1、湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 1 页 共 44 页第 1 章 绪论随着工业及科技的不断发展，人们对各类产品的质量，更新换代的速度以及其从设计、制造到投放到市场的周期都提出了越来越高的要求。为适应这种变化，工厂的产品也向着多品种、中小批量方向发展。瞬息万变的市场要求，对生产提出了更高的要求，要求生产更具有柔性。为满足这种新的要求，计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）应运而生。CAD/CAM 技术是 20 世纪制造业最杰出的成就之一。它能实现几何造型、计算分析、工程绘制、结构分析、优化设计、CAPP、NC 自动编程、模拟仿真、工程数据管理、特征造型等功能
2、。强大的功能使得它成为近年来工程上最受关注的技术。它在加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增加企业市场竞争力和创造能力上发挥着重要作用。CAD/CAM 技术的不断发展与完善让越来越多的工厂认同了这种技术，与此同时，市场上出现了越来越多 CAD/CAM/CAE 一体化设计软件。来自 PTC 公司的 Pro/ENGINEER 就是其中最成功的一款设计软件，自 1988 年问世以来，经过短短十几年时间，就成为全世界最普及的三维设计系统之一，它广泛应用于电子、通信、机械、模具、汽机车、自行车、航天、家电、玩具、等行业。Pro/E 集零件设计、造型设计、模具开发、数控加工
3、、钣金设计、机构仿真、逆向工程、有限元分析和产品数据库管理等功能于一体。对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、减低成本、增加企业市场竞争力和创造能力发挥着重要作用。深受众多大中型企业，研究所和大学亲睐。作为 21 世纪的机械自动化方向的大学生，掌握并熟练运用先进的设计绘图软件是一门必修的课程。CAD/CAM 课程设计给我们提供湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 2 页 共 44 页了这样一个平台。此次设计是机械专业的学生一个必不可少的课程设计项目，它是学生步入公司前的一个模拟设计过程，使学生初步熟悉应用绘图软件进行设计的一般步骤与要求，通过应用先进
4、的绘图软件，再综合所学的专业知识进行产品的初步设计从而达到熟练掌握绘图软件的能力，同时通过此次设计对所学专业知识进行回顾与复习，使学生能够在专业领域达到一个新的高度。此次设计对我们的设计能力以及三维软件的运用能力都是一个锻炼。我们应该通过本次课程设计，达到以下目的：1 了解 pro/E 软件的基本功能；2 熟悉并掌握零件图的绘制方法，能熟练运用拉伸、旋转、扫描、混合、镜像、阵列、孔、壳等功能绘制零件图；3 掌握 peo/E 中零件装配方法和机构仿真的步骤和方法；4 掌握工程图的创建方法；5 能够通过本次设计达到举一反三的效果；6 再次熟悉机械设计课程设计过程中的步骤、方法及注意事项，培养严谨，
5、认真、踏实的设计作风。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 3 页 共 44 页第 2 章 设计内容此次设计内容为二级齿轮减速器。减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转速。在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。减速器是一种典型的机械基础部件，广泛应用于各个行业，如冶金、运输、化工、建筑、食品，甚至艺术舞台。具有一定的代表性。本次设计具体课题及相关特点如下：所选课题：二级同轴式圆柱齿轮减速器。特点：二级同轴式圆柱齿轮减速器具有结构重量轻，强度好的特点，特别是单件小批量生产时，成本低，生产周期短。目前一些大中型减速器经常采用这种结构
6、。此次设计目的为 pro/E 基本软件掌握，故设计中不考虑零部件的强度问题。先设输入轴为轴，中间轴为轴，输出轴为轴；又设高速级小齿轮和大齿轮分别为齿轮 1、齿轮 2，低速级小齿轮和大齿轮分别为齿轮 3、齿轮 4。经过初步计算，得出传动比及齿轮的分度圆直径等如下：总传动比：i 总 =15.437；各级传动比：i 1=i2=3.929；齿轮分度圆直径：d 1=50mm;d2=125mm;d3=70mm;d4=180mm；中心距：a 1=a2=125mm。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 4 页 共 44 页第 3 章 典型零部件的设计过程3.1 低速轴轴模型的创建（1）启
7、动 Pro/ENGINEER,设置系统的工作目录。（2）单击“新建” 按钮，在“新建”对话框中输入零件名“disujizhou”，(采用“mmns_part_solid”模板)单击“确定” 按钮。（3）单击基础特征工具栏中的“旋转”按钮 ，在弹出的窗口中选择“FRONT ”面为草绘平面，接受“RIGHT”为默认参考平面，进入草绘模式，绘制如图 3-1-1 所示的图形：图 3-1-1 轴的旋转草绘图（4）完成草绘，以指定角度旋转 360，完成旋转如图 3-1-2 所示：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 5 页 共 44 页图 3-1-2 轴的旋转图（5）创建基准平面（拉
8、伸键槽时用） 。单击“基准平面”工具 ，出现创建平面的对话框，查机械设计手册确定键槽在轴上的深度，从而确定平面的位置。单击“FRONT”面，创建一个与“FRONT”面偏移一定距离的平面“DTM1” ，具体设置如图 3-1-3 基准平面对话框所示：图 3-1-3 基准平面对话框单击确定，完成“DTM1”的创建。同理创建第二个基准平面“DTM2” ，平移距离为 23。如此完成两个基准平面的创建，如下图 3-1-4 所示：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 6 页 共 44 页图 3-1-4 两平面的创建（6）创建两个键槽：首先创建 40 上的键槽，单击“拉伸”按钮，在放置对
9、话框选择“DTM1”作为草绘平面，接受系统默认的参考平面，点击确定，进入草绘，草绘如图 3-1-5 所示：图 3-1-5 40 轴段上键槽的草绘图（7） 完成草绘，设置拉伸深度为任意值（拉伸的深度超出轴即可），方向设置为沿平面向产生键槽的方向，单击“去除材料”按钮，选择编辑定义如下图 3-1-6 所示设置：图 3-1-6 拉伸设置对话框单击 按钮完成第一个键槽的创建。如下图 3-1-7 所示：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 7 页 共 44 页图 3-1-7 40 轴段上键槽拉伸图同理，以“DTM2”为基准，创建 50 轴上的键槽，此键槽长度l=50mm，宽度 b=
10、18mm。完成第二个键槽的创建。（8）键槽倒圆角。查机械设计手册得，两键槽的倒角大小均为0.4，单击“倒圆角”工具 ，在弹出的窗口中输入倒角大小 0.4，选定键槽要倒圆角的边，确定，完成键槽圆角的创建。（9）两端面倒角及轴过渡段倒圆角。单击特征工具栏中的“倒角”工具 ，在弹出的窗口中设置倒角的大小和标注形式，标注形式为45*D，大小为 3，按住 Ctrl 键选择要倒角的两边，单击 完成两端面的倒角。下面倒圆角，单击特征工具栏中的“倒圆角”工具 ，在弹出的窗口中设置圆角大小为 1.5，选定要倒圆角的边，确定，从而完成圆角创建。至此低速轴模型创建完成，低速轴完整模型图如下图 3-1-8：图 3-1
11、-8 低速轴完整模型图3.2 高速级大齿轮齿轮 2 模型的创建 3.2.1 输入基本参数和关系式（1）启动 Pro/ENGINEER,设置系统的工作目录。（2）单击“新建” 按钮，在“新建”对话框中输入零件名称“gaosujidachulun”，(采用“mmns_part_solid”模板)单击“确定” 按钮。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 8 页 共 44 页（3）齿轮参数的设定。单击“工具”“参数” ，弹出参数对话框，单击 添加参数，齿轮 2 参数名及值如下图 3-2-1 参数对话框所示：图 3-2-1 参数对话框（4）插入齿轮各值间的关系。单击“工具”“关系”
12、 ，在弹出的对话框中输入齿轮各值的关系式，如下：ha=mhf=1.25*mda=m*(z+2)d=m*zdb=d*cos(angle)df=m*(z-2.5)完成后的关系对话框如图 3-2-2 所示：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 9 页 共 44 页图 3-2-2 关系对话框（5）重生成参数。点击“重生成”按钮 ，再选择“工具”“关系” ，在弹出的对话框中可以看到以往设置为零的选项会生成尺寸。具体尺寸此处从略。3.2.2 创建齿轮基本圆（1）以“FRONT”面为草绘平面，接受默认参考面进行草绘，绘四个同心圆，四个圆从内到外依次为齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆，选择“
13、标注尺寸”项 ，对所画的四个圆从内到外进行尺寸标注（尺寸大小任意） 。点击确定，草绘结束。（2）运用关系将所画的四个圆定尺寸。双击所画的四个圆，出现圆湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 10 页 共 44 页的尺寸，选择“信息”“切换尺寸” ，可以发现圆的尺寸由数字变为 d0、d1、d2、d3。如图 3-2-3：图 3-2-3 齿轮基本圆尺寸的切换（3）用关系将四个圆的尺寸变为标准值。选择“工具”“关系” ，弹出关系对话框，在其中输入如下关系：d3=da；d2=d；d1=db；d0=df。具体关系对话框如下图 3-2-4：图 3-2-4 关系对话框确定圆的直径湖南文理学
14、院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 11 页 共 44 页（4）点击确定按钮，再单击再生成按钮 ，从而再生成齿轮的四个基本圆，如下图图 3-2-5：图 3-2-5 齿轮基本圆的再生图3.2.3 创建渐开线（1）用方程创建齿轮中齿的轮廓渐开线。点击“插入基准曲线”按钮 ，在弹出的“菜单管理器”中选择“从方程” ，单击“完成” 。弹出“曲线：从方程”对话框，选取 坐标系，在窗口中选择“笛卡尔” 。弹出“记事本”对话框，输入关系式，如下图 3-2-6：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 12 页 共 44 页图 3-2-6 笛卡尔坐标系参数方程（2）单击“文件”
15、“ 保存” ，再单击“文件” “退出” ，在“曲线：从方程”对话框中选择确定，完成第一段渐开线的创建，如图 3-2-7：图 3-2-7 渐开线的创建3.2.4 镜像渐开线湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 13 页 共 44 页（1）创建一个基准点。在工具栏内单击 按钮，或者依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “点” “点” ，系统弹出“基准点”对话框，如图 3-2-8 所示；图 3-2-8 基准点对话框单击选择分度圆曲线作为参考，按住 Ctrl 键，单击第一段渐开线作为参考，放大视图，检查所创建的点是否位于两条曲线的交点处，单击“基准点”对话框中的确定按钮，完
16、成基准点“PNT0”的创建，如图 3-2-9 所示：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 14 页 共 44 页图 3-2-9 基准点 PNT0 的创建（2）创建一根基准轴。单击工具栏上的“创建轴”按钮 ，系统弹出“基准轴”对话框，如图 3-2-10 所示：图 3-2-10 基准轴对话框在绘图区单击选取“TOP”面，按住 Ctrl 键，选取“RIGHT”面，在“基准轴”对话框中点击确定按钮，完成“A-1”轴的创建，如图3-2-11：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 15 页 共 44 页图 3-2-11 轴“A-1”的创建（3）过“A-1”轴和点
17、“PNT0”创建平面。单击工具栏上的“基准平面”按钮 ，弹出“基准平面”对话框，单击“A-1”轴，按住Ctrl 键选择“PNT0”点，如图 3-2-12 所示：图 3-2-12 “基准平面”对话框湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 16 页 共 44 页单击“确定”按钮，完成“DTM1”的创建，如图 3-2-13：图 3-2-13 “DTM1”的创建（4）创建平面“DTM2” 。创建初始步骤同“DTM1” 。选择“DTM1”作为参考平面，按住 Ctrl 键，选择“A-1”轴，此时出现旋转角度，角度以默认为准，单击“确定” ，完成“DTM2”的创建，如图 3-2-14：湖
18、南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 17 页 共 44 页图 3-2-14 “DTM2”面的创建（5）应用“关系”确定创建的两平面间的夹角 d6 的大小。选择“工具”“关系” ，在“关系”对话框中输入如下关系式：d6=90/z。单击“确定” ，再单击“重置”按钮 完成对尺寸 d6 的定义，具体关系设置及修改后的图见 3-2-15 和 3-2-16：湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 18 页 共 44 页图 3-2-15 “关系”对话框图 3-2-16 两面间夹角的定义（6）镜像渐开线。选择第一段渐开线，单击“镜像”按钮 ，系统弹出镜像面板对话框，
19、并要求选择一个项目进行镜像，选择先前创建的 DTM2 平面作为镜像平面，在“镜像”特征定义操控面板内单击 按钮，完成渐开线的镜像。完成后的曲线如图 3-2-17 所示：图 3-2-17 完成后镜像渐开线3.2.5 拉伸齿根圆（1）在工具栏中单击“拉伸”按钮 ，弹出“拉伸”定义操控面板， 在面板内单击“放置”“定义” ，弹出“草绘”定义对话框，选取“FRONT”面作为草绘平面，接受系统默认的参考平面，单击“草绘” ，系统进入草绘环境。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 19 页 共 44 页（2）选择“利用边”按钮 ，在绘图区单击选取齿根圆曲线，如图 3-2-18，单击草
20、绘工具栏中的 ，完成草绘。（3）拉伸。拉伸深度暂时自定，拉伸形式为设置为“从草绘平面以指定的深度拉伸” ，单击“拉伸”操控面板中的 ，完成齿根圆的拉伸，具体如图 3-2-19：图 3-2-18 草绘齿根圆曲线湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 20 页 共 44 页图 3-2-19 拉伸后的齿根圆（4）运用“关系”选项确定齿根圆的宽度。单击“工具”“关系”，单击拉伸后的图形，此时图形中会出现齿根圆的宽度 d7 在弹出的“关系”对话框中输入 d7=b，如图 3-2-20，单击“确定” ， “再生”完成齿根圆的拉伸创建。拉伸后的齿根圆如图 3-2-21：图 3-2-20 齿
21、根圆宽度的确定湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 21 页 共 44 页图 3-2-21 已定的齿根圆3.2.6 创建齿形（1）在工具栏内单击 按钮，弹出“拉伸”定义操控面板，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框，选择“FRONT”面作为草绘平面，接受系统默认的参考平面，单击“草绘”进入草绘环境。（2）绘制如图 3-2-21 所示的二维草图，草绘中圆角的大小可以先不确定，只约束两圆角相等即可，在工具栏内单击 按钮，完成草图的绘制。图 3-2-21 齿形的草绘图湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 22 页 共 44 页（3）拉
22、伸齿形。在拉伸特征定义操控面板中选取“实体”按钮，拉伸深度可暂时不定，单击 完成拉伸，如下图 3-2-22：图 3-2-22 齿形的初步拉伸（4）运用“关系”将齿形标准化。单击“工具”“关系” ，系统会弹出“关系”对话框，再单击初步拉伸成的齿形，发现视图中会出现两个尺寸：齿宽 d8 和圆角半径 d9。在关系对话框中输入关系式，d8=b；if hax=1，d9=0.38*m，endif；if hax1，d9=0.46*m，endif。如图3-2-23.再单击“确定”按钮。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 23 页 共 44 页图 3-2-23 “关系对话框”（5） “再
23、生成”标准齿形。点击“再生成”按钮，标准齿形齿形创建完成。如图 3-2-24：图 3-2-24 标准齿形图 3.2.7 齿的复制和阵列湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 24 页 共 44 页（1）齿的复制。单击“编辑”“特征操作” ，在弹出的“菜单管理器”中选择“复制” “移动” “完成” ，选定创建的齿，单击“完成” “旋转” “曲线/边/轴” ，选择“A-1”轴，单击“正向” ，在“输入旋转角度”中输入“360/z” ，单击 ，再单击“菜单管理器”中的“完成移动” ，尺寸参数先不予考虑，单击“完成” ，再单击“组元素”中的“确定” ，完成一个齿轮的复制。如图3-2
24、-25：图 3-2-25 齿轮的复制（2）齿的尺寸阵列。选定复制的齿，单击“阵列”按钮 ，点击图中的尺寸，变其值为“360/z” ，具体操作如图 3-2-26：图 3-2-26 尺寸阵列湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 25 页 共 44 页（1）单击“Enter”键，系统弹出对话框，单击其中的“是（Y） ”按钮，在“阵列操控面板”输入阵列个数为任意值，如“5” ，单击按钮，完成齿的初步阵列，如图 3-2-27 所示：图 3-2-27 齿的初步阵列（2）运用“关系”完成齿轮齿的全部创建。单击“工具”“关系”，系统弹出“关系”对话框，点击所阵列的五个齿，此时会发现其中出
25、现齿数的标注 p17，在“关系”对话框中输入如下关系：p17=z-1。如图 3-2-28。单击“确定” ， “重生成” ，完成齿轮齿数的创建，如图 3-2-29。图 3-2-28 用“关系”定齿数湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 26 页 共 44 页图 3-2-29 齿的全部生成3.2.8 创建腹板式齿轮结构（1）单击“拉伸”按钮 ，在“拉伸操控面板”中选择“放置”“定义” ，弹出“草绘”对话框，选择上面所画齿轮的一个面作为参考平面，接受系统默认的参照平面，点击“草绘”进入草绘界面。草绘一个圆，以齿轮的分度圆为圆心，大小为 50，单击 ，完成草绘。在“拉伸操控面板”
26、中设置拉伸方向为经过齿轮实体，选择“去除材料”按钮 ，单击 ，完成“拉伸” ，拉伸后如图 3-2-30：图 3-2-30 拉伸齿轮中间孔（2）中心孔倒角。点击“倒角工具” ，在“倒角操控面板”中选择“倒角形式”为“45*D” ，在“倒角大小”中输入大小为湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 27 页 共 44 页1.5，单击 ，完成倒角，倒角后如图 3-2-31：图 3-2-31 齿轮中间孔的倒角（3）腹板孔的创建。单击“拉伸”按钮 ，弹出“拉伸定义操控面板” ，在面板内单击 “放置” “定义” ，弹出“草绘”定义对话框，选择齿轮的一个平面作为草绘平面，接受系统默认的参考
27、平面，单击“草绘”进入草绘环境。草绘如图 3-2-32 所示的 127.5 的构建圆以确定腹板孔的位置，在构建圆与中线的交点处草绘一个 28大小的圆，单击 ，完成草绘，在拉伸操控面板中选择“拉伸方向”为经过齿轮实体，拉伸长度为大于或等于齿轮的宽度，如图 3-2-33所示，单击“去除材料”按钮 ，单击 ，完成腹板孔的拉伸。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 28 页 共 44 页图 3-2-32 腹板孔的草绘图 3-2-33 腹板孔拉伸的设置单击“阵列”按钮 ，在弹出的“阵列操控定义面板”中选择阵列方式为“轴”阵列，输入阵列个数为 6，单击 让系统自主平均分配 6 个孔之
28、间的角度，单击 ，完成腹板孔的阵列，阵列后的齿轮如图 3-2-34 所示：图 3-2-34 腹板孔的创建（3）齿轮凹槽的创建。单击“旋转”按钮 ，在“旋转操控定义面板”中单击“位置”“定义” ，弹出“草绘”对话框，以“TOP”面作为草绘平面，接受系统默认的参考平面，草绘如图 3-2-35 所示的图形。湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 29 页 共 44 页图 3-2-35 齿轮凹槽的草绘草绘完毕后，单击 ，完成草绘，在“旋转操控定义面板”选择“旋转角度”为 360，单击“去除材料”按钮 ，单击 ，完成旋转，旋转后的齿轮如图 3-2-36：图 3-2-36 齿轮一侧凹槽
29、的创建（4）镜像凹槽。镜像凹槽首先需创建一个过齿轮中间的平面，单击“基准平面工具” ，弹出“基准平面”对话框。选择“FRONT”面作为参考平面，在“平移”中输入偏距为 25，单击“确定” ，完湖南文理学院机械工程学院 CAD/CAM 课程设计说明书第 30 页 共 44 页成平面“DTM3”的创建，如图 3-2-37：图 3-2-37 “DTM3”的创建选择（3）中创建的凹槽，使其所有的边呈现红色，单击“镜像”按钮 ，弹出“镜像定义操控面板” ，选择所创建的“DTM3”平面，单击“镜像定义操控面板”中的 ，完成凹槽的镜像处理，完成后如图 3-2-38：图 3-2-38 凹槽的镜像（5）凹槽倒圆角。单击“倒圆角工具” ，弹出“倒圆角定义操控面板” ，在其中设置圆角大小为 5，鼠标单击选定凹槽中要倒角的部分，单击 ，完成凹槽的倒圆角，如图 3-2-39：
