基于ProE的齒輪油泵三維建模的設計
基于ProE的齒輪油泵三維建模的設計,基于,proe,齒輪,油泵,三維,建模,設計
河南科技學院本科生畢業(yè)論文（設計）任務書
題目名稱： 基 于 Pro/E 的 齒 輪 油 泵 三 維 建 模 設 計
學生姓名
王 勇
所學專業(yè)
機電技術教育
學號
20040315024
指導教師姓名
安愛琴
所學專業(yè)
機械制造及其自動化
職稱
講師
完成期限
2008年 12 月 16 日至 2009 年 6 月 5日
一、論文（設計）主要內(nèi)容及主要技術指標
1.主要內(nèi)容
（1）用Pro/E對齒輪油泵的所有零部件進行三維實體建模；
（2）用Pro/E對齒輪油泵進行虛擬裝配設計；
（3）用Pro/E對齒輪油泵進行動態(tài)機構仿真。
2.技術指標
(1) 齒輪零件采用參數(shù)化設計；
(2) 裝配應無干涉。
二、 畢業(yè)論文（設計）的基本要求
1.畢業(yè)設計（論文）一份：有200字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的參考文獻，正文中要引用5篇以上文獻，并注明文獻出處。論文字數(shù)在6000字以上；
2.有不少于2000漢字的與本課題有關的外文翻譯資料；
3.畢業(yè)設計總字數(shù)在10000字以上。
三、畢業(yè)論文（設計）進度安排
1. 1.2008年12月16日-2008年12月21日，下達畢業(yè)設計任務書；寒假期間完成英文資料翻譯和開題報告。
2. 2009年2月16-2月27日（第1-2周），指導教師審核開題報告、設計方案和英文資料翻譯。
3. 2009年3月2日-4月24日（第3-10周），畢業(yè)設計單元部分設計。
4. 2009年4月20日-4月30日（第10-11周），畢業(yè)設計中期檢查。
5. 2009年5月4日-5月22日（第12-14周），設計仿真、程序調(diào)試、線路板制作調(diào)試，
整理、撰寫畢業(yè)設計報告。
6. 2009年5月25-6月5日（第15-16周）上交畢業(yè)設計報告，指導教師、評閱教師審查評閱設計報告，畢業(yè)設計答辯資格審查。畢業(yè)設計答辯，學生修改整理設計報告。
目 錄
1 緒論 1
1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題 1
1.2 將三維技術應用到機械類專業(yè)課的教學中 1
2 設計概述 2
3 設計過程 3
3.1 齒輪油泵零件建模設計 3
3.1.1 齒輪油泵骨架的設計 4
3.1.2 齒輪油泵主體的設計 5
3.1.3 齒輪油泵左蓋的設計 7
3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設計 8
3.1.5 齒輪軸的設計 8
3.1.6 其它零件的創(chuàng)建 12
3.2 齒輪油泵裝配設計 13
3.2.1 虛擬裝配設計 13
3.2.2 生成爆炸圖 16
4 機構仿真及工作原理動畫 17
4.1 齒輪油泵機構仿真設計 17
4.2 齒輪油泵工作原理動畫仿真 19
5 總結(jié) 22
致謝 23
參考文獻 24
1 緒論
計算機輔助教學是教學發(fā)展的一個焦點，Pro/E等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術的出現(xiàn)為機械類專業(yè)課教學提供了一種極好的現(xiàn)代化教學的工作平臺[1]。
1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題
（1） 在機械類課程的教學中，經(jīng)常需要實物模型幫助學生理解教學內(nèi)容，如果沒有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個立體結(jié)構的。學生缺少對實物的感官認識也就更難理解沒有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學方式是利用教學實物模型，但實物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。
（2） 教學中存在的另一個問題是傳統(tǒng)的教學實物模型一成不變，更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學模型已不能滿足教學和科技時代不斷進步的需要。時代在發(fā)展，教學內(nèi)容在不斷更新，當然教學模型也要跟上教學內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學需要更改實物模型是很困難的。更換新實物模型成本又很高，而舊模型基本沒有再利用的價值，造成很大的浪費。
（3） 傳統(tǒng)的教學模型作運動演示和運動分析也存在很多缺陷，一是學校很難保證有一套完整的機械專業(yè)的教學模型，而且成本也較大；二是有些空間的機構內(nèi)部的運動很難觀察到；三是裝配模型時容易損壞零件，運動容易出故障；四是運動特性的分析也很困難。
（4） 對于機械設計的教學，傳統(tǒng)的教學方法是先展開平面簡圖的構思，形成稍微完整的方案之后，開始繪制三維簡圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或制作簡易的模型。在造型設計的過程中，需要用樣品實物模型來表達設計者的構思，但對每一種方案都制作實物樣品，要付出大量的勞動，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設計周期長及成本費用高等問題。
1.2 將三維技術應用到機械類專業(yè)課的教學中
Pro/E系統(tǒng)是美國參數(shù)技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念，改變了機械CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD／CAE／CAM 領域的新標準。將現(xiàn)代化的Pro/E三維技術應用到在機械專業(yè)課的教學中，可以解決以上傳統(tǒng)教學存在的很多不足[2]。
（1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學，在教學中如果應用Pro/E的三維技術建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學模型的缺點，它同樣具有實物教學模型的直觀、容易理解的優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難的問題，還便于制作多謀體課件。
（2） 把教學中常用的零件、部件和標準件建立起自己的模型庫，利用Pro/E提供的強大的基于特征的參數(shù)化實體造型功能，把教學中常用的零件、部件和標準件，利用微機的存儲信息量大的特點建立起自己的模型庫，以充分利用已有的設計成果和前人的經(jīng)驗。
我們建立的教學模型庫有如下特點：
1） 零件模型庫的覆蓋面廣、標準新；
2） 當教學需要某一零件模型時，可直接從零件模型庫中調(diào)出，不必手工繪制；
3） 零件模型從模型庫中調(diào)入后可任意移動、旋轉(zhuǎn)，在裝配時確定準確的位置；
4） 零件模型庫的操作使用簡捷、方便、靈活、易學易懂；
5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)零件模型庫的資源共享，充分運用網(wǎng)絡資源為教學服務。
（3） 可將各種三維零部件和機械傳動在Pro/E內(nèi)進行虛擬裝配、三維動畫演示和運動特性分析。
總之，把Pro/E的三維技術引入機械專業(yè)課的教學，徹底改變了傳統(tǒng)的教學理念，大大改善了輔助教學環(huán)境，提高了教學效果[3]。通過實踐證明，我們只要認真研究和大膽嘗試輔助教學這一現(xiàn)代化教學手段，不斷地去學習、掌握這種技術，很好地將Pro/E的三維技術應用到我們的機械專業(yè)教學中去，提高工作效率，充分利用微機多媒體輔助教學的優(yōu)越性，調(diào)動學生的積極性，就一定能有效地幫助我們達到降低教學成本，提高教學質(zhì)量的目的。
2 設計概述
本設計主要圍繞齒輪油泵設計這個實例展開。液壓油泵作為一種重要的液壓元件，其規(guī)格和型號比較繁多，傳統(tǒng)的開發(fā)過程繁瑣、 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，大大提高設計人員的開發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實體建模、虛擬裝配、機構仿真等功能進行齒輪油泵的設計。齒輪油泵包含多個零部件，其設計巧妙運用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點并綜合運用多種建模方法和設計方法。
設計的具體要求為：
（1） 齒輪油泵零件建模設計；
（2） 齒輪油泵裝配設計；
（3） 齒輪油泵機構仿真設計；
（4） 齒輪油泵工作原理動畫設計。
3 設計過程
3.1 齒輪油泵零件建模設計
齒輪油泵包含20多個零部件，其設計巧妙運用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點并綜合運用多種建模方法和設計方法[4]，齒輪油泵的最后設計結(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 齒輪油泵骨架的設計
齒輪油泵骨架的設計主要是一系列基準曲線的繪制，其隨后的建模設計建立在骨架設計的基礎上，齒輪油泵的骨架設計結(jié)果如圖3所示。
圖3 齒輪油泵骨架設計結(jié)果
（1） 新建零件文檔；
1） 單擊“新建”按鈕打開“新建”對話框。在“類型”選項組中選取“零件”選項，在“子類型”中選取“實體”選項，在“名稱”文本框中輸入零件名稱“Gear_pump”；
2） 取消“使用缺省模板”復選項，單擊“確定”按鈕。系統(tǒng)打開“新文件選項”對話框，選取其中的“mmns_part_solid”選項，再單擊“確定”按鈕進入三維實體建模環(huán)境[5]。
（2） 草繪基準曲線；
圖4 齒輪油泵骨架草繪
1） 單擊“草繪工具”按鈕打開“草繪”對話框；
2） 選取基準平面FRONT作為草繪平面，其它設置接受系統(tǒng)默認選項，單擊“草繪”，進入草繪界面；
3） 在草圖內(nèi)繪制曲線如圖4所示。
（3） 創(chuàng)建基準平面；
1） 單擊“基準平面工具”按鈕打開“基準平面”對話框；
2） 選取FRONT基準平面作為參照，設置平移距離35；
3） 單擊“確定”，完成DTM1基準平面。
（4） 草繪曲線。
1） 單擊“草繪”打開“草繪”對話框；
2） 選取DTM1作為草繪平面，其它設置接受系統(tǒng)默認選項，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
保存設計結(jié)果，作為骨架設計，關閉窗口。
3.1.2 齒輪油泵主體的設計
（1） 新建零件文檔；
單擊“新建”按鈕打開新建對話框。在“類型”中選“零件”，在“子類型”中選“實體”，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，系統(tǒng)打開設計圖標版[6]；
2） 單擊“打開”按鈕，使用瀏覽的方式打開上一小節(jié)設計的齒輪油泵骨架文件“Gear_pump”.同時系統(tǒng)打開“外部合并”對話框，在該對話框的“約束類型”下選取“缺省”選項，在系統(tǒng)默認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“設計板”上的“確定”。
（3） 創(chuàng)建拉伸實體特征；
1） 單擊“拉伸”打開設計板，在設計板中單擊“放置”打開參照面板，單擊其中“定義”打開“草繪”對話框，選擇FRONT為草繪平面，接受其它默認設置單擊“草繪”進入草繪模式；
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”打開孔設計板。單擊拉伸體端面為主參照。單擊“放置”打開參照面板，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） 補上一個拉伸切削特征，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 齒輪油泵主體設計結(jié)果 圖11左蓋設計結(jié)果
3.1.3 齒輪油泵左蓋的設計
齒輪油泵左蓋的設計同樣以齒輪油泵骨架作為母體零件，綜合運用拉伸、孔和鏡像復制等建模方法。齒輪油泵的最后設計結(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)建拉伸實體特征，如圖13；
圖12 左蓋外部繼承 圖13 左蓋實體拉伸結(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 右蓋設計結(jié)果
3.1.4 創(chuàng)建齒輪泵右側(cè)蓋的設計
齒輪泵右蓋的設計和齒輪油泵左蓋的設計相似，都是以齒輪油泵的骨架作為母本二進行設計的。設計步驟參照左蓋設計，齒輪油泵右蓋的設計結(jié)果如圖17所示。
3.1.5 齒輪軸的設計
齒輪軸的設計以全參數(shù)化標準直齒圓柱齒輪通用件作為母體，對齒輪通用件參數(shù)進行修改并添加必要的特征。齒輪軸的最終設計結(jié)果，如圖18所示。
圖18 齒輪軸設計結(jié)果 圖19 “PROE標準零件庫2.1”對話框
為簡化設計，這里的全參數(shù)化齒輪采用臺灣大學林清安教授開發(fā)的“PROE標準零件庫2.1”.
（1） 打開“PROE標準零件庫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”對話框
修改右邊列表中“可修改”項目，修改齒輪的模數(shù)M=3,齒數(shù)Z=9,齒寬B=25.2.單擊“打開文件”按鈕，輸入零件名稱“gear_shaft_1”,打開的齒輪零件如圖21。
圖21 參數(shù)齒輪調(diào)用
（3） 創(chuàng)建實體拉伸特征 選取上一實體端面為草繪平面，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 齒輪軸設計結(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，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，其建模過程不再詳細介紹。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 齒輪油泵裝配設計
3.2.1 虛擬裝配設計
齒輪油泵的裝配綜合運用到無連接接口約束和連接接口約束。在進行齒輪油泵的裝配前，設計者首先要對齒輪油泵進行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運動自由度，那些元件完全約束。對于具有運動自由度的元件就要根據(jù)具體要求選擇合適的連接接口，反之使用無連接接口的約束進行裝配即可。
（1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱“Gear_pump_model”；
（2） 在默認位置裝配齒輪油泵主體；
單擊“添加元件”按鈕，打開下設計板，選擇缺省，以在默認位置裝配泵的主體。
（3） 向組件中裝配銷；
使用“插入”“對齊”“對齊”三種約束裝配銷釘，使其高出端面“8”。
（4） 重復裝配銷釘；
選中前面裝配好的銷釘零件，然后在“編輯”中選取“重復”打開“重復元件”對話框。
按住“ctrl”鍵，選中“插入”和“對齊”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，打開齒輪油泵文件Gear_shaft_1；
2） 在系統(tǒng)打開的設計板上的“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，打開齒輪油泵零件文件Geat_shaft_2；
2） 在系統(tǒng)打開的裝配設計板上的“用戶定義”下拉菜單中選取“銷釘”連接類型；
3） 在設計板上單擊“移動”按鈕，打開“移動”列表。在該列表的“運動類型”選項中選取“旋轉(zhuǎn)”選項，然后選中“運動參照”副選項；
4） 根據(jù)系統(tǒng)提示選shaft_1的軸線作為旋轉(zhuǎn)運動參照，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，使用瀏覽方式打開齒輪油泵零件文件Gear_pump_rightcover；
2） 在系統(tǒng)打開的裝配設計板上單擊“放置”按鈕，然后在“放置”列表的“約束類型”下拉菜單中選取“對齊”約束類型，然后分別選取軸A8和A15作為約束參照。新建“對齊”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行布爾運算；
1） 在“編輯”主菜單中選取“元件操作”選項打開“元件”菜單，選取“切除”選項；
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系的兩個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相應變化。
（10） 裝配螺栓；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開“blot.prt”；
2） 使用“對齊”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”兩中約束選取相應參照。
（13） 在元件之間進行布爾運算 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參照。
（15） 裝配齒輪；
1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開齒輪油泵零件文件gear；
2） 使用“對齊”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應參照。
（16） 裝配墊片；
（17） 裝配螺母；
（18） 影藏曲線特征。
1） 在模型樹上選中“pack”元件，單擊右鍵，選取“打開”打開該元件；
2) 單擊“層”按鈕，系統(tǒng)顯示“層樹”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“pack”元件的修改結(jié)果，最后的組件顯示結(jié)果如圖36。
圖36 齒輪泵設計結(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，打開分解位置對話框；
（2） 在“分解位置”對話框中，設置“運動類型”等選項組用來調(diào)整爆炸圖中個元件的位置，得到滿意位置后，點擊“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 機構仿真及工作原理動畫
4.1 齒輪油泵機構仿真設計
（1） 準備工作 設置模型顯示外觀，結(jié)果如圖38；
圖38 模型顯示結(jié)果
（2） 進入“機構”模塊；
在“應用程序”主菜單中選取“機構”選項，進入機構仿真界面[6]。
（3） 定義齒輪副連接；
1） 單擊“定義齒輪副連接”按鈕，打開“齒輪副定義”對話框；
圖39 “齒輪定義”對話框 圖40 “齒輪定義”對話框
2）定義齒輪1選項卡，選 “gear_shft_1”為運動軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖39；
3）定義齒輪2選項卡，選 “gear_shft_2”為運動軸，節(jié)圓直徑“27”，如圖40；
4）打開“屬性”選項卡，在“齒輪比”選項組中選取“節(jié)圓直徑”選項。
（3） 創(chuàng)建驅(qū)動；
1） 單擊“定義伺服電機”按鈕，系統(tǒng)彈出“伺服電機定義”對話框；
2） 在“從動圖元”選項組中選取“連接軸”選項，然后選取“gear_shaft_1”的軸線作為連接軸；
3） 在“伺服電機定義”對話框中打開“輪廓”選項卡，在“規(guī)范”中選“速度”選項在“?！敝羞x“常數(shù)”，并將“A”值設為“40”，完成后的對話框如圖41；
圖41 “電機定義”對話框 圖42 定義結(jié)果
4） 完成所以設置后在“伺服電機定義”對話框中單擊“確定，機構設計的最終結(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，彈出“連接組件”對話框，如圖43；
2） 單擊“運行”按鈕，打開“確認”對話框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作，如圖44。
圖43 “連接組件”對話框 圖44 “確認”對話框
（5） 創(chuàng)建運動分析；
1） 單擊“運動分析”按鈕，系統(tǒng)打開如圖“分析定義”對話框；
2） 在“類型”下拉列表框中選擇“運動學”選項，并把運動“終止時間”欄的值修改為“60”，接著單擊“運行”按鈕，觀察齒輪油泵的運動情況；
3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關閉“分析定義”對話框，完成運動分析創(chuàng)建。
（6） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。
1） 單擊“回放以前的運動分析”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖所示“回放”對話框如圖45，單擊其中“回放”按鈕，打開如圖所示“動畫”對話框如圖46；
圖45 “回放”對話框 圖46 “動畫”對話框
2） 在動畫對話框中可以單擊“播放”按鈕觀察仿真結(jié)果；單擊“停止”按鈕結(jié)束運動仿真；單擊“捕獲”按鈕打開“捕獲”對話框如圖所示。單擊其中的“瀏覽”按鈕，彈出“保存副本”對話框，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”對話框中的“確定”按鈕，開始媒體播放文件的制作。
4.2 齒輪油泵工作原理動畫仿真
外嚙合齒輪泵的工作原理：在泵的殼體內(nèi)有一對外嚙合齒輪，齒輪兩側(cè)有端蓋蓋住。殼體、端蓋、齒輪的各個齒間槽組成啦許多密封工作腔。當齒輪旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開，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來，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)，由于齒輪主逐漸進入嚙合，密封工作腔容積逐漸減少，油液便被擠進去。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的。
在齒輪油泵機構仿真設計中，注重運動學的仿真和數(shù)據(jù)分析，對齒輪的內(nèi)部工作原理展示不充分。下邊設計為在組件中裝入“箭頭”零件，表示油液流動方向。
（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） 進入“機構”模式，按先前步驟定義齒輪副和齒輪軸1的伺服電動機“ServoMotor1”；
（3） 定義箭頭向左運動的伺服電動機“ServoMotor2”，在“輪廓”選項卡中定義速度為10，方向如圖49所示；
圖49 電動機方向
（4） 定義箭頭向左運動的伺服電動機“ServoMotor2”，考慮到動畫效果，在“輪廓”選項卡中定義速度改為電動機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，彈出“連接組件”對話框；
2） 單擊“運行”按鈕，打開“確認”對話框，單擊“是”按鈕，完成連接的創(chuàng)建工作。
（6） 創(chuàng)建運動分析；
圖50 電動機方向
1） 單擊“運動分析”按鈕，系統(tǒng)打開如圖“分析定義”對話框；
2） 在“類型”下拉列表框中選擇“位置”選項，并把運動“終止時間”欄的值修改為“64”，定義“電動機”如圖51所示，接著單擊“運行”按鈕，觀察齒輪油泵的運動情況；
3） 完成上述操作后，單擊“確定”按鈕關閉“分析定義”對話框，完成運動分析創(chuàng)建。
圖51 “分析定義”對話框
（7） 回放結(jié)果并制作多媒體播放文件。
用Pro/E制作的簡易工作原理動畫可結(jié)合工作原理的FLASH動畫，幫助理解齒輪泵工作原理。
5 總結(jié)
本文詳細介紹了齒輪油泵的三維設計，從零件建模、零件裝配設計到機構仿真。其中齒輪軸的設計采用了參數(shù)化設計，參數(shù)化設計是Pro/E的一個重要特點。重點描述了齒輪泵工作原理的動畫設計，通過直觀的三維動畫，方便學生理解記憶，且充分調(diào)動學生的積極性，達到了降低教學成本，提高教學質(zhì)量的目的。使用Pro/E仿真設計在展示油泵工作原理時，并不能展示油液的流動情況[19]，所以還要結(jié)合其它軟件設計工作原理動畫。
致謝
本次畢業(yè)設計是在指導老師的悉心指導下完成的。指導老師具有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和較高的理論水平，在治學及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝老師對我的關心指導和幫助。同時對于大學幾年來關心過、指導過、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學院領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的環(huán)境條件。通過這次畢業(yè)設計，不但使我能夠?qū)⒋髮W期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業(yè)領域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。我對指導老師表示崇高的敬意和誠摯的感謝！
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25
畢業(yè)論文（設計）開題報告
題目名稱
基 于 Pro/E 的 齒 輪 油 泵 三 維 建 模 設 計
學生姓名
專業(yè)
機電技術教育
學號
指導教師姓名
所學專業(yè)
機械制造及其自動化
職稱
講師
完成期限
一、 選題的目的意義
計算機輔助教學是教學發(fā)展的一個焦點，Pro/E軟件三維建模技術的發(fā)展以及虛擬制造技術的出現(xiàn)為機械類專業(yè)課教學提供了一種極好的現(xiàn)代化教學的工作平臺。在機械專業(yè)等課程的教學中，經(jīng)常需要實物模型幫助學生理解教學內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學方式是利用教學實物模型，但實物模型攜帶不方便，而且容量損壞，不便于保管。所以把教學中常用的零件、部件和標準件建立起自己的虛擬模型庫，能很大程度降低教學成本，提高教學質(zhì)量。本文即以齒輪油泵的虛擬建模為例進行設計。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著計算機三維建模軟件的發(fā)展，機械類專業(yè)相關的虛擬模型庫得到很大發(fā)展，特別是最基本的工程制圖學科.工程制圖虛擬模型庫綜合運用網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、可視化方法以及Pro/E三維建模技術，建立基于網(wǎng)絡的虛擬模型庫教學系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括工程圖學教學中所涉及的標注尺寸、標準件、典型零件、多個曲面立體相交、看圖練習、兩曲面立體相交、平面立體與曲面立體相交、平面與立體相交、剖視圖、視圖、由軸測圖畫三視圖、軸測圖、裝配體、組合體等十多類模型，以目錄樹的結(jié)構管理。用戶可以對其進行添加、刪除、重命名等操作。機械設計課用虛擬模型庫也有很大發(fā)展，包括減速器設計、夾具設計等。液壓課程用的虛擬模型，包括液壓閥、液壓泵、液壓缸等也在發(fā)展完善。
三、主要研究內(nèi)容
（1）用Pro/E進行齒輪泵的零部件的三維建模（包括：齒輪泵主體、左側(cè)蓋、右側(cè)蓋、齒輪軸、螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷）；
（2）用Pro/E對齒輪泵的所有零部件的虛擬裝配設計；
（3）用Pro/E對齒輪泵的虛擬裝配體生成爆炸圖；
（4）用Pro/E進行齒輪泵的所有零部件進行全局干涉的檢查。
四、畢業(yè)論文（設計）的研究方法或技術路線
研究方法：在老師的指導下,利用圖書館以及網(wǎng)絡技術資料進行整個系統(tǒng)的設計
技術路線：
（1） 參照相關書籍確定齒輪泵的整體結(jié)構及局部尺寸；
（2） 用Pro/E對齒輪泵進行所有零件三維建模設計；
（3） 生成裝配圖；
（4） 全局干涉檢查；
（5） 生成爆炸圖。
五， 要參考文獻與資料
[1] 朱金波.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 工業(yè)產(chǎn)品設計完全掌握[M].北京：兵器工業(yè)出版社.2007.3
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[6] 謝曉華.淺談Pro／ENGINEER的三維技術在機械專業(yè)教學中的應用 [J].湖南科技學院學報,2005(05)：287~288
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五、 指導教師審批意見
年 月 日
本科畢業(yè)論文（設計）
相關中英文翻譯資料
資料題目：計算機輔助設計與制造
學生姓名：
所在院系：機電學院
所學專業(yè)：機電技術教育
CAD and CAM
The engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.
In the beginning, CAD systems were no more than a graphics editor with some built-in design symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of them. The development of free-form curves and surfaces, such as Coon’s patch, Bezier’s patch, and B-spline, enables a CAD systems allow a designer to move into the third dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-path programming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s.
The 1970s marked the beginning of a new era in CAD – the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-frame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well. Later, many commercial systems and research systems were developed. Quite a few of these systems were based on the PADL and BUILD systems. Although they are powerful in representation, many deficiencies still exist. For example, such systems have extreme computation and resource (memory) requirements, an unconventional way of modeling objects and a lack of tolerance capability have all hindered CAD applications. It was not until the mid-1980s that solid modelers made their way into the design environment. Today, their use is as common as drafting and wire-frame model application.
CAD implementations on personal computers (PCs) have brought CAD to the masses. This development has made CAD available and affordable. CAD originally was a tool used only by aerospace and other major industrial corporation. The introduction of PC CAD packages, such as AutoCAD, VersaCAD, CADKEY systems, made small companies, even individuals, own and use CAD. By 1988, more than 100,000 PC CAD Packages had been sold. Today, PC-based solid modelers are available and are becoming increasingly popular. Because rapid developments in microcomputers have enabled PCs to carry the heavy computational load necessary for solid modeling, many solid graphics user interface (GUI) , CAD systems can be ported easily from one computer to another, most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems.
When a design has frozen, manufacturing can begin. Computers have an important role to play in many aspects of production. Numerically controlled (NC) machine tools need a part program to define the components being made; computer techniques exist to assist, and in some cases virtually automate the generation of part programs. Modern shipbuilding fabricates structures from welded steel plates that are cut from a large steel sheet. Computer-controlled flame cutters are often used for this task and the computer is used to calculate the optimum layout of the components to minimize waste metal.
Printed circuit board assembly can also be improved by computer methods. Quality is maintained by computer-controlled automatic test equipment that diagnoses faults in a particular board and rejects defective boards from the assembly line. Computers are used extensively to plot the artwork used to etch printed circuit boards and also to produce part programs for NC drilling machines.
One of the most important manufacturing functions is stock and production control. If the original design is done on a computer, obtaining lists of material requirements is straightforward. Standard computer data processing methods are employed to organize the work flow and order components when required.
Part geometry requires calculation of a large number of tool positions. Part programming software is usually incorporated into a family of CAM (Computer Aided Manufacturing) software. Some CAM software is associated with CAD (Computer Aided Design) software into CAD/CAM stations. Then the CAM software can use the CAD files as a source of data, which speeds up the programming process.
Part programming software is user-friendly, meaning that the programmer does not have to know the computer programming language or its operating system. It uses screen menus to lead the user through the programming process. Data can be entered via the keyboard, the mouse, or the function keys. Experienced programmers can use built-in macro capabilities and advanced techniques such as a family of parts to become even more productive.
Programming software has a dynamic graphics database to hold the actual machining sequences. These sequences can be viewed, edited, chained, or deleted. The programming can be accomplished whether single cuts or CNC machine canned cycle will be used. The software will also automatically calculate the proper feeds and speeds to be used during the machining, create a tooling list, and define the tool path.
Programmers can use different layers to associate with each profile being created or to construct clamps and fixtures to get a complete picture of the part setup. The tool motion can be seen as it will occur at the machine.
Using part programming software, the programmer can easily solve trigonometry problems to define an accurate tool path. When the program is done, the programmer can send it from the PC to the machine via a communication channel using built-in software with communications capability. Good part programming software is capable of:
（1）Establishing the machining parameters and tooling for a particular machine or job.
（2）Defining the geometry and tool path.
（3）Code generation, enabling the programmer to use standard communications protocols or create his or her own.
計算機輔助設計及制造
在講述CAD的基本原理之前，先說說它的簡史是比較合適的。CAD是計算機時代的產(chǎn)品。它從早期的計算機繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計算機圖形學。兩個這樣的系統(tǒng)包括：麻省理工學院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在開發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng)。Sketchpad是在 Sage Project下發(fā)展起來的。CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進行交互操作。
CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT（自動編程工具）碰巧同時問世。后來，X—Y繪圖儀作為計算機繪圖的標準拷貝輸出裝置使用。一個有趣的現(xiàn)象是X—Y繪圖儀與NC鉆床具有相同的基本結(jié)構，除啦繪圖筆被NC機床上的主軸的刀具代替之外。
開始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個帶有內(nèi)置設計符號的繪圖編輯器。供用戶使用的幾何元素只有直線、圓弧以及兩者的組合。自由曲線及曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝賽爾嵌面以及B樣條曲線，使得CAD可用于復雜曲線與曲面設計。三維CAD設計允許設計者進入三維設計空間。由于一個三維模型包含啦NC刀具路徑編程所需要的足夠信息，所以能夠開發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一概念開發(fā)的，并從20世紀70年代至80年代流行起來。
20世紀70年代末，三維實體建模的發(fā)明標志著CAD一個新時代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達一個物體。這在某種意義上是含糊的，一個簡單的模型可能有幾種解釋。同時也無法獲得一個模型的體積信息。實體模型包含完整的信息，因此，他們不僅可用于生成工程圖，而且也可在同一模型上完成工程分析。后來，開發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當多的是基于PADL和BUICD系統(tǒng)。盡管他們在表達上是強有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強的計算能力和內(nèi)存需求，非常規(guī)的物體建模實體建模開始介入設計環(huán)境。今天實體建模的應用如同繪圖和線框模型應用一樣普遍。
在個人計算機上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應用面廣并且很經(jīng)濟。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD，VersaCAD，CADKEY等個人機CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷售10萬個以上的PCCAD軟件包。今天，基于個人計算機的迅速發(fā)展使得個人計算機的實體建模的PCCAD易于獲得，并且銷售變得更為普及。由于微型計算機的迅速發(fā)展使得個人計算機能夠承受實體模型需要的大量計算負荷，所以如今許多實體模型在PC機上運行，并且作為平臺已不成問題。隨著標準圖形用戶界面的發(fā)展CAD系統(tǒng)可以很容易的從一臺計算機向另一臺計算機傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能夠在不同的平臺上運行。在大型計算機、工作站和基于個人計算機的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒有區(qū)別。
當設計確定之后，制造才能開始。計算機在生產(chǎn)的許多方面扮演者一個重要角色。數(shù)控機床需要一個零件程序來表達被加工零件；計算機技術起到輔助作用，在謀些情況下實質(zhì)上是自動生產(chǎn)零件加工程序。現(xiàn)代造船是用從大張鋼板上切下并焊接鋼板來制造船體結(jié)構的。計算機控制的火焰切割機經(jīng)常用于此項任務，而且計算機用于計算最佳排料，已是邊角廢料最少。
印刷電路板裝配過程也可以通過計算機方法加以改進。質(zhì)量是由計算機控制的自動檢測裝置來保證的，該裝置能在裝配線上檢測到某個有缺陷的板子，并且能從裝配線上刪除。計算機廣泛用于繪制蝕刻到印刷電路板上的布線圖，并且生成數(shù)控鉆床所需的零件程序。
最重要的功能之一是庫存和生產(chǎn)控制。如果原始設計是在計算機上進行的，則獲取材料需求清單則是直截了當?shù)?。標準的計算機數(shù)據(jù)處理方法是用于組織這項工作流程，并且按需訂購零件。
零件的幾何形狀需要計算大量刀位。零件編程軟件通常是并入一個計算機輔助制造軟件包中的。一些計算機輔助制造軟件與計算機輔助設計軟件合并成計算機輔助設計與制作工作站。計算機輔助制造軟件可使用計算機輔助設計文件作為數(shù)據(jù)源，這樣加快啦編程的進程。
零件編程軟件是一個用戶界面友好的軟件，這意味著程序員不必懂的計算機編程語言或它的操作系統(tǒng)。它用屏幕菜單引導使用者完成編程過程。數(shù)據(jù)可通過鍵盤、鼠標或功能鍵輸入。有經(jīng)驗的程序員可使用計算機巨大的內(nèi)置內(nèi)容和諸如系列零件族的先進技術來獲得更高的生產(chǎn)力。
編程軟件有一個動態(tài)圖形數(shù)據(jù)庫來支持實際加工程序。這些程序可被顯示、編輯、串聯(lián)或刪除。無論是單一切削還是采用CNC機床固定循環(huán)加工，程序都可生成。該軟件也會自動計算加工中所用的適當進給量和切削速度，生產(chǎn)一個刀具清單和定義刀具路徑。程序員為生成的每一個輪廓分配不同的圖層或用另外的圖層加入卡具與夾具獲得一個完整的零件工裝圖?？梢钥吹饺缤跈C床上進行實際加工一樣的刀具運動過程。
使用零件編程軟件，程序員能夠很容易的解決三角學問題，以確定準確的刀具路徑。當一個程序編好后，程序員可以從PC機上通過通信線路用帶有通信能力的內(nèi)置軟件將程序傳送給數(shù)控機床。好的零件編程軟件應具備如下條件：
（1）建立加工參數(shù)以及用于特殊機床或任務的刀具。
（2）定義幾何模型及刀具路徑。
（3）生成代碼，能讓程序員確定將使用什么代碼以及如何輸出到機床。
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