毕业设计（论文）基于PROE齿轮类零件参数化设计

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1、基于Pro/E的齿轮类零件参数化设计摘 要：基于Pro/E开发平台，应用Pro/TOOLKIT工具包以及VC+6.0编程语言开发了齿轮参数化设计系统，通过在VC+6.0中创建的对话框修改齿轮参数，例如模数、齿数、齿宽、压力角、变位系数等，可以得到相应的渐开线齿轮，从而满足设计要求。实际应用表明该系统可以大幅度提高工作效率。该系统的建立方法亦可应用于其他零件的参数化设计。关键词：Pro/E；齿轮；参数化设计；建模Abstract: based on Pro/E platform，a gear parametric design system is developed applying Pro/T

2、OOLKIT application development kit and VC+6.0. Through changing the gear parameters in the application interface, such as modulus, number of teeth, tooth width, pressure angle, variable coefficient, etc, the corresponding involute gear to meet the design requirements can be gotten. The application s

3、hows that the system can greatly improve efficiency. The establishment of the system method can be applied to other parts， is not confined to the parameters of gear design.Keywords：Pro/E；Gear；Parametric Design；Modeling前 言随着CAD技术的发展，三维造型技术的应用越来越广泛。渐开线齿轮由于能保证特定传动比、受力方向不变等优点，而广泛应用于各种通用机械中，但因其齿廓形状和轮体结构复

4、杂多变而成为三维造型技术的难点。Pro/E为解决这一难题提供了方便，它是美国参数技术公司( Parametric Technology Corporation, 简称PTC) 推出的用于产品三维模型设计、加工、分析及绘图等的CAD/CAE/CAM软件系统，并以参数化驱动、单一全关联的数据库、功能齐全的模块等强大优势而占据重要地位, 目前已在我国的机械、汽车、电子、塑料模具、航空航天和船舶等众多领域广泛应用。Pro/ E是当前世界上最先进的、面向制造行业的CAD/CAM/CAE高端软件。作为一个集成的全面产品解决方案，Pro/E软件使得用户能够数字化地创建和获取三维产品定义。参数化造型就是通过参

5、数化建模来构造产品的几何模型, 通过参数化造型设计不仅可以缩短产品开发周期,并且可以进行现有产品的系列化设计。齿轮是应用最为广泛的通用机械零件，广泛用在各种传动中，如减速器、传动装置和汽车的变速箱等。直齿圆柱齿轮是制造其它齿轮的基础, 也是最通用的齿轮。对于这些需要经常使用的通用机械零件, 如果每次都要设计计算，工作量大而且繁琐，属于重复无效劳动。因此, 正确的方法应该是建立参数化的通用模型，设计新的齿轮时，根据需要输入齿轮的参数，如齿数、模数、齿轮宽度等数据，就可以自动生成新的齿轮。齿轮类零件是组成机器的重要部分，是最常用的机械零件，也是机械产品中运动部件设计的核心。但是齿轮类零件的设计与绘

6、图是十分繁琐且重复性很大的工作，传统的人工设计方法费时费力，且容易出错，设计人员将大量的时间和精力花费在一些重复性的工作上，缺乏更多的时间去进行创造性设计，导致产品开发周期长、产品质量差、市场竞争力弱等后果，然而，CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命，对加速工程建设和缩短产品开发周期、提高产品质量、增强企业的市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。在实际应用中，由于用户的设计要求及生产条件的多样性，这些CAD软件往往难以完全适应，因此，在具体CAD应用中还需要进行二次开发，以满足用户的需求，使其更符合企业的生产设计需要。本文采用二次开发工具Pro/TOOLKIT，在VC 环境下，基于机械CAD

7、 软件Pro/ E 开发了齿轮参数化造型设计系统，来解决齿轮三维实体参数化造型设计这一类问题。1 绪 论1.1 机械CAD技术的发展与应用计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)技术，是综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理功能和人的经验与判断能力结合，形成一个专门系统，用来进行各种图形设计和图形绘制，对所设计的部件、构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。它是近十几年来形成的一个重要的计算机应用领域。在汽车、飞机、船舶、集成电路、大型自动控制系统的设计中，CAD技术有愈来愈重要的地位，在有关设计计算模块与绘图模块的参数接口及程序化绘图研究也具有重要的价值。在

8、CAD软件发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，即Computer Aided Drawing(or Drafting)，而非现在我们经常讨论的CAD(Computer Aided Design)所包含的全部内容。CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期，以后作为CAD技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。早期应用较为广泛的是CAD/CAM软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD软件。在今天中国的CAD用户特别是初期CAD用户中，二维绘图技术逐渐再向三维方向发展。三维CAD技术在几十年的发展过程中，大致经历了四次飞跃：曲面造型技术、实体造

9、型技术、参数化技术、变量化技术。1）曲面造型技术进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。飞机及汽车制造中遇到的大量自由曲面问题，随着贝赛尔算法的提出，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，开发出了以表面模型为特点的自由曲面造型技术，推出了三维曲面造型系统CATIA。曲面造型系统的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础，改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式，使产品开发手段比旧的模式有了质的飞跃，新产品开发速度大幅度提高。2）实体造型技

10、术随着技术的进步，计算机辅助工程分析(CAE)的需求日益高涨，CAE要求能获得形体的完整信息，由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，而线框和曲面造型对形体的表述都不完整，则难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等。基于对CAD/CAE/CAM一体化技术发展的研究，提出了实体造型技术。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。3）参数化技术20世纪80年代中期，CAD技术的研究又有了重大进展，此时提出了参数化实体造型技术。它的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。参数化技术彻底克

11、服了自由缄默的无约束状态，由尺寸决定实体造型的几何形状。尺寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能。如果想修改零件形状的话，只需修改一下尺寸的数值就可以实现形状上的改变。这种新构想最先在PTC公司(Parametric Technology Corp)的软件Pro/E中成为现实。由于参数化技术的成功应用，使得它很快成为CAD业界的标准，许多软件厂商纷纷追赶。由于计算机技术的迅猛发展，硬件成本大幅度下降，参数化技术充分体现出其在通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。4）变量化技术针对参数化系统的局限，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术变量化技术。变量化造型技术保留了参数化技术基于特征、

12、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，但是在约束定义方面做了一定的改变。变量化造型技术将所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束，而不仅仅是用尺寸来约束全部几何。通常在新产品开发的概念设计阶段，设计者首先考虑的是设计思想及概念，并将其体现在某些几何形状之中。但是这些几何形状严格的尺寸定位关系并不能在设计的初始阶段完全确定，所以希望在初始阶段能够允许欠尺寸约束的存在。 变量化技术为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇。随着世界经济的迅猛发展和科学技术的腾飞，市场不断国际化全球化，各行各业的竞争日益激烈。企业要想在残酷的竞争中生存下来谋求发展，就要想方设法提高竞争力。缩短新产品的研发和

13、开发时间，提高产品的设计质量，降低研发成本，进行创新性设计，只有这样，才能满足市场不断变化的需求。在这样的形势下，企业为了自身的生存和发展，增强市场竞争力，越来越多地采用CAD技术。Pro/ E(以下称Pro/E)软件是当前广泛使用的三维CAD软件中的典型代表，同其他CAD/CAM软件一样，针对具体企业或不同产品，Pro/E软件在使用过程中也存在着通用性有余，专用性不足的问题，特别是国外CAD/CAM软件在产品设计标准、规范及标准件库等方面和国内存在着差异，因而难以最大效益地发挥软件的功能。事实上，参数化技术和变量化技术已经成为了当今主流CAD软件的两大流派。两种造型理论相互依存，共同发展。我

14、国CAD技术的引进是从60年代开始的，最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。CAD技术最早起步于航空工业，最近几年发展很快，现已在机械、电子、建筑、汽车、服装等行业逐步进入实用阶段。其中，以机床、汽车、飞机、船舶等应用最为广泛。一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个阶段。概念设计主要解决产品的造型外观，在满足功能的前提条件下，使产品外观精致美观。详细设计是要确定产品的结构，各个零部件的结构设计，所以又称为部件设计，包括各零件的尺寸、形状和结构。结构分析主要包括有限限元分析，将对各部件及产品整体的结构进

15、行力学性能、热学性能的分析。仿真模拟则主要是对产品进行装配模拟，运动机构模拟，进行干涉、碰撞分析等等。CAD技术可以说贯穿于整个设计过程，从产品方案的选择到整机的可生产性、可维持性和可循环利用性等进行全面设计，因此在机械制造中广泛应用。1.2 本课题的研究目的与意义齿轮是多参数驱动的标准机械零件, 在Pro/E中由于没有机械零件的标准库, 齿轮的设计步骤多、工作量大。传统的CAD系统所构造的产品模型都是几何图素（如点、线、圆等）的简单堆叠，仅仅描述了设计产品的可视化形状，而不包含设计者的设计思想，因此难以对产品模型进行改动，并生成新的产品实例。目前很多企业为缩短产品开发周期，大部分产品的设计都

16、是改进型设计，大约70%的新产品的设计都要重新利用原来的产品模型，于是参数化设计的概念在这样的背景下应运而生。近年来随着三维设计软件的应用越来越普遍，齿轮的三维建模成为设计中经常要进行的工作。齿轮的三维实体精确建模对于齿轮的有限元分析、动力学分析、数字样机和系统仿真来说是必不可少的。齿轮的三维建模较为复杂, 涉及到很多公式和建模技巧,，特别是对于锥齿轮、斜齿轮以及涡轮蜗杆来说, 建模过程十分繁琐, 提高齿轮的设计效率具有重要的实际工程意义； 另一方面, 三维CAD软件Pro/E功能十分强大, 采用了较为先进的技术, 如全参数化实体建模技术，数据全相关等， 现在已广泛应用于机械和电子领域, 有着

17、广泛的用户群。Pro/ E是采用参数化设计的、基于特征的三维实体造型系统，其参数化特征造型在保证几何、拓扑关系不变的情况下，以单一全关联的数据库实现模型的快速再生；它的二次开发接口使用户可以在自己开发的程序中对零件进行各种操作和控制，从而实现程序化设计。本课题使用的研究方法是参数化设计。参数化设计也叫尺寸驱动，是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。所谓参数化设计即是在设计中产品的结构形式是确定的，它需要根据某些具体的条件和具体的参数来决定产品某一结构形式下的结构参数，从而设计出不同规格的产品。其本质是对统一结构的产品通过修改尺寸来生成

18、新规格的产品，利用计算机来进行参数化CAD设计，只需在计算机上输入机械零件的几个关键参数，就会准确地、自动地生成工程样图。在参数化设计中，一般用一组参数来定义几何图形的尺寸数值并约定尺寸关系，提供给设计者进行几何造型使用。参数化设计一般用于设计对象的结构形状比较固定，可以有一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。以Pro/E为开发平台，开发齿轮三维参数化设计系统, 只需改变齿轮的相关参数,如齿数、模数、压力角、齿宽等, 系统即可自动实现齿轮的设计变更, 提高了设计效率。在Pro/E环境下可以根据齿轮传动的基本规律和渐开线齿形的

19、生成原理来进行渐开线齿轮的精确造型，同时还能实现齿轮的参数化建模，从而实现了齿轮系列化设计，使设计人员从繁重的绘图工作中解脱出来。使用Pro/E进行的齿轮参数化造型具有如下意义：（1）利用方程创建出精确的渐开线曲线，提高渐开线齿轮的精确性。（2）通过改变相关参数及关系式，能够快速建立产品的参数化模型，确定主要参数和修改定型，避免了手工造型的复杂繁琐过程，为后续机构运动学、动力学仿真分析及零件数控加工提供基础数据支持。（3）给齿轮在机械设计、制造及CAE中带来很大方便。1.3本课题研究内容与开发思想1.3.1零件结构参数化设计步骤1)零件结构拆分及特征尺寸确定零件特征造型过程中，应按其本身的功能

20、和建模的特点，将零件拆分为相应各个结构，并分别找出建立其实体模型的基本特征。为使所建立的模型尽量反映零件的基本特征,一些不重要的或不具有普遍性的细节，如倒角等可省略，以免加大参数化的工作量。2)创建实体模型零件上的特征主要通过参数和几何约束关系来相互关联, 尺寸之间的关系分为2 种: 一种是自定义的各种外部参数和零件的被约束尺寸的关系; 另一种是模型内部特征之间的内部约束关系, 它是指零件的几何元素之间约束关系, 例如: 平行、垂直、相切、同心等。在创建模型时, 这些几何约束关系同时被创建, 当模型被修改时, 这些关系可以自动保持设计者的意图不变。一个特征往往有多种创建方法, 在设计时必须考虑

21、好如何表达该特征与其它特征的关系。3)定义特征参数建立模型后, 所定义的所有零件尺寸由系统自动按照建立的先后顺序命名为相应的内部标识尺寸。在复杂模型上, 则需要找出尺寸间的2 种对应关系: 即内部标识尺寸和外部模型上各个数值之间的对应关系;内部标识尺寸和将要命名的外部参数之间的关系。这2 种关系综合在一起就体现了外部参数和零件上被约束尺寸的关系。命名参数时, 参数名称要力求简单易懂, 必要时可再加入简单注释。4)输入特征参数将已定义好的参数输入零件设计列表的“输入部分”,并在关系定义部分定义出与零件各部分尺寸之间的对应关系, 同时还可在关系定义部分定义同一零件不同尺寸的相互约束关系。同一零件的

22、各部分需要协同变化的, 也需要在这里列出。5)修改特征参数可用2 种方法来修改参数: 一是根据所附提示, 选择每项参数的名称, 并逐项修改; 二是将所有需要修改的参数生成数据文件, 通过读入文件的方式一次性全部修改。第一种方法速度较慢, 可以在调试程序、输入变量的时候使用; 第二种方法效率较高, 当程序编制完1.3.2开发平台与工具简介系统是以Pro/ E 3.0中文野火版为软件平台，以Visual C+6.0为编程语言，采用动态链接库的方式(DLL模式)开发基于Pro/TOOLKIT二次开发的箱体零件三维参数化造型系统。1) Pro/E Pro/E软件是美国PTC公司(Parametric

23、Technology Corporation)的产品，是一种单一数据库结构、标准的基于特征的建模技术以及独特的全相关技术的机械设计自动化软件。Pro/E是建立在一个统一的能在系统内部引起变化的数据结构的基础上，因此开发过程中某一处所发生的变化能够很快传遍整个设计制造过程，以确保所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。Pro/E作为三维造型设计系统，是一套由设计至生产的机械自动化软件，其功能强大，用途广泛，是新一代CAD/CAM系统软件。它以尺寸驱动、特征建模、全参数设计、单一全关联的数据库、虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计观念，使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化，成为目前机械C

24、AD领域的新标准。与传统的CAD系统仅提供绘图工具不同，Pro/E提供了一套完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计、钣金设计、加工制造、机构分析、有限元分析和产品数据库管理，甚至包括了产品生命周期，是多项技术的集成产品。Pro/E的主要特征有：（1）3D 实体模型；（2）单一数据库；（3）基于特征的参数化实体建模；（4）行为建模技术；（5）机构设计技术；（6）强大的装配功能；（7）NC 加工；（8）二次开发技术。2) Visual C+ 6.0Visual C+是新一代面向对象的、可视化的程序设计工具。本系统用户界面模块的设计选择Visual C+ 6.0(简称VC+)作为开

25、发平台。VC+是运行于Windows 上的交互式可视化集成开发环境，是美国Microsoft Visual Studio的一部分。像其它的可视化开发环境(如Visual Basic, C+ Builder)一样，VC+集程序的代码编辑、编译、连接、调试等于一体，给编程人员提供了一个完整而又方便的开发界面和许多有效的辅助开发工具。VC+的AppWizard可以为很大一部分类型的程序提供框架代码，用户不需要书写代码，只需要几个按钮就可以生成一个完整的可以运行的程序。利用VC+开发基于Pro/E的程序编制一般需要两个步骤：一是可视化设计阶段；二是代码编写阶段。在可视化设计阶段，编程者使用VC+工具箱

26、来定制所需的用户界面。在代码编写阶段，编程者通过调用消息和事件函数实现所需的功能。由于在VC+中可以方便使用对话框 (Dialog)、位图(Bitmap)、菜单(Menu)等工具箱，编程人员只需编写少量的代码就可以设计出界面友好、方便用户使用的程序，因而可以大大提高系统开发的效率。通常Pro/E二次开发使用的编程语言有Visual C+6.0环境下的C语言、VC+语言，Visual Basic语言。根据课题要求，选择了采用VC+高级程序语言作为使用语言。Visual C+6.0是面向对象的、可视化的开发工具，支持MFC类库编程，有强大的AppWizard类向导，可以方便的编写菜单和对话框等资源

27、文件。这对要求基于Pro/E开发出可视化界面二次开发工作来说是一个很好的开发环境。本课题将选用Pro/E 3.0作为开发平台，选用编程调试工具Visual C+6.0。利用Pro/E自带的开发工具Pro/TOOLKIT，并且选用动态链接库(DLL)的同步模式，进行Pro/E软件的二次开发。2 Pro/TOOLKIT程序设计方法2.1 Pro/TOOLKIT简介Pro/TOOLKIT是PTC公司为Pro/E软件提供的开发工具包，即应用程序接口。其主要目的是让用户或第三方通过C程序代码扩充Pro/E系统的功能，开发基于Pro/E系统的应用程序模块，从而满足用户的特殊要求。它提供了大量的C语言库函数

28、，能够使外部应用程序（客户应用程序）安全有效地访问Pro/E的数据库和应用程序，通过第三方在Pro/E系统中添加所需要的功能。不仅如此，还可以利用Pro/TOOLKIT提供的用户界面对话框、菜单以及VC+6.0的可视化界面技术，设计出方便实用的人机界面，从而大大提高系统的使用效率。Pro/TOOLKIT工具包提供了开发Pro/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完全地控制和访问Pro/E，并可以实现应用程序模块与Pro/E系统的无缝集成。Pro/TOOLKIT支持在Windows2000/NT/X_NP操作系统中使用C和C+语言设计程序，采用VC+6.0作为编译器和连接器，并可

29、以在VC+6.0的集成环境下完成程序的设计、调试和编译。Pro/TOOLKIT有同步(Synchronous Mode)和异步(Asynchronous Mode)两种工作模式。1）同步模式同步模式包括两种模式，动态连接库(Dynamic Link Library，DLL)模式和多线程模式(Multi Process Mode)。Pro/TOOLKIT应用程序集成到Pro/E中的标准方法是使用动态连接库。当编译C源代码并将其与Pro/TOOLKIT库连接时，就会创建一个在Pro/E启动时连接到Pro/E中的目标库文件，就象是Pro/E本身的程序一样，这种方法称为“DLL模式”。而在多线程模式下

30、，应用程序代码被编写并连接为一个单独的可执行文件（EX_NE文件），该文件由Pro/E派生，并作为Pro/E进程的子线程。在DLL模式，Pro/TOOLKIT应用程序和Pro/E的信息交换是通过直接的函数调用实现；在多线程模式，是通过进程内信息系统在两个线程间模拟函数调用，在两个进程间传递函数的识别信息及其参数。由于多线程模式中的交换过程比DLL模式多，相比较而言，多线程模式通信负担比DLL模式重，尤其是Pro/TOOLKIT应用程序频繁调用Pro/TOOLKIT库函数时，通信更复杂。多线程模式的优点在于，能够用源代码调试器运行程序，无需将整个Pro/E执行程序加载到调试器中，易于调试和发现错

31、误。尽管多线程模式同时有多个线程在并行运行，其实这些线程并没有真的并行处理，每个进程都需要等待其它进程操作完成才能进行自己的操作。控制总在两个线程之间转换，总是有一个线程在等待。我们可以无需改变源代码任选两种模式中的一种，也可以同时使用多个应用程序和多种模式。但是不管使用哪种开发模式都应该切换到DLL模式，因为在DLL模式下程序执行的更好一些，而且不同的模式有不同的并发症，故应该以DLL模式测试成功才可行。2）异步模式异步模式(Asynchronous Mode)和多线程模式一样也采用多线程，但在异步模式中实现了真正的并行处理，即Pro/TOOKIT和Pro/E可以同时执行一个操作。在异步模式

32、中使用远程过程调用(Remote Procedure Calls)作为Pro/E与应用程序的通信方式。由于使用了远程过程调用通信方式，使得该模式执行操作速度比较慢。因此，在没有特殊情况时，尽量选用同步模式。异步和同步模式的另一个重要的不同在于应用程序的启动方式。同步方式中应用程序必须由Pro/E根据注册文件的信息来启动；而异步模式中应用程序则可以脱离Pro/E启动，它可以有自己的main()函数，应用程序启动后会自动连接到Pro/E上，启动的异步应用程序并不会出现在辅助应用程序对话框中。由于异步模式较同步模式更为复杂，运行速度慢，而且异步模式也并不是唯一可以显式控制Pro/E的方式，所以没有不

33、可避免的原因，一般最好选择同步模式。本课题采用的为同步模式。2.2 用VC创建Pro/TOOLKIT应用程序基本框架由于本课题采用动态链接库(Dynamic Link Library，DLL)模式进行二次开发，需要在VC+中创建。DLL模式的基本框架。启动VC+6.0，选择文件菜单中的新建命令，创建一个MFC动态链接库步骤：（1）打开工程选项卡，在该选项左边的编辑框中选择MFC App Wizard( dll )项。在工程名称编辑框中输入要创建的工程名称：gear，在位置编辑框中描述的是放该工程文件的路径：D：，如图2-1所示。（2）进入图2-2所示的对话框，选择动态链接库使用共享MFC dl

34、l，使Pro/TOOLKIT应用程序使用共享的MFC。单击完成按钮。（3）打开VC应用程序向导自动生成文件，如图2-3所示，自动生成gear工程，在VC+6.0应用程序设计向导File View中自动加入：gear.cpp、gear.def、gear.rc、stdafx_n.cpp、gear.h、resource.h、stdafx_n.h、gear.rc2等。图2-1 创建MFC动态链接库图2-2 MFC App Wizard 对话框图2-3 Visual C+6.0集成开发2.3 Pro/TOOLKIT程序设计在VC应用程序设计向导自动创建的程序框架上添加必要的函数代码、增加新的CPP源文件

35、以及新的资源，才能构成一个完整的Pro/TOOLKIT应用程序。从功能上分，程序设计者的主要工作在两个方面：一是按Pro/TOOLKIT应用程序在Pro/ E环境运行的要求设计接口程序和应用程序运行结束时的终止程序；二是根据功能需求设计Pro/TOOLKIT应用程序主体部分。前者是系统所要求的初始化部分和终止部分，后者是完成应用程序预定功能的一个或多个CPP源程序。首先，添加必要的头文件。本系统中，应用程序调用大量Pro/TOOLKIT函数，这些函数都必须拥有各自的头文件才能确保系统的正常运行。下面是在gear.h中添加的部分头文件：#includeProMenu.h#includeProUt

36、il.h#includeProMenubar.h#include #include#include#include其次，要建立Pro/TOOLKIT应用程序，在程序中必须使用Pro/TOOLKIT的初始化函数user_initialize()，其作用相当于main()其函数为：ex_ntern C int user_initialize() ./初始化代码，一般添加菜单函数当Pro/TOOLKIT应用程序终止时需调用user_terminate()函数来退出程序。其函数原型为：ex_ntern C Int user_terminate()AFX_N_MANAGE_STATE (Afx_nGet

37、StaticModuleState();./程序终止的调用代码建立同步模式的Pro/TOOLKIT应用程序必须包括初始化函数user_initialize()和user_terminate()，而且它们应位于同一个.cpp文件中，一般在工程文件命名的.cpp文件中。2.4 VC+6.0编译和链接设置Makefile文件是用来指定源文件如何进行编译和链接，并最终生成可执行文件或dll文件，因此，可以根据Makefile内容进行编译和链接工作。本文的平台是Windows平台，如果不特别指明，本文一律采用VC + 6.0做调试。采用VC+6.0作为Pro/TOOLKIT调试有两种方法，一种是根据Ma

38、ke file文件直接编译和调试；另一种则不需要编写Make file文件直接由VC+6.0建立Pro/TOOLKIT应用程序项目，并进行编译和连接等工作。本文才用直接由VC建立并编译Pro/TOOLKIT应用程序项目。步骤如下：（1）设置包含文件路径，打开VC+6.0，从菜单上选择工具选项，弹出选项对话框中选择目录选项卡，在目录S：下选择include files，添加Pro/TOOLKIT的头文件，如图2-4所示，添加红色区域的路径。图2-4 包含文件路径设置（2）设置库文件路径，在目录S：下选择library files，添加Pro/TOOLKIT的库文件，如图2-5所示，添加红色区域的

39、路径。图2-5 库文件设置置（3）设置连接所需库文件选择工程设置菜单，选择“C/C+”，在常规下的预处理程序定义：项下添加PRO_USE_VAR_ARGS，如图2-6所示，添加图中红色区域的文件名，点击确定。图2-6 工程设置C/C+选项置选择连接选项卡，在常规下的对象/库模块下添加protk_dll.lib wsock32.lib mpr.lib prodev_dll.lib kernel32.lib，如图2-7所示，添加图中红色区域的文件名，点击确定。图2-7 工程设置连接选项常规设置C/C+选项置选择连接选项卡，在输入下的忽略库下添加MSVCRTD.lib，如图2-8所示，添加图中红色区

40、域的文件名，点击确定。图2-8 工程设置连接选项输入设置C/C+选项置选择连接选项卡，在自定义下的输出文件名：下选中Forcefiles output，点击确定就完成了设置，如图2-9，点击确定。图2-9 工程设置连接选项自定义设置C/C+选项置3 基于Pro/E的齿轮类零件三维参数化建模3.1 齿轮零件的特征描述 3.1.1 齿轮的基本参数我们利用渐开线方程生成齿轮的一个齿廓, 当用极坐标来表示渐开线时, 其方程式为：式中k 为渐开线在点K 的压力角, k 为展角，如图3-1所示：图3-1 齿轮的渐开线轮廓普通的渐开线齿轮有7个基本参数影响齿轮的形状和尺寸：模数m，齿数z ，压力角alpha

41、，齿顶高系数ha*，顶隙系数c*，变位系数x*，螺旋角beta。这些参数中，z可任意变化，调整x*， beta参数可得到变位齿轮和斜齿轮；如果改变ha*，c*可以得到短齿、正常齿齿轮；压力角alpha的改变可以满足某些特殊齿轮的要求。总之，为了达到齿轮的各项技术要求，就要考虑齿轮各个参数的改变，这些参数与齿轮尺寸、形状、位置之间以各种方程式关联，每个参数的改变都会引起齿廓形状的改变。利用Pro/E中的记事本编辑功能，通过编辑渐开线公式，能很精确的生成渐开线齿轮的齿廓。3.1.2 齿轮结构类型齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。（1）齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、

42、齿高和变位。渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝对多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；而大压力角齿轮，虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。（2）按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗轮，如下图所示：图3-3 锥齿轮图3-2 圆柱齿轮 图3-4 齿条图3-5 蜗轮蜗杆 （3）按齿线形状分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮，如下图所示：图3-7 斜齿轮图3-6 直齿轮 图3-8 人字齿图3-9 外

43、齿轮和内齿轮 （4）按轮齿所在的表面分为外齿轮、内齿轮，如图3-9所示：（5）按齿廓曲线可分为渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮。3.2 参数化设计技术概述参数化设计(parametric design)是一种设计方法，其基础是尺寸驱动的几何模型。与传统的设计不同，尺寸驱动的几何模型可以通过更改尺寸达到更改设计的目的。这意味着，设计人员一开始可以设计一个草图，稍候再通过精确的尺寸完成设计的细节。参数化设计一般是指设计图形拓扑关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束。参数与图形的控制尺寸有显示的对应，不同的参数值驱动产生不同大小的几何图形15。参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种简单，高效、优质的产

44、品设计方法。特别适合与系列化产品设计及标准件库的建立等16。1)参数化设计的理论方法参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系列化设计中，参数化造型技术的优点就更加突出。设计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取产品有效的约束来建立其约束模型并进行约束求解。设计活动中的约束主要来自功能、结构和制造三个方面。功能约束是对产品所能完成的功能

45、的描述；结构约束是对产品结构强度、刚度等的表示；制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中将这些约束综合成设计目标，并将它们映射成为特定地几何/拓扑结构，从而转化为几何约束。所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关系。将几何约束作为构成几何/拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素，可以导出各种形状结构的位置和形状参数，从而形成参数化的产品几何模型。产品的几何约束主要包括拓扑约束和尺寸约束两方面。拓扑约束是对产品结构的定性描述，它表示几何元素之间的固定联系，如对称、平行、垂直、相切等，这些关系拟抽象为点、边、面间等九类有向关系，每一类关系有相应的谓词，包括“相同”、“平

46、行”、“垂直”、“相交”、“偏移”等。尺寸约束则为特征/几何元素间相对位置的定量表示，如各种距离、两线夹角、圆的半径等。尺寸约束是参数化驱动的对象，其不仅可以变动，而且需要标注和显示。尺寸约束可表征为一组基本参数且具有与产品结构层次相对应的层次性。产品特征模型中高层约束是形状特征之间的形位关系；几何元素之间的约束，则是低层约束的封装；高层约束需通过低层约束来实现。参数驱动中约束方程的求解或尺寸链的推导是难点，如何保证在各种情况下都得到稳定的解，尚未得到完全的解决。目前，解决参数驱动中约束的方法主要有如下几种：基于几何约束的变量几何法、基于几何推理的人工智能法、基于构造过程的构造法、基于辅助线法

47、。上面几种方法目前应用较为广泛，但几何推理法采用谓词描述约束，而且采用专家系统进行推理求解，效率低，难以满足交互绘图的要求。构造法通过对造型过程的纪录，记下几何元素的生成顺序及其相互间的关系，当用户修改参数时，系统按原来的造型顺序和几何元素之间的关系重新构造设计过程，构造法能够克服前面两种方法的不足，但要求用户严格遵守一定的造型顺序，缺乏灵活性。2)基于特征的参数化设计基于特征的参数化设计将基于特征的设计和参数化设计有机的结合起来，使用较完整的带有语义的特征描述方式，使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函数，将面向对象的技术应用于特征的描述，在造型中使用参数化，随时调整产品结构、尺寸

48、，并因此带动特征自身的变动，实现产品基于特征的参数化设计。基于特征的参数化三维造型技术是CAD的关键技术，也是机械产品设计的发展趋势。目前主要有两种参数化建模方法：尺寸参数化和结构参数化，尺寸参数化是指零部件的大小可以改变而形状不能改变，例如众多软件系统中的基本图元，而结构参数化是指既可以改变大小也可以改变形状，建模过程中根据实际需要可选择尺寸参数化或结构参数化造型。参数化设计的最大优点是系统自动记录建立几何形体的整个历程，换句话说，系统不仅记录建立的几何形体，同时也记录设计意图，即几何间的关系。当改变参数时，几何关系保持不变。Pro/E作为一个基于特征的三维辅助设计软件，利用几何约束实现了尺

49、寸驱动，设计者可以在设计过程中预先定义设计变量，再通过简单的算术表达式定义几何尺寸，几何尺寸也可以以变量的形式加入到算术表达式中，以驱动其它尺寸。对标准件来说，其结构尺寸均己标准化、系列化，国家标准对其有着明确的规定。在造型过程中，就某一特定类型的标准件而言，我们只需改变其设计变量的值，就可得到不同规格的同类零件模型。因此，设计变量的应用，使得标准件模型库建立的繁杂工作变得简单了。设计变量的应用一般有两种方式 ：（1）表格方式：在一个表格中(如 Microsoft Excel 电子表格)，建立局部变量或全局变量，用表格驱动单个或多个零件的尺寸变化；（2）直接方式：直接建立局部或全局变量，用变量

50、驱动单个或多个零件的尺寸变化；3.3 齿轮建模过程此次齿轮类零件的造型较多，但建模原理大体相同，因此下面以齿轮传动零件中的直齿圆柱齿轮为例。1）渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数设计模数M、齿数Z、压力角ALPHA、齿宽B、齿轮齿顶高系数H_N、顶隙系数C_N、变位系数X_N、轴孔直径DK。2）齿轮参数间的计算关系齿顶高：ha=m*(h_n+x_n) 齿根高：hf=m*(h_n+c_n-x_n)分度圆直径：d=m*z 基圆直径：db=d*cos(alpha)齿顶圆直径：da=d+2*m*(h_n+x_n) 齿根圆df=d-2*m*(h_n+c_n-x_n)渐开线的参数方程：r=db/2 theta=

51、t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=03）直齿圆柱齿轮参数化设计基本思路：（1）设置齿轮基本参数 （2）绘制四个圆并添加关系式 （3）创建基准曲线渐开线 （4）镜像渐开线 （5）创建一个齿槽轮廓实体 （6）阵列齿槽轮廓 （7）轴孔的生成 （8）画键槽并添加关系4）直齿圆柱齿轮建模过程（1）设置齿轮基本参数新建一个零件文件“zhichiyuanzhu”后，进入Pro/E的零件创建界面。在菜单上单击“工具”“参数”命令，系统弹出“参数”窗口，依次添加齿轮参数

52、，如图3-10所示。图3-10 参数窗口（2）绘制四个圆，如图3-11所示，并添加关系式如下：d=M*Zda=M*(Z+2*H_N+2*X_N)df=M*(Z-2*H_N-2*C_N+2*X_N) db=D*cos(alpha) sd0=dasd1=dsd2=dbsd3=df（3）创建基准曲线渐开线单击工具栏按钮按钮，打开“菜单管理器”，在该菜单中依次择“曲线”、“从方程”、“完成”选项，建立基准曲线，选择缺省坐标系，设置坐标类型为笛卡尔，打开记事本窗口，添加渐开线方程式： r=db/2theta=t*45x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180z=r*

53、sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180y=0按步骤操作完成后即可生成一条渐开线，如下图3-12。 图3-11 草绘四个圆 图3-12 生成渐开线（4）镜像渐开线 在工具栏内依次单击和按钮，完成点“PNT0”和轴“A_1”的创建。在工具栏内单击按钮，选择刚创建的轴“A_1”和刚创建的点“PNT0”为基准，完成“DTM1”的创建，见图3-13。再单击按钮，选择刚创建的轴“A_1”和刚创建平面的“DTM”为基准，相对DTM1偏移一个角度为360/（4*z），并添加相应的关系式，完成“DTM2”的创建。以DTM2为镜像面，镜像生成另一条渐开线，并创建齿廓见图3-14。

54、图3-13 镜像渐开线廓图3-14 创建齿槽轮廓廓（5）创建一个齿槽轮廓实体通过“拉伸”“去除材料”方式创建一个齿槽轮廓实体：通过“拉伸”“去除材料”方式创建；选FRONT面为草绘平面；进入草绘后，采用“通过边创建图元”工具，分别选取齿顶圆、齿根圆及两条渐开线，且在两渐开线与齿根圆之间创建倒圆角，修剪多余线条后由此围成一个封闭线框即为所画的截面图形（如图3-15所示）。拉伸深度值为参数“B”，或选“穿透”拉伸方式。如图4-6所示。阵列齿槽轮廓，如图3-16所示。 图3-15 创建齿轮实体轮廓图3-16 阵列实体轮廓 轴孔的生成，如图3-18所示画键槽并添加关系，如图3-17：sd1=0.5*s

55、d2sd0=hsd2=b1图3-17 创建键槽最终模型如图3-19所示。 图3-18 轴孔形成图3-19 最终模型3.4 其他类型齿轮参数化模型的构建除上述斜齿轮外，本系统所开发的齿轮类零件有：斜齿圆柱齿轮（左旋，右旋）、轴齿轮、人字齿、锥齿轮、蜗轮、蜗杆、齿圈和齿条。（1）斜齿圆柱齿轮：在分度圆曲面上创建投影曲线，根据螺旋角确定左旋或者右旋，一般在草绘时添加关系式，如图3-20和3-21所示。图3-21 斜齿圆柱齿轮（左旋）图3-20 斜齿圆柱齿轮(右旋) （2）锥齿轮：锥齿轮建模相当的复杂，先要设置锥角面，在这个面上再拉伸轮齿，但是，锥齿轮大端和小端的轮齿截面不相等，所以必须构建两个齿廓截

56、面，采用扫描混合的方法生成第一个轮齿。第一个生成好后，就可以通过同上面相同的方法复制、阵列其他轮齿。本系统中所用到的锥齿轮如图3-22所示。图3-23人字齿图3-22直齿锥齿轮（3）人字齿：在直齿齿轮建模后，人字齿轮建模就非常简单，其齿廓即是两个齿宽为正常一半的直齿的拼合，其他结构的构建也和上面的直齿结构相同，本系统中所用到的人字齿轮如图3-23所示。（4）齿圈：直内齿的建模相对比较简单，就是直齿齿轮的反向，本系统中所用到的齿圈模型，如图3-24所示。图3-24 齿圈图3-25 轴齿轮 （5）轴齿轮：如图3-25所示。（6）蜗轮、蜗杆：蜗轮、蜗杆的建模也比较复杂，特别是蜗杆，先要用方程的方法建

57、立螺旋曲线，而且其齿廓截面也是渐开线和圆弧，要用到轨迹扫描才能生成螺旋形的齿面。本系统中所用到的蜗轮、蜗杆如图3-26和图3-27所示。（7）齿条：齿条的齿廓线为直线，建模也比较简单，只要控制好齿与之间的关系就可以正确的建立模型，系统中所用到的齿条模型如图3-28所示。 图3-26 蜗轮 图3-28 齿条图3-27 蜗杆 4 系统用户菜单设计4.1 菜单的添加我们知道，一个完整的程序应该包括：VC+中编写的程序，菜单文件和注册文件。（1）VC+中编写的程序经过编译后生成DLL格式的程序，这是程序的主体。（2）菜单文件为DLL程序提供资源，决定了最终挂在Pro/E中的菜单的文字格式、语种等。（3

58、）注册文件为DAT格式，内容有固定的格式，Pro/E通过注册文件找到DLL程序和菜单文件。本系统所要开发的是在齿轮下，包含下拉菜单：直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮，直齿锥齿轮，人字齿，齿圈，轴齿轮，蜗轮，蜗杆，直齿条。现介绍主要函数如下：1）ProMenubarMenuAdd()函数菜单条是Pro/E菜单体系的最顶层菜单，创建的方法是：直接调用ProMenubarMenuAdd()函数向Pro/ E添加所需的菜单，建立新建菜单。创建ProMenubarMenuAdd()函数的原型为：ProError ProMenubarMenuAdd(ProMenuItemame menu_name， ProMe

59、nuItemLabel untranslated_menu_labe， ProMenuItemame neighbor， ProBoolean add_after_neighbor， ProFileName filename， )；包含头文件：#includeProMenuBar.h参数的意义为:menu_name菜单项名。菜单项名在菜单体系下能有相同名称，主要作为调用其他菜单函数的输入参数。（1）untranslated_menu_labe菜单标签名，即该菜单条的关键字。信息文件中该段的标识关键字必须与该标签名相同。无论采用何种语言，该名称是不变的。（2）neighbor相邻菜单名。该菜单名

60、不能为NULL。（3）add_after_neighbor该参数主要用来设置添加菜单的位置。如果其值为 PRO_B_TRUE，将位于相邻菜单的右侧，否则为左侧。（4）filename菜单信息文件名。2）ProCmdActionAdd（）函数该函数的功能是设置Pro/ E系统菜单的动作，即用户激活Pro/ E菜单条命令时执行的动作函数，其实质是设置菜单项与动作相关联。函数ProCmdActionAdd（）原型为：ProCmdActionAdd (Char *action_name， UiCmdCmdActFn action_cb， UiCmdPriority priority， UiCmdAcc

61、essFn access_func， ProBoolean allow_in_non_active_window， ProBoolean allow_in_accessory_window， UiCmdCmdId *action_id)；参数的意义为：（1）action_name系统中使用的动作命令名，必须是惟一的。（2）action_cb用户激活菜单命令条时调用的动作函数名或称回调函数。（3）Priority命令的优先级别。（4）Access_func确定该菜单是否可选、不可选或隐藏的访问（回调）函数。（5）allow_in_non_active_window布尔值，确定是否在非激活窗口显示该菜单项。（6）allow_in_acce