 13 3.2.1 虛擬裝配設(shè)計(jì) 13 3.2.2 生成爆炸圖 16 4 機(jī)構(gòu)仿真及工作原理動(dòng)畫(huà) 17 4.1 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì) 17 4.2 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)仿真 19 5 總結(jié) 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24 1 緒論 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)，Pro/E等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械類專業(yè)課教學(xué)提供了一種極好的現(xiàn)代化教學(xué)的工作平臺(tái)[1]。 1.1 機(jī)械專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題 （1） 在機(jī)械類課程的教學(xué)中，經(jīng)常需要實(shí)物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，如果沒(méi)有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個(gè)立體結(jié)構(gòu)的。學(xué)生缺少對(duì)實(shí)物的感官認(rèn)識(shí)也就更難理解沒(méi)有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教學(xué)實(shí)物模型，但實(shí)物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。 （2） 教學(xué)中存在的另一個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)物模型一成不變，更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科技時(shí)代不斷進(jìn)步的需要。時(shí)代在發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容在不斷更新，當(dāng)然教學(xué)模型也要跟上教學(xué)內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學(xué)需要更改實(shí)物模型是很困難的。更換新實(shí)物模型成本又很高，而舊模型基本沒(méi)有再利用的價(jià)值，造成很大的浪費(fèi)。 （3） 傳統(tǒng)的教學(xué)模型作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析也存在很多缺陷，一是學(xué)校很難保證有一套完整的機(jī)械專業(yè)的教學(xué)模型，而且成本也較大；二是有些空間的機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)很難觀察到；三是裝配模型時(shí)容易損壞零件，運(yùn)動(dòng)容易出故障；四是運(yùn)動(dòng)特性的分析也很困難。 （4） 對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是先展開(kāi)平面簡(jiǎn)圖的構(gòu)思，形成稍微完整的方案之后，開(kāi)始繪制三維簡(jiǎn)圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或制作簡(jiǎn)易的模型。在造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要用樣品實(shí)物模型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，但對(duì)每一種方案都制作實(shí)物樣品，要付出大量的勞動(dòng)，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)及成本費(fèi)用高等問(wèn)題。 1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)中 Pro/E系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，改變了機(jī)械CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD／CAE／CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。將現(xiàn)代化的Pro/E三維技術(shù)應(yīng)用到在機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)中，可以解決以上傳統(tǒng)教學(xué)存在的很多不足[2]。 （1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學(xué)，在教學(xué)中如果應(yīng)用Pro/E的三維技術(shù)建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學(xué)模型的缺點(diǎn)，它同樣具有實(shí)物教學(xué)模型的直觀、容易理解的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難的問(wèn)題，還便于制作多謀體課件。 （2） 把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件建立起自己的模型庫(kù)，利用Pro/E提供的強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型功能，把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件，利用微機(jī)的存儲(chǔ)信息量大的特點(diǎn)建立起自己的模型庫(kù)，以充分利用已有的設(shè)計(jì)成果和前人的經(jīng)驗(yàn)。 我們建立的教學(xué)模型庫(kù)有如下特點(diǎn)： 1） 零件模型庫(kù)的覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)新； 2） 當(dāng)教學(xué)需要某一零件模型時(shí)，可直接從零件模型庫(kù)中調(diào)出，不必手工繪制； 3） 零件模型從模型庫(kù)中調(diào)入后可任意移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，在裝配時(shí)確定準(zhǔn)確的位置； 4） 零件模型庫(kù)的操作使用簡(jiǎn)捷、方便、靈活、易學(xué)易懂； 5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)零件模型庫(kù)的資源共享，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源為教學(xué)服務(wù)。 （3） 可將各種三維零部件和機(jī)械傳動(dòng)在Pro/E內(nèi)進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫(huà)演示和運(yùn)動(dòng)特性分析。 總之，把Pro/E的三維技術(shù)引入機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)，徹底改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，大大改善了輔助教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果[3]。通過(guò)實(shí)踐證明，我們只要認(rèn)真研究和大膽嘗試輔助教學(xué)這一現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷地去學(xué)習(xí)、掌握這種技術(shù)，很好地將Pro/E的三維技術(shù)應(yīng)用到我們的機(jī)械專業(yè)教學(xué)中去，提高工作效率，充分利用微機(jī)多媒體輔助教學(xué)的優(yōu)越性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，就一定能有效地幫助我們達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。 2 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)主要圍繞齒輪油泵設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)例展開(kāi)。液壓油泵作為一種重要的液壓元件，其規(guī)格和型號(hào)比較繁多，傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程繁瑣、 效率低下、 繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實(shí)體建模、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)仿真等功能進(jìn)行齒輪油泵的設(shè)計(jì)。齒輪油泵包含多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法。 設(shè)計(jì)的具體要求為： （1） 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì)； （2） 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì)； （3） 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)； （4） 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。 3 設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1 齒輪油泵零件建模設(shè)計(jì) 齒輪油泵包含20多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法[4]，齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示，組件分解圖如圖2所示。 圖1 齒輪油泵三維圖 圖2 齒輪油泵爆炸圖 3.1.1 齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì) 齒輪油泵骨架的設(shè)計(jì)主要是一系列基準(zhǔn)曲線的繪制，其隨后的建模設(shè)計(jì)建立在骨架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，齒輪油泵的骨架設(shè)計(jì)結(jié)果如圖3所示。 圖3 齒輪油泵骨架設(shè)計(jì)結(jié)果 （1） 新建零件文檔； 1） 單擊“新建”按鈕打開(kāi)“新建”對(duì)話框。在“類型”選項(xiàng)組中選取“零件”選項(xiàng)，在“子類型”中選取“實(shí)體”選項(xiàng)，在“名稱”文本框中輸入零件名稱“Gear_pump”； 2） 取消“使用缺省模板”復(fù)選項(xiàng)，單擊“確定”按鈕。系統(tǒng)打開(kāi)“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框，選取其中的“mmns_part_solid”選項(xiàng)，再單擊“確定”按鈕進(jìn)入三維實(shí)體建模環(huán)境[5]。 （2） 草繪基準(zhǔn)曲線； 圖4 齒輪油泵骨架草繪 1） 單擊“草繪工具”按鈕打開(kāi)“草繪”對(duì)話框； 2） 選取基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面，其它設(shè)置接受系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)，單擊“草繪”，進(jìn)入草繪界面； 3） 在草圖內(nèi)繪制曲線如圖4所示。 （3） 創(chuàng)建基準(zhǔn)平面； 1） 單擊“基準(zhǔn)平面工具”按鈕打開(kāi)“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框； 2） 選取FRONT基準(zhǔn)平面作為參照，設(shè)置平移距離35； 3） 單擊“確定”，完成DTM1基準(zhǔn)平面。 （4） 草繪曲線。 1） 單擊“草繪”打開(kāi)“草繪”對(duì)話框； 2） 選取DTM1作為草繪平面，其它設(shè)置接受系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)，單擊“草繪”； 3） 繪制如圖5所示曲線。 圖5 齒輪油泵骨架草繪二 保存設(shè)計(jì)結(jié)果，作為骨架設(shè)計(jì)，關(guān)閉窗口。 3.1.2 齒輪油泵主體的設(shè)計(jì) （1） 新建零件文檔； 單擊“新建”按鈕打開(kāi)新建對(duì)話框。在“類型”中選“零件”，在“子類型”中選“實(shí)體”，在“名稱”文本框中輸入零件名稱“Gear_part_m”。 （2） 創(chuàng)建外部繼承特征； 1） 單擊“插入”主菜單中選取“共享數(shù)據(jù)”/“合并/繼承”選項(xiàng)，系統(tǒng)打開(kāi)設(shè)計(jì)圖標(biāo)版[6]； 2） 單擊“打開(kāi)”按鈕，使用瀏覽的方式打開(kāi)上一小節(jié)設(shè)計(jì)的齒輪油泵骨架文件“Gear_pump”.同時(shí)系統(tǒng)打開(kāi)“外部合并”對(duì)話框，在該對(duì)話框的“約束類型”下選取“缺省”選項(xiàng)，在系統(tǒng)默認(rèn)位置裝配齒輪油泵骨架文件； 3） 單擊“外部合并”中的“確定”，單擊“設(shè)計(jì)板”上的“確定”。 （3） 創(chuàng)建拉伸實(shí)體特征； 1） 單擊“拉伸”打開(kāi)設(shè)計(jì)板，在設(shè)計(jì)板中單擊“放置”打開(kāi)參照面板，單擊其中“定義”打開(kāi)“草繪”對(duì)話框，選擇FRONT為草繪平面，接受其它默認(rèn)設(shè)置單擊“草繪”進(jìn)入草繪模式； 2） 在草繪平面內(nèi)使用“抓取邊”工具繪制拉伸剖面圖，然后單擊“確定”退出草繪，調(diào)整方向輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖。再次單擊“拉伸”按鈕，選取上一零件端面作為草繪平面，進(jìn)入草繪模式； 3） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的實(shí)體特征如圖所示； 4） 再次單擊“拉伸”，選取上一零件右側(cè)面為草繪平面，進(jìn)入草繪模式； 5） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，輸入深度“9.5”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖6所示。 圖6 齒輪油泵主體拉伸結(jié)果 圖7 齒輪油泵主體創(chuàng)建孔結(jié)果 （4） 創(chuàng)建孔特征； 1） 單擊“孔”打開(kāi)孔設(shè)計(jì)板。單擊拉伸體端面為主參照。單擊“放置”打開(kāi)參照面板，選取“同軸”放置類型，然后激活“次參照”，選取拉伸體軸線； 2） 完成后的“放置”，設(shè)置“形狀”列表，最后完成的孔特征如圖所示； 3） 再次用孔特征創(chuàng)建孔，如圖7所示。 （5） 創(chuàng)建螺紋修飾特征，如圖8； （6） 創(chuàng)建倒圓角特征，如圖9； （7） 補(bǔ)上一個(gè)拉伸切削特征，最后完成的零件圖，如圖10。 圖8 齒輪油泵主體螺紋修飾結(jié)果 圖9 齒輪油泵主體倒圓角結(jié)果 圖10 齒輪油泵主體設(shè)計(jì)結(jié)果 圖11左蓋設(shè)計(jì)結(jié)果 3.1.3 齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì) 齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)同樣以齒輪油泵骨架作為母體零件，綜合運(yùn)用拉伸、孔和鏡像復(fù)制等建模方法。齒輪油泵的最后設(shè)計(jì)結(jié)果，如圖11所示。 （1） 新建零件文件，輸入零件名稱“Gear_pump_leftcover”； （2） 創(chuàng)建外部繼承特征，如圖12； （3） 創(chuàng)建拉伸實(shí)體特征，如圖13； 圖12 左蓋外部繼承 圖13 左蓋實(shí)體拉伸結(jié)果 （4） 創(chuàng)建拉伸切削特征，如圖14； （5） 創(chuàng)建階梯孔，如圖15； 圖14 左蓋拉伸切削結(jié)果 圖15 左蓋階梯孔結(jié)果 （6） 創(chuàng)建倒圓角特征，如圖16。 圖16 左蓋倒圓角結(jié)果 圖17 右蓋設(shè)計(jì)結(jié)果 3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設(shè)計(jì) 齒輪泵右蓋的設(shè)計(jì)和齒輪油泵左蓋的設(shè)計(jì)相似，都是以齒輪油泵的骨架作為母本二進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)步驟參照左蓋設(shè)計(jì)，齒輪油泵右蓋的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖17所示。 3.1.5 齒輪軸的設(shè)計(jì) 齒輪軸的設(shè)計(jì)以全參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪通用件作為母體，對(duì)齒輪通用件參數(shù)進(jìn)行修改并添加必要的特征。齒輪軸的最終設(shè)計(jì)結(jié)果，如圖18所示。 圖18 齒輪軸設(shè)計(jì)結(jié)果 圖19 “PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”對(duì)話框 為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這里的全參數(shù)化齒輪采用臺(tái)灣大學(xué)林清安教授開(kāi)發(fā)的“PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”. （1） 打開(kāi)“PROE標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)2.1”，如圖19所示； （2） 從“零件類型”中選擇“齒輪”，零件規(guī)格選擇“20T”，如圖20所示； 圖20“正齒輪”對(duì)話框 修改右邊列表中“可修改”項(xiàng)目，修改齒輪的模數(shù)M=3,齒數(shù)Z=9,齒寬B=25.2.單擊“打開(kāi)文件”按鈕，輸入零件名稱“gear_shaft_1”,打開(kāi)的齒輪零件如圖21。 圖21 參數(shù)齒輪調(diào)用 （3） 創(chuàng)建實(shí)體拉伸特征 選取上一實(shí)體端面為草繪平面，繪制草圖，拉伸深度為“10”，拉伸結(jié)果如圖23； 圖22 齒輪軸拉伸草繪 圖23 齒輪軸拉伸結(jié)果 （4） 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體特征，旋轉(zhuǎn)結(jié)果如圖25； 圖24 齒輪軸旋轉(zhuǎn)草繪 圖25 齒輪軸旋轉(zhuǎn)結(jié)果 （5） 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)切削特征，以切出槽，切槽結(jié)果如圖27； 圖26 齒輪軸切槽草繪 圖27 齒輪軸切槽結(jié)果 （6） 重復(fù)旋轉(zhuǎn)切削，切出另一端的槽； （7） 創(chuàng)建鍵槽，結(jié)果如圖29； 圖28 齒輪軸鍵槽草繪 圖29 齒輪軸鍵槽結(jié)果 （8） 創(chuàng)建倒角特征，結(jié)果如圖30； 圖30 齒輪軸倒角結(jié)果 圖31 齒輪軸設(shè)計(jì)結(jié)果 （9） 創(chuàng)建螺紋修飾特征 選擇“插入”、“修飾”、“螺紋” ； 選取作圖平面為參照面，右圖面為螺紋起始面，輸入深度為10，直徑為12.6。 （10） 隱藏基準(zhǔn)，完成齒輪軸的創(chuàng)建，如圖31。 3.1.6 其它零件的創(chuàng)建 至此齒輪油泵的主要零件以創(chuàng)建完成，下面還有很多裝配用的小零件，其建模過(guò)程不再詳細(xì)介紹。只列出其最終結(jié)果，如圖32。 包括：螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷。 a）螺釘 b）外部齒輪 c）平鍵 d）圓墊片 e）螺母 f）壓蓋 g）圓柱銷 圖32 其它零件 至此齒輪油泵所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。 3.2 齒輪油泵裝配設(shè)計(jì) 3.2.1 虛擬裝配設(shè)計(jì) 齒輪油泵的裝配綜合運(yùn)用到無(wú)連接接口約束和連接接口約束。在進(jìn)行齒輪油泵的裝配前，設(shè)計(jì)者首先要對(duì)齒輪油泵進(jìn)行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運(yùn)動(dòng)自由度，那些元件完全約束。對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)自由度的元件就要根據(jù)具體要求選擇合適的連接接口，反之使用無(wú)連接接口的約束進(jìn)行裝配即可。 （1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱“Gear_pump_model”； （2） 在默認(rèn)位置裝配齒輪油泵主體； 單擊“添加元件”按鈕，打開(kāi)下設(shè)計(jì)板，選擇缺省，以在默認(rèn)位置裝配泵的主體。 （3） 向組件中裝配銷； 使用“插入”“對(duì)齊”“對(duì)齊”三種約束裝配銷釘，使其高出端面“8”。 （4） 重復(fù)裝配銷釘； 選中前面裝配好的銷釘零件，然后在“編輯”中選取“重復(fù)”打開(kāi)“重復(fù)元件”對(duì)話框。 按住“ctrl”鍵，選中“插入”和“對(duì)齊”兩種約束方式。單擊添加，共裝配4根銷釘。 （5） 向組件中裝配齒輪油泵左蓋； 使用“匹配”“插入”“插入”三種約束。 （6） 向組件中裝配齒輪軸一； 1） 單擊右工具箱中的“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵文件Gear_shaft_1； 2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的設(shè)計(jì)板上的“用戶定義”中選取“銷釘”連接類型； 3） 完成“放置”列表，裝配結(jié)果如圖33。 圖33 裝配齒輪軸一 （7） 向組件中裝配齒輪軸二； 1） 單擊右工具箱中“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件Geat_shaft_2； 2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的裝配設(shè)計(jì)板上的“用戶定義”下拉菜單中選取“銷釘”連接類型； 3） 在設(shè)計(jì)板上單擊“移動(dòng)”按鈕，打開(kāi)“移動(dòng)”列表。在該列表的“運(yùn)動(dòng)類型”選項(xiàng)中選取“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，然后選中“運(yùn)動(dòng)參照”副選項(xiàng)； 4） 根據(jù)系統(tǒng)提示選shaft_1的軸線作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參照，然后在工作區(qū)中旋轉(zhuǎn)齒輪軸二，使兩齒輪正確嚙合，最后的嚙合結(jié)果如圖34。 圖34 裝配齒輪軸二 （8） 向組件中裝配齒輪油泵右蓋； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，使用瀏覽方式打開(kāi)齒輪油泵零件文件Gear_pump_rightcover； 2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的裝配設(shè)計(jì)板上單擊“放置”按鈕，然后在“放置”列表的“約束類型”下拉菜單中選取“對(duì)齊”約束類型，然后分別選取軸A8和A15作為約束參照。新建“對(duì)齊”約束選取軸A9和A16作為約束參照； 3） 新建“匹配”約束類型，選取油泵主體端面和右蓋端面，輸入偏距“0”； 4） 最后完成的“放置”列表如下圖，最后裝配結(jié)果如圖35。 圖35 裝配右蓋 （9） 在裝配的元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算； 1） 在“編輯”主菜單中選取“元件操作”選項(xiàng)打開(kāi)“元件”菜單，選取“切除”選項(xiàng)； 2） 根據(jù)系統(tǒng)提示選取右蓋為被切除元件，單擊“確定”，接著選取和其有相交關(guān)系的兩個(gè)銷作為切除參照元件； 3） 最后單擊“再生”，再生后轉(zhuǎn)配結(jié)果如圖，被切除的右蓋零件會(huì)相應(yīng)變化。 （10） 裝配螺栓； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)“blot.prt”； 2） 使用“對(duì)齊”約束，選取螺栓軸線和螺栓孔軸線； 3） 使用“匹配”約束，選取螺栓頭下端面和螺栓孔上端面。 （11） 重復(fù)裝配螺栓； （12） 向組件中裝配壓緊螺母； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件Pack； 2） 使用“插入”和“匹配”兩中約束選取相應(yīng)參照。 （13） 在元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算 同步驟9一樣，切除壓緊螺母； （14） 裝配鍵； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件key； 2） 使用“匹配”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。 （15） 裝配齒輪； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)齒輪油泵零件文件gear； 2） 使用“對(duì)齊”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。 （16） 裝配墊片； （17） 裝配螺母； （18） 影藏曲線特征。 1） 在模型樹(shù)上選中“pack”元件，單擊右鍵，選取“打開(kāi)”打開(kāi)該元件； 2) 單擊“層”按鈕，系統(tǒng)顯示“層樹(shù)”窗口。選取“PRT_ALL_CURVES”,單擊右鍵選取保存； 3) 在空白處單擊右鍵，選取“保存狀態(tài)”； 4) 接著保存對(duì)“pack”元件的修改結(jié)果，最后的組件顯示結(jié)果如圖36。 圖36 齒輪泵設(shè)計(jì)結(jié)果 3.2.2 生成爆炸圖 （1） 從菜單欄中選擇“視圖”“分解”“編輯位置”命令，打開(kāi)分解位置對(duì)話框； （2） 在“分解位置”對(duì)話框中，設(shè)置“運(yùn)動(dòng)類型”等選項(xiàng)組用來(lái)調(diào)整爆炸圖中個(gè)元件的位置，得到滿意位置后，點(diǎn)擊“確定”按鈕。 編輯爆炸圖完成后，得到分解視圖下的齒輪油泵裝配爆炸圖，效果如圖37。 圖37 齒輪泵爆炸圖 4 機(jī)構(gòu)仿真及工作原理動(dòng)畫(huà) 4.1 齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì) （1） 準(zhǔn)備工作 設(shè)置模型顯示外觀，結(jié)果如圖38； 圖38 模型顯示結(jié)果 （2） 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”模塊； 在“應(yīng)用程序”主菜單中選取“機(jī)構(gòu)”選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)構(gòu)仿真界面[6]。 （3） 定義齒輪副連接； 1） 單擊“定義齒輪副連接”按鈕，打開(kāi)“齒輪副定義”對(duì)話框； 圖39 “齒輪定義”對(duì)話框 圖40 “齒輪定義”對(duì)話框 2）定義齒輪1選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_1”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖39； 3）定義齒輪2選項(xiàng)卡，選 “gear_shft_2”為運(yùn)動(dòng)軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖40； 4）打開(kāi)“屬性”選項(xiàng)卡，在“齒輪比”選項(xiàng)組中選取“節(jié)圓直徑”選項(xiàng)。 （3） 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)； 1） 單擊“定義伺服電機(jī)”按鈕，系統(tǒng)彈出“伺服電機(jī)定義”對(duì)話框； 2） 在“從動(dòng)圖元”選項(xiàng)組中選取“連接軸”選項(xiàng)，然后選取“gear_shaft_1”的軸線作為連接軸； 3） 在“伺服電機(jī)定義”對(duì)話框中打開(kāi)“輪廓”選項(xiàng)卡，在“規(guī)范”中選“速度”選項(xiàng)在“模”中選“常數(shù)”，并將“A”值設(shè)為“40”，完成后的對(duì)話框如圖41； 圖41 “電機(jī)定義”對(duì)話框 圖42 定義結(jié)果 4） 完成所以設(shè)置后在“伺服電機(jī)定義”對(duì)話框中單擊“確定，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終結(jié)果如圖42所示。 （4） 創(chuàng)建連接； 1） 在“編輯”主菜單中選取“連接”選項(xiàng)，彈出“連接組件”對(duì)話框，如圖43； 2） 單擊“運(yùn)行”按鈕，打開(kāi)“確認(rèn)”對(duì)話框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作，如圖44。 圖43 “連接組件”對(duì)話框 圖44 “確認(rèn)”對(duì)話框 （5） 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析； 1） 單擊“運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)打開(kāi)如圖“分析定義”對(duì)話框； 2） 在“類型”下拉列表框中選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)”選項(xiàng)，并把運(yùn)動(dòng)“終止時(shí)間”欄的值修改為“60”，接著單擊“運(yùn)行”按鈕，觀察齒輪油泵的運(yùn)動(dòng)情況； 3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關(guān)閉“分析定義”對(duì)話框，完成運(yùn)動(dòng)分析創(chuàng)建。 （6） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。 1） 單擊“回放以前的運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖所示“回放”對(duì)話框如圖45，單擊其中“回放”按鈕，打開(kāi)如圖所示“動(dòng)畫(huà)”對(duì)話框如圖46； 圖45 “回放”對(duì)話框 圖46 “動(dòng)畫(huà)”對(duì)話框 2） 在動(dòng)畫(huà)對(duì)話框中可以單擊“播放”按鈕觀察仿真結(jié)果；單擊“停止”按鈕結(jié)束運(yùn)動(dòng)仿真；單擊“捕獲”按鈕打開(kāi)“捕獲”對(duì)話框如圖所示。單擊其中的“瀏覽”按鈕，彈出“保存副本”對(duì)話框，在次選擇文件的保存路徑，選擇保存格式并填寫文件名稱。完成后單擊“捕獲”對(duì)話框中的“確定”按鈕，開(kāi)始媒體播放文件的制作。 4.2 齒輪油泵工作原理動(dòng)畫(huà)仿真 外嚙合齒輪泵的工作原理：在泵的殼體內(nèi)有一對(duì)外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)有端蓋蓋住。殼體、端蓋、齒輪的各個(gè)齒間槽組成啦許多密封工作腔。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開(kāi)，密封工作腔容積逐漸增大，形成部分真空，郵箱中的油液被吸進(jìn)來(lái)，將齒間槽充滿，并隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，把油液帶到左側(cè)壓油腔去。在壓油區(qū)一側(cè)，由于齒輪主逐漸進(jìn)入嚙合，密封工作腔容積逐漸減少，油液便被擠進(jìn)去。吸油區(qū)和壓油區(qū)是由相互嚙合的齒輪以及泵體分割開(kāi)的。 在齒輪油泵機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)中，注重運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真和數(shù)據(jù)分析，對(duì)齒輪的內(nèi)部工作原理展示不充分。下邊設(shè)計(jì)為在組件中裝入“箭頭”零件，表示油液流動(dòng)方向。 （1） 在組建“gear_pump_model.asm”中組裝“箭頭”零件，結(jié)果如圖47所示； 圖47 裝配結(jié)果 圖48 裝配體前視圖 （2） 進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”模式，按先前步驟定義齒輪副和齒輪軸1的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor1”； （3） 定義箭頭向左運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor2”，在“輪廓”選項(xiàng)卡中定義速度為10，方向如圖49所示； 圖49 電動(dòng)機(jī)方向 （4） 定義箭頭向左運(yùn)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)“ServoMotor2”，考慮到動(dòng)畫(huà)效果，在“輪廓”選項(xiàng)卡中定義速度改為電動(dòng)機(jī)1的10倍：100，方向如圖50所示； （5） 創(chuàng)建連接； 1） 在“編輯”主菜單中選取“連接”選項(xiàng)，彈出“連接組件”對(duì)話框； 2） 單擊“運(yùn)行”按鈕，打開(kāi)“確認(rèn)”對(duì)話框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作。 （6） 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析； 圖50 電動(dòng)機(jī)方向 1） 單擊“運(yùn)動(dòng)分析”按鈕，系統(tǒng)打開(kāi)如圖“分析定義”對(duì)話框； 2） 在“類型”下拉列表框中選擇“位置”選項(xiàng)，并把運(yùn)動(dòng)“終止時(shí)間”欄的值修改為“64”，定義“電動(dòng)機(jī)”如圖51所示，接著單擊“運(yùn)行”按鈕，觀察齒輪油泵的運(yùn)動(dòng)情況； 3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關(guān)閉“分析定義”對(duì)話框，完成運(yùn)動(dòng)分析創(chuàng)建。 圖51 “分析定義”對(duì)話框 （7） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。 用Pro/E制作的簡(jiǎn)易工作原理動(dòng)畫(huà)可結(jié)合工作原理的FLASH動(dòng)畫(huà)，幫助理解齒輪泵工作原理。 5 總結(jié) 本文詳細(xì)介紹了齒輪油泵的三維設(shè)計(jì)，從零件建模、零件裝配設(shè)計(jì)到機(jī)構(gòu)仿真。其中齒輪軸的設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)是Pro/E的一個(gè)重要特點(diǎn)。重點(diǎn)描述了齒輪泵工作原理的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，通過(guò)直觀的三維動(dòng)畫(huà)，方便學(xué)生理解記憶，且充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，達(dá)到了降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。使用Pro/E仿真設(shè)計(jì)在展示油泵工作原理時(shí)，并不能展示油液的流動(dòng)情況[19]，所以還要結(jié)合其它軟件設(shè)計(jì)工作原理動(dòng)畫(huà)。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。指導(dǎo)老師具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和較高的理論水平，在治學(xué)及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝老師對(duì)我的關(guān)心指導(dǎo)和幫助。同時(shí)對(duì)于大學(xué)幾年來(lái)關(guān)心過(guò)、指導(dǎo)過(guò)、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和寬松的環(huán)境條件。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我能夠?qū)⒋髮W(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識(shí)。非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助過(guò)我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵(lì)才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識(shí)和為人也深深地影響著我。我對(duì)指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 謝曉華.淺談Pro／ENGINEER的三維技術(shù)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 [J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2005(05)：287~288 [2] 劉明光 ，蔣立軍. 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