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1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：基于Pro/E的齿轮油泵三维建模设计学生姓名: 王 勇 所在院系：机 电 学 院 所学专业：机电技术教育 导师姓名：安 爱 琴 完成时间：2009年5月20日 摘 要本文介绍了利用Pro/E软件，来完成齿轮油泵三维建模设计。齿轮油泵设计主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。用Pro/E建立三维模型及模型库，进行虚拟装配、动画演示、运动特性分析，将三维技术融入机械类等课程，从而实现用现代化教学手段达到降低教学成本，提高教学质量的目的。关键词：齿轮油泵，三维建模, Pro/E，计算机辅助教学，机构仿真Based on
2、Pro/E three-dimensional modeling of the gear pump designAbstractThis article describes how to use Pro/E to complete the design of three-dimensional modeling of gear pumps. The design of gear pumps, mainly began from parts modeling, assembly design, simulation of body movement, the work of several as
3、pects of the principle of animation. Utilizing Pro/E to establish three-dimensional model and model-base, virtual assembly, animation demo , movement analysis, three-dimensional technology will be integrated into the mechanical subject, which made it become true to achieve reducing the cost of teach
4、ing and improving the quality of teaching using the teaching methods of modernization. Keywords：gear pumps, three-dimensional modeling, Pro/E, CAI ,simulation目 录1 绪论11.1 机械专业传统的教学方式存在的问题11.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中12 设计概述23 设计过程33.1 齿轮油泵零件建模设计33.1.1 齿轮油泵骨架的设计43.1.2 齿轮油泵主体的设计53.1.3 齿轮油泵左盖的设计73.1.4 创建齿轮泵右侧
5、盖的设计83.1.5 齿轮轴的设计83.1.6 其它零件的创建123.2 齿轮油泵装配设计133.2.1 虚拟装配设计133.2.2 生成爆炸图164 机构仿真及工作原理动画174.1 齿轮油泵机构仿真设计174.2 齿轮油泵工作原理动画仿真195 总结22致谢23参考文献241 绪论计算机辅助教学是教学发展的一个焦点，Pro/E等三维建模软件的发展以及虚拟制造技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学的工作平台1。1.1 机械专业传统的教学方式存在的问题（1） 在机械类课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，如果没有模型，仅仅依靠讲解，是很难讲清楚一个立体结构的。学生
6、缺少对实物的感官认识也就更难理解没有模型的讲解，而传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容易损坏，不便于保管。（2） 教学中存在的另一个问题是传统的教学实物模型一成不变，更新换代的速度慢，而几十年不变的教学模型已不能满足教学和科技时代不断进步的需要。时代在发展，教学内容在不断更新，当然教学模型也要跟上教学内容的更新，要想根据教学需要更改实物模型是很困难的。更换新实物模型成本又很高，而旧模型基本没有再利用的价值，造成很大的浪费。（3） 传统的教学模型作运动演示和运动分析也存在很多缺陷，一是学校很难保证有一套完整的机械专业的教学模型，而且成本也较大；二是有些空间的机构内部的运
7、动很难观察到；三是装配模型时容易损坏零件，运动容易出故障；四是运动特性的分析也很困难。（4） 对于机械设计的教学，传统的教学方法是先展开平面简图的构思，形成稍微完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过程中，需要用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。1.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中Pro/E系统是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC)的产品。本软件采用单一数据
8、库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CADCAECAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CADCAECAM 领域的新标准。将现代化的Pro/E三维技术应用到在机械专业课的教学中，可以解决以上传统教学存在的很多不足2。（1） 建立零件的三维模型，虚拟的模型便于现代化教学，在教学中如果应用Pro/E的三维技术建立零件的三维模型，可以避免传统教学模型的缺点，它同样具有实物教学模型的直观、容易理解的优点，又克服了传统教具的不足，避免了携带困难的问题，还便于制作多谋体课件。（2） 把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的模型库，利用Pro/E提供的强大的基于特征的参数化实体造型
9、功能，把教学中常用的零件、部件和标准件，利用微机的存储信息量大的特点建立起自己的模型库，以充分利用已有的设计成果和前人的经验。我们建立的教学模型库有如下特点：1） 零件模型库的覆盖面广、标准新；2） 当教学需要某一零件模型时，可直接从零件模型库中调出，不必手工绘制；3） 零件模型从模型库中调入后可任意移动、旋转，在装配时确定准确的位置；4） 零件模型库的操作使用简捷、方便、灵活、易学易懂；5） 还可以用互联网实现零件模型库的资源共享，充分运用网络资源为教学服务。（3） 可将各种三维零部件和机械传动在Pro/E内进行虚拟装配、三维动画演示和运动特性分析。总之，把Pro/E的三维技术引入机械专业课
10、的教学，彻底改变了传统的教学理念，大大改善了辅助教学环境，提高了教学效果3。通过实践证明，我们只要认真研究和大胆尝试辅助教学这一现代化教学手段，不断地去学习、掌握这种技术，很好地将Pro/E的三维技术应用到我们的机械专业教学中去，提高工作效率，充分利用微机多媒体辅助教学的优越性，调动学生的积极性，就一定能有效地帮助我们达到降低教学成本，提高教学质量的目的。2 设计概述本设计主要围绕齿轮油泵设计这个实例展开。液压油泵作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大，Pro/E作为一款高效快捷的CAD/CAM软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发
11、速度，本文将着重就Pro/E的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。齿轮油泵包含多个零部件，其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。设计的具体要求为：（1） 齿轮油泵零件建模设计；（2） 齿轮油泵装配设计；（3） 齿轮油泵机构仿真设计；（4） 齿轮油泵工作原理动画设计。3 设计过程3.1 齿轮油泵零件建模设计齿轮油泵包含20多个零部件，其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法4，齿轮油泵的最后设计结果如图1所示，组件分解图如图2所示。图1 齿轮油泵三维图图2 齿轮油泵爆炸图3.1.1 齿轮油泵骨架的设
12、计齿轮油泵骨架的设计主要是一系列基准曲线的绘制，其随后的建模设计建立在骨架设计的基础上，齿轮油泵的骨架设计结果如图3所示。图3 齿轮油泵骨架设计结果（1） 新建零件文档；1） 单击“新建”按钮打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选取“零件”选项，在“子类型”中选取“实体”选项，在“名称”文本框中输入零件名称“Gear_pump”；2） 取消“使用缺省模板”复选项，单击“确定”按钮。系统打开“新文件选项”对话框，选取其中的“mmns_part_solid”选项，再单击“确定”按钮进入三维实体建模环境5。（2） 草绘基准曲线；图4 齿轮油泵骨架草绘1） 单击“草绘工具”按钮打开“草绘”对话框；
13、2） 选取基准平面FRONT作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击“草绘”，进入草绘界面；3） 在草图内绘制曲线如图4所示。（3） 创建基准平面；1） 单击“基准平面工具”按钮打开“基准平面”对话框；2） 选取FRONT基准平面作为参照，设置平移距离35；3） 单击“确定”，完成DTM1基准平面。（4） 草绘曲线。1） 单击“草绘”打开“草绘”对话框；2） 选取DTM1作为草绘平面，其它设置接受系统默认选项，单击“草绘”；3） 绘制如图5所示曲线。图5 齿轮油泵骨架草绘二保存设计结果，作为骨架设计，关闭窗口。3.1.2 齿轮油泵主体的设计（1） 新建零件文档；单击“新建”按钮打开新建对话
14、框。在“类型”中选“零件”，在“子类型”中选“实体”，在“名称”文本框中输入零件名称“Gear_part_m”。（2） 创建外部继承特征；1） 单击“插入”主菜单中选取“共享数据”/“合并/继承”选项，系统打开设计图标版6；2） 单击“打开”按钮，使用浏览的方式打开上一小节设计的齿轮油泵骨架文件“Gear_pump”.同时系统打开“外部合并”对话框，在该对话框的“约束类型”下选取“缺省”选项，在系统默认位置装配齿轮油泵骨架文件；3） 单击“外部合并”中的“确定”，单击“设计板”上的“确定”。（3） 创建拉伸实体特征；1） 单击“拉伸”打开设计板，在设计板中单击“放置”打开参照面板，单击其中“定
15、义”打开“草绘”对话框，选择FRONT为草绘平面，接受其它默认设置单击“草绘”进入草绘模式；2） 在草绘平面内使用“抓取边”工具绘制拉伸剖面图，然后单击“确定”退出草绘，调整方向输入拉伸深度“25.2”，最后创建的拉伸实体如图。再次单击“拉伸”按钮，选取上一零件端面作为草绘平面，进入草绘模式；3） 绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入拉伸深度“25.2”，最后创建的实体特征如图所示；4） 再次单击“拉伸”，选取上一零件右侧面为草绘平面，进入草绘模式；5） 绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，输入深度“9.5”，最后创建的拉伸实体如图6所示。 图6 齿轮油泵主体拉伸结果 图7 齿轮油泵主体创建孔结果 （4） 创建孔特征；1） 单击“孔”打开孔设计板。单击拉伸体端面为主参照。单击“放置”打开参照面板，选取“同轴”放置类型，然后激活“次参照”，选取拉伸体轴线；2） 完成后的“放置”，设置“形状”列表，最后完
