基于Pro/E的皮带机3D参数化设计方法研究

本文介绍了基于Pro/ENGINEER三维CAD设计软件建立皮带机的参数化特征实体模型，完成了参数之间的关联设计，通过对控制参数的改变，快速完成不同系列皮带机的设计。实际系统测试表明，该系统实现了2D绘图与快速生成特征实体模型的高度集成，从而缩短了产品设计开发周期，提高企业对市场的应变能力。

一、概述

皮带机是烟草企业中常用的辅联设备，由于在各烟厂生产线上联接的设备不同，所以皮带机的结构类似，但尺寸不同，需要进行大量的变型设计。

在以往皮带机的设计过程中，绝大部分都采用二维平面设计，为了赶工期，设计人员往往直接在老图纸上刮去尺寸和线条，手工画上线条、填写新尺寸，这样容易使产品结构等信息表达有误，引起设计部门与制造工艺部门不必要的信息反复。同时，由于没有相关联的产品三维装配模型可供分析，给干涉分析及空间设计带来了困难。而本文将要论述的三维参数化设计系统则很好地解决了这样的问题。它以三维实体模型为基础，利用参数化设计方法，实现以少数几个参数来控制其他的特征参数，使整个设计过程都是针对实体特征模型进行，摆脱了二维设计中的局限性。另外，本设计系统实现了动态交互的设计功能，用户可以随时改变控制参数来满足自己的要求，具有很大的灵活性与实用性，符合未来设计发展的需要，具有良好的发展前景。

二、皮带机特征模型基本参数的交互式输入及关联

1.基本参数

下面以某型皮带机为例，介绍整个控制过程。如图1所示，皮带机整体特征模型包括支腿、侧板、侧挡板、主动辊、被动辊、托辊和皮带等部件，需要经常变动的主要包括皮带的宽度B、前后辊的中心距L和皮带面的高度H三个尺寸参数。支腿的宽度、高度、主动辊的长度和侧板的长度等结构尺寸参数都可由以上的基本参数来确定，所以不作为基本参数，只作为设计中需要考虑的结构参数，这样既减少了基本参数的数量，也有利于下一步控制参数的提取与确定。

2.基本参数的交互式输入及关联

(1)骨架模型的建立及装配

在Pro/ENGINEER中提供了骨架模型的功能，允许设计者在加入零部件之前，先设计好每个零件在空间中的静止位置或在运动时的相对位置的结构图。设计好结构图后，可以利用此结构将每个零部件装配上去，以避免不必要的装配限制的冲突。在本例中则需要建立好皮带的宽度B、前后辊的中心距L和皮带面的高度H三个尺寸参数的骨架模型，如图2所示。

图1 皮带机模型结构

图2 骨架模型

将做好的主动辊、被动辊、侧板、侧挡板、托辊、支腿和皮带等部件按照相对位置进行装配。

(2)建立基本参数变量

在Pro/ENGINEER中提供了可程序化的工具Pro/PROGRAM，利用此工具可以事先将某些常常要更改的步骤和尺寸编写成语句，使得整个零件文件或装配部件能够易于让每个使用这些文件的人员明白如何操作。本例中，在装配文件中的菜单管理器中，选择【Assembly（组件）】→【Program（程序）】→【Edit Design（编辑设计）】，执行后，Pro/ENGINEER会自动调用Windows内嵌的编辑器（一般是记事本），并显示其内容，在里面添加内容，如图3中上部方框所示。

图3 添加参数变量和特征表达式关联

(3)建立特征表达式关联

在装配文件中的菜单管理器中，选择【Assembly（组件）】→【Relation(关系)】→【Switch Dim（切换尺寸）】→【Pick（选择）】，选择一个要显示参数的特征，在Pro/ENGINEER中，每个尺寸均会给予一个代号，这些代号如图4所示的方式表示，如选择被动辊的辊筒的长度代号为d3:8。已知被动辊的辊筒的长度比皮带的宽度B长20mm，所以选择【Assembly（组件）】→【Assem Rel(装配关系)】→【Add（增加）】，输入d3:8=B+20。依此类推，逐一键入各个零件与L、B、H有关的各关系式。

图4 切换参数代号

在皮带机中，侧板支撑、托辊、支腿等零部件的间距基本是固定的，当前后辊的中心距L发生变化时，其数量也应发生相应的变化。下面以支腿的数量变化为例，介绍其实现的过程。由图5可知，支腿的间距为d25:1，数量为p26:1，距一端距离为d24:1，由经验可知侧板下部的长度为L-370，键入以下关系式：

d24:1=2000，
p26:1=ceil((L-370)/2000)，
d25:1=(L-370-400)/(P26:1-1)，

以上关系式意义如下，假设支腿的间距为2000mm，求支腿的数量，由支腿的数量求支腿的实际间距。

ceil()是求大于输入实数的最小整数，例如，ceil(10.2)=11
完成后的特征表达式关联列表如图3中下部方框内的内容所示。

图5 支腿阵列参数

(4)不同模型的生成

1)点击【Regererate（再生）】→ 【Automatic（自动）】 → 【Enter（输入）】 →【Select All （选取全部）】 →【Done Sel （完成选取）】。

2) 按屏幕提示输入相应参数

请输入皮带的宽度： [800] （括号内为原有数值）；
请输入皮带机两辊的中心距： [3615]；
请输入皮带面的高度： [1200]。

3)输入完参数后，自动按照参数生成。

上文中图1为B=1100，L=3615，H=1200的模型。图5是相应尺寸分别为800、9000和1000的模型。

三、结束语

本文只是以一个简单的例子介绍了产品变型设计的思路和步骤。此方法可以在建模的同时将企业在设计开发领域中积累的丰富技术资料和经验融入到典型零部件的设计中，以期尽量利用已有的成熟零部件设计新产品，即用尽量少的新设计零部件组成尽可能多的变型系列新产品，解决目前有经验的设计人员不多、设计水平不高的问题，又能使有经验的设计人员从事更多的创造性工作，从而缩短了产品设计开发周期，提高了企业对市场的应变能力。