用实例阐述参数设计的概念、基本原理

目录

一、参数化设计简介 (1)

1.1 参数化概述 (1)

1.2 参数化设计在CAD中的应用 (1)

1.3 参数化设计原理及方法 (2)

1.4 常用的参数化设计软件 (2)

二、proe直齿轮参数化建模过程 (3)

2.1 新建零件 (3)

2.2 绘制渐开线 (4)

2.3 草绘分度圆、齿顶圆、和齿根圆并建立关系 (5)

2.4 镜像渐开线 (6)

2.5 绘制齿槽围线 (8)

2.6 标准齿轮造型 (8)

2.7 改变参数再生成齿轮 (9)

参考文献 (10)

一、参数化设计简介

1.1 参数化概述

参数化设计是Revit Building 的一个重要思想，它分为

两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building

中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是

通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建

筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使

用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其

它相关联的部分反映出来，采用智能建筑构件、视图和注释

符号，使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构

件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关

构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。 1.2 参数化设计在CAD 中的应用

用CAD 方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分

析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型

具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模

型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参

数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不

同大小和形状的零件模型。

在CAD 中要实现参数化设计，参数化模型的

建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何

约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸图 1 proe 参数化建模

图 2 参数化建模

约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。

1.3参数化设计原理及方法

参数化设计是指设计对象的结构形状基本不变，而是采用一组参数来约定尺寸关系。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。

参数化设计的主要特点如下：

(1)基于特征：将某些具有代表性的几何形状定义为特征，并将其所有尺寸设定为可修改参数，形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的创建。

(2)全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏注尺寸（欠约束），不能多注尺寸（过约束）。

(3)尺寸驱动实现设计修改：通过编辑尺寸值来驱动几何形状的改变，它也是全数据相关的基础。

(4)全数据相关：某个或某些尺寸参数的修改，导致与其相关的尺寸得以全部同时更新。全数据相关的修改功能体现了当需要零件形状改变时，只需编辑尺寸值重新刷新即可实现形状的改变。

参数化应用较广泛的是尺寸驱动的方法。基于约束的尺寸驱动是较为成熟的参数化方法，它的基本原理是：对几何模型中的一些基本图素施加一定的约束，模型一旦建好后，尺寸的修改立即会自动转变为对模型的修改。例如一个长方体，对其长L、宽W、高H赋予一定的尺寸值，它的大小就确定了。刚改变L,W,H的值时，长方体的大小随之改变。这里不但包含了尺寸的约束，而且包含了隐含的几何关系的约束，如相对的相面互相平行，矩形的邻边互相垂直等。

1.4常用的参数化设计软件

目前常用的参数化设计CAD软件中，主流的应用软件有Pro/Engineer、

UGNX、CATIA和Solidworks四大软件，四大软件各有特点并在不同的领域分别占据一定的市场份额。Pro/Engineer是参数化设计的鼻祖，参数化设计的实现最先就是由Pro/Engineer实现，而Pro/Engineer也因为参数化的特点在横空出世后迅速抢占了传统CAD软件巨头UG和CATIA的部分市场份额，目前主要应用于消费电子、小家电和日用品、发动机设计等行业；UG和CATIA两个传统的软件巨头也不甘落后，紧随Pro/Engineer之后加入了参数化设计的功能，目前在传统的制造行业比如汽车、航空航天等行业上两个软件占据绝对的市场份额。

二、proe直齿轮参数化建模过程

现利用pro/E进行齿轮模型的参数化设计。

图 3 标准直齿轮

2.1新建零件

首先打开proe4.0，点击新建，选择零件，命名“gear”。

图 4 新建零件

设置渐开线直齿轮的基本参数

模数m—有标准取值系列;

—由齿轮传动确定。标准渐开线齿轮压力角20°、齿顶高系数为1、顶隙数齿数Z

1

为0.25。

图 5 齿轮参数设置

2.2绘制渐开线

渐开线用从方程创建曲线的方法绘制。

渐开线的极坐标方程为：

cos tan {b k k k k k k r r inv αθααα===-

其中基圆半径1cos 1cos 2

b r r m z αα=⋅=⋅⋅； 设参数t=0~1时，i α=0~45°，变换为proe 的柱坐标方程：

图 6 写入记事本的齿轮圆柱坐标方程

图 7 生成的渐开线

2.3 草绘分度圆、齿顶圆、和齿根圆并建立关系