基于Pro E 的圆柱滚子轴承参数化结构设计.pdf

计算机实用技术 基于Pro/ E的圆柱滚子轴承参数化结构设计 张 慧1,邓四二1 ,2 ,马小梅1,郝建军1 1.河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003;2.大连理工大学 机械工程学院,辽宁 大连 116023 摘要基于滚动轴承重复设计率高,以Pro/ E的记录文本文件为软件开发的接口,开发了圆柱滚子轴承参数化 结构设计软件。在轴承的外径、 内径、 宽度等基本尺寸确定后,软件将在外部数据库的支持下按照输入的设计 参数确定内部几何结构尺寸参数、 计算运动参数,最终实现圆柱滚子轴承三维造型和产品图的输出。开发过 程简便易行,编程工作量小。 关键词圆柱滚子轴承;参数化;Pro/ E;设计 中图分类号TH133.332 文献标识码B 文章编号1000 - 3762200605 - 0035 - 04 Parameter Structure Design of Cylindrical Roller Bearing Based on Pro/ E ZHANG Hui1,DENG Si - er1 ,2,MA Xiao - mei1,HAO Jian - jun1 1. Henan University of Science and Technology ,Luoyang 471003 ,China ;2. School of Mechanical Engineering , Dalian Univercity of Technology ,Dalian 116023 ,China Abstract Adopting trail text file of Pro/ E as the software interface ,the parametric structure design software of the cylindrical roller bearings is developed. When the basic dimensions such as outer diameter ,interior diameter and width etc are ted , the interior geometry structure dimensions are determined ,the movement parameters are calculated ,with the support of exter2 nal data base. Finally ,the 3D molding and product drawing outputs of the cylindrical roller bearings are realized. Key words cylindrical roller bearing;parametrization;Pro/ E;design 滚动轴承设计重复率相当高,而当采用参数 化设计方法时设计者可以采用先形状后尺寸的设 计方法,将满足设计要求的几何形状放在第一位 而暂不考虑尺寸细节,设计过程相对宽松。因此 滚动轴承参数化设计一直得到业界重视[1]。国内 众多滚动轴承研发机构和生产厂家都相继开发了 滚动轴承参数化设计软件[1 - 3]。 圆柱滚子轴承的结构基本是定型的,其结构 形状由几个主要尺寸参数驱动,这些参数与结构 的控制尺寸有明显的对应关系,只要对这几个参 数进行修改,就可以得到新的产品,因而参数化的 设计方法非常适用于圆柱滚子轴承的设计。 目前,商品化的三维CAD软件如UG、Pro/ E、 IDEAS、CATIA等逐步推出,而且功能也都日臻完 善[4]。选择一个合适的二次开发平台是圆柱滚子 轴承参数化结构设计一个值得重视的问题,本软 收稿日期2005 - 10 - 17;修回日期2006 - 03 - 06 件的开发过程中考虑到软件的实用性以及和其他 滚动轴承参数化设计软件的兼容性、 一致性,采用 Pro/ E软件作为圆柱滚子轴承参数化设计的平 台。 Pro/ E的轨迹文件作为二次开发的工具。与 Pro/ E其他的二次开发工具相比,轨迹文件开发 的突出优点在于入门简易,编程工作量小,软件调 试过程清晰。当然,简易的开发方法也带来了其 局限性轨迹文件开发只能修改特征参数,不能控 制特征,完全能够满足圆柱滚子轴承的参数化设 计过程。 1 圆柱滚子轴承基准零件模型与图 形模板的建立 基于轨迹文件二次开发Pro/ E实现圆柱滚子 轴承参数化设计,前提要建立圆柱滚子轴承各零 件的基准模型、 装配的基准模型及工程图的基准 图形。 ISSN 1000 - 3762 CN41 - 1148/ TH 轴承 Bearing 2006年5期 2006 ,No.5 35 - 38 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 圆柱滚子轴承的结构非常简单,一般采用一 个旋转特征就可以实现零件建模。但是在建立基 准模型时内部参数以及几何约束关系的完善程度 将直接决定用轨迹文件作为接口开发的难度和工 作量,Pro/ E属于特征全约束的参数化建模,通过 尺寸标注和施加相切、 共线、 垂直、 对称等关系来 实现对特征的全约束。交互式建模时除应考虑零 件特征的全约束外模型内部参数 , 还必须正确 设置控制三维模型的设计参数以及建立参数之间 的关联关系,程序通过控制这些参数实现零件的 参数化设计。不同的建模方式将影响到轨迹文件 作为接口开发的难度和工作量,并且有可能造成 模型再生失败。 由于滚动轴承完全不适合在建模后直接把造 型过程中自动生成的NC代码传输到加工中心加 工,因而滚动轴承的工程图处理在圆柱滚子轴承 参数化设计软件开发过程中显得尤为重要[5]。二 维工程图由不同类型的视图和截面组成,视图的 布局与选型非常重要,往往需要工程技术人员有 良好的绘图基础和一些经验技巧。在Pro/ E中, 三维建模完成后,通常二维工程图的获取是把三 维图形按照既定的规则投影到二维平面。实际使 用上真正完成一张完美的Pro/ E软件工程图并不 是一件很轻松的事,需要做大量的系统设置,并对 Pro/ E软件的特性也要有充分的理解。由于轴承 零件的工程图绘制时并不要求与实际零件成比 例,而是以零件结构和尺寸表达清楚详尽、 图形布 局美观为准,所以圆柱滚子轴承参数化设计软件 开发过程中没有采用Pro/ E工程图输出的惯用方 法,而是将轴承各零件的工程图做成固定的模板, 每个零件的模板携带其完整的标注如各种标注 符号、 标题栏和明细表。工程图的开发过程中, 各零件的图形固定不变,只更新其标注信息以及 标题栏中需要修改的信息。 2 轴承几何结构参数确定 圆柱滚子轴承参数化结构设计软件最终目标 要求是只输入圆柱滚子轴承的外圈外径D、 内圈 内径d、 滚动轴承宽度B及轴承型号等,由软件 根据外部参数计算出各零件的详细尺寸、 尺寸公 差、 形位公差并自动生成携带完整参数的三维零 件模型、 装配模型,自动输出各零件及装配模型的 工程图。用户确定图形无误后可以输出打印。根 据软件开发需要实现的功能要求,软件的结构分 为三个模块计算并确定轴承的几何结构参数、 实 现三维造型及二维工程图自动输出。 轴承几何结构参数确定模块依据输入的外部 参数 D , d , B ,轴承型号计算出轴承各零件的详 细尺寸并根据尺寸值检索相应数据库,查出相应 尺寸公差、 形位公差。计算过程中,先通过优化设 计过程确定高速圆柱滚子轴承的结构主参数滚 子中心圆直径Dm,滚子直径Dw,滚子长度Lw,滚 子数量Z ,径向游隙Pa,然后按照圆柱滚子轴承 设计主导文件编程计算其余常规几何参数。轴承 几何参数计算采用Visual C 编程实现。获取 基本参数后,程序将这些数值详细写入记事本,以 文本形式保存下这些数据以备查阅。 轴承几何参数确定后,模型图模块调用计算 所得零件具体参数值,替换原始轨迹文件中相应 参数,生成新的轨迹文件,更新基本模型的尺寸, 实现模型再生。依据同样的原理,工程图模块调 用计算所得具体参数值实现各轴承零件和装配工 程图的尺寸数据更新。 3 数据结构 一般情况下,滚动轴承设计都要涉及系列化 和标准化尺寸问题,而计算出来的值往往不是规 范值。为了解决上述问题以及实现数据共享、 减 少数据冗余,增加数据独立性,加强数据安全性、 完整性和并发性控制问题,软件开发过程中利用 数据库系统存储滚动轴承设计手册与滚动轴承设 计标准数据以增强软件的应用弹性问题[5 - 6]。 为了提高软件处理速度以及兼容性问题,采 用Microsoft Access数据库。程序与数据库之间的 接口采用数据库访问对象DAO来实现。在软件 处理上采用了外部数据库支持。数据库支持维 护,以方便软件的升级换代。为保证数据库的安 全,确保计算结果的准确性,软件维护加了维护认 证口令。在圆柱滚子轴承参数化设计软件中,利 用Access将圆柱滚子轴承标准设计所需用到的 尺寸公差,形位公差等建表,生成一个数据库文 件,最后生成的数据库由19个表构成。 计算轴承参数时采用DAO方式访问数据库, 数据访问关键代码如下 CDaoDatabase db; db.Open”db1. mdb” ; CDaoTableDef m-table / /打开数据库,“db1. mdb” 为数据库名 63轴承2006.№.5 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. m-table.Open“ao2及其允差” ; / /打开数据表,“ao2及其允差” 为数据表名 int nMsgs m table. GetRecordCount ; CMyRecordSet1 m recordset1 ; m recordset1.Open double ao[4] ,d; d the. m Bearingd; int i ; fori 0 ;i nMsgs;i { ao[i] m recordset1. m ao2 ; m recordset1.MoveNext ; } m table. Close ; 4 参数传递 如前所述,轴承几何参数确定后,各模块调用 新生成的文本文件替换原始轨迹文件,以新生成 的轨迹文件来更新基本模型的尺寸,实现模型和 工程图的再生。参数传递过程的关键就在于各模 型与图形是轨迹文件替换。轨迹文件是Pro/ E软 件的记录文件,以ASCII码格式记录从启动到退 出的每一步操作,并且可以利用记事本编辑器进 行查看并编辑。文件里记录的零件模型的设计参 数都是以具体参数值形式显示的。找到这些设计 参数并使这些参数与用户自定义的参数关联起 来,将外部参数用户定义的参数的确定值传递 到系统内部参数,最后实现模型与工程图的更新, 产生适合新的设计条件的新模型与工程图。内外 部参数传递的实现,关键包含两个部分,首先要建 立各个零件的原始轨迹文件库,然后调用计算所 得的轴承各结构参数值生成新的轨迹文件,最后 运行新生成的轨迹文件。具体实现方法如下首 先在Pro/ E软件上打开轴承零件基准零件模型, 修改零件的所有设计参数,使用 “再生” 命令重新 生成此零件模型。这个过程的意义在于利用修改 的过程使得基本模型的轨迹文件能够自动生成各 参数的修改过程,因为最终的再建模以及工程图 再生都需要对这些数据进行替换,有了这个自动 生成的替换过程,在后续过程中编辑和处理基准 零件的轨迹文件就更简单易行了。保存完成上述 操作的轨迹文件,作为轴承零件的最初轨迹文件 假定为文件 1 。用记事本编辑器编辑文件1 ,可 以看到所有设计参数都是以具体数值形式存在, 将这些参数替换成用户易于识别且唯一的参数 名,保存后的文件为轴承零件的携带变参数的轨 迹文件假定为文件 2 。 携带变参数的轨迹文件创建完成后,按照输 入的主参数,编程计算轴承各结构参数,将计算所 得的轴承零件的具体参数值传递给其对应文件2 中的已定义参数,生成文件3 ,再在Pro/ E软件上 运行文件3就可实现模型更新了。 以滚子模型为例,其具体实现的部分关键代 码如下 char buf[200] ; ifstream sfile“X/ / x/ /3.txt” ; / /打开原始轨迹文件,“X/ / x/ /3. txt” 为文 件路径 ofstream dfile“X/ / xx/ /3 3.txt” ; / /创建新的轨迹文件,“X/ / /3 3. txt” 为文 件路径 if sfile { cout〈 〈 “不能打开源文件”〈 〈 “X/ / x/ /3. txt” 〈 〈endl ; exit1 ; } if dfile { cout〈 〈 “不能打开目标文件” 〈 〈 “X/ / xx/ /3 3.txt”〈 〈endl ; exit1 ; } while sfile. getlinebuf ,200 { / /逐行拷贝原始轨迹文件 ifstrcmpbuf ,“‘roolerLw‘” 0 / /判断原始轨迹文件中有无 “‘roolerLw‘” 这个字节的参数,有则替换为具体数值, “roolerLw” 为滚子长度 { char buf2[30] ; double l ; l thepara. m BearingLw/ 2.0 ; strcpybuf ,“‘” ; strcatbuf ,gcvtl ,10 ,buf2 ; strcatbuf ,“ ‘” ; } ifsfile. gcount 200 dfile〈 〈buf〈 〈’\ n’; else dfile〈 〈buf ; 73张 慧等基于Pro/ E的圆柱滚子轴承参数化结构设计 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. sfile. close ; dfile. close ; } 5 结论 1圆柱滚子轴承参数化设计软件可以在与 用户交互的方式下完成轴承的全部设计过程,大 大降低了人工设计的出错率。 2基于轨迹文件二次开发Pro/ E实现圆柱 滚子轴承参数化设计,易于入门,开发过程简单, 编程工作量小,可以大大降低开发的难度。轨迹 文件开发只能修改特征参数,不能控制特征,有一 定的局限性。但对大多数类型的轴承零件的参数 化开发还是适用的。 3Pro/ E软件二维工程图的创建是比较复 杂的,要完成一张符合生产实际需要的产品图需 要工程技术人员对这个软件有深入的了解。针对 轴承实际生产中所用的工程图的特点,利用轨迹 文件开发时避开了利用Pro/ E软件创建工程图的 难点,提高了工程图开发的效率。 4参数化绘图系统绘制的三维模型可供设 计人员直观地观测干涉情况,并为以后与CAM集 成奠定基础;二维工程图由设计人员检查无误后 可以直接打印用于生产。这在很大程度上提高了 生产效率。 参考文献 [1] 宋浩岚,李军林,刘春浩.航空发动机主轴轴承三维 CAD系统[J ].轴承,20032 4 - 6. [2] 李咏红. Pro/ Engineer的参数化零件二次开发研究与 实现[J ].中国测试技术,2005 ,311 . [3] 韩泽光,孙桓五.滚动轴承图形软件系统的设计[J ]. 机械设计与制造,19995 . [4] 陈 辰.轴类产品设计及工程图自动生成技术与实 现[D].南京南京航空航天大学,20015 - 20. [5] 陈 龙,夏新涛,王中宇.基于Pro/ TOOLKIT二次开 发的滚动轴承工程图自动输出[J ].轴承,20054 29 - 31. [6] 陈 龙,夏新涛. 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