基于UG的斜齒輪參數(shù)化精確建模研究設(shè)計(jì).doc

論文題目：基于UG的斜齒輪參數(shù)化精確建模研究學(xué)生姓名：所在院系：機(jī)電學(xué)院所學(xué)專(zhuān)業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：摘要傳統(tǒng)的造型方法都只是幾何要素的簡(jiǎn)單堆疊，僅描述了產(chǎn)品的幾何形狀，而不具備由于幾何尺寸變化而使圖形變換的尺寸驅(qū)動(dòng)功能。這樣一來(lái)，哪怕是要改變復(fù)雜模型的一個(gè)尺寸，也需要擦掉原有圖形，重新構(gòu)建一個(gè)新的圖形，這種簡(jiǎn)單的重復(fù)工作嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)效率。能否建立起圖形幾何尺寸與幾何數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，通過(guò)更改數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)幾何模型的變化呢？這就是參數(shù)化設(shè)計(jì)！UG作為新一代的三維造型系統(tǒng)具有先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，本文主要分析了在UG下漸開(kāi)線生成的方法及斜齒輪參數(shù)化建模的過(guò)程，在UG下建立了斜齒輪的基本結(jié)構(gòu)模型，并且斜齒輪模型的基本尺寸參數(shù)都通過(guò)表達(dá)式加以關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了斜齒輪的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，這樣通過(guò)修改斜齒輪模型相應(yīng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)就可以快速實(shí)現(xiàn)斜齒輪的三維建模。從而提高了建模速度、降低了造型難度、減少了重復(fù)性的勞動(dòng)、節(jié)約了時(shí)間、提高了設(shè)計(jì)效率。關(guān)鍵詞:UG,參數(shù)化設(shè)計(jì),表達(dá)式,斜齒輪,漸開(kāi)線TheParameterizationDesignofHelicalgearBasedonUGAbstractTraditionalmodelmethodsareallonlythepilingpilebrieflyofkeyelementsofgeometric.Theyonlydescribethegeometricformoftheproducts,buttheycantpossessthepromotingfunctionofchangingthefiguredependsonthevarietiesofgeometricsize.Inthiscase,evenchangingassizeofthecomplicatedmodel,itneedstowipeofftheoriginalfigure,andconstructanewfigureagain.Suchsimplerepeatedwokinfluencestheefficiencyofdestgningseriously.Whethercanitsetuprelationshipbetweenthegeometricsizeofthefigureandgeometricdataandgeometricdataandsealizethechangeofthegeometricmodelthroughchangingthedata?Thisisthedesignofparameter!UGhasadvancedfunctionofdesigningbyparameterastri-dimensionalmodelsystemofnewgeneration.Thepapermainlyanalysisthemethodofinvolutesgenerationandthebuildingcourseofthehelicalhelicalgearparametricdesign,andthebasicsizeparameterofhelicalgearmodelislinkedwitheachotherthroughexpression,thedriveofthehelicalgearparametercanbeachieved,thehelicalgearfastthree-dimensionalbuildmouldcanrealizedthroughmodifyingthebasicstructuralparameterofcorrespondinghelicalgearmodel.Itrisespeedofbuildingmould,reducemodelingdifficultyandtherepeatabilitylabors,savetime,raisedesignefficiency.Keywords:UG，Parametricdesign，Expression，helicalgear，I目錄1緒論.12UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)概念.13斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程.23.1漸開(kāi)線的形成原理.23.242齒以下斜齒輪的繪制.33.2.1斜齒輪基本曲線的輪廓繪制.33.2.2漸開(kāi)線表達(dá)式建立與生成.53.2.3齒廓的生成.63.2.4單個(gè)輪齒的生成.73.2.5齒輪生成.93.341齒以上斜齒輪繪制.103.3.1斜齒輪基本曲線的輪廓繪制.103.3.2漸開(kāi)線表達(dá)式建立與生成.123.3.3齒廓的生成.143.3.4單個(gè)輪齒的生成.153.3.5齒輪生成.164結(jié)束語(yǔ).17謝辭.18參考文獻(xiàn).181緒論齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)械傳動(dòng)形式中應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器的傳動(dòng)裝置中，齒輪又是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的核心零件,所以齒輪在機(jī)械傳動(dòng)中的作用非常重要。近年來(lái)隨著運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真和對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確有效分析的需要,齒輪的精確建模也顯得極其重要。由于齒輪輪廓不是標(biāo)準(zhǔn)曲線,工程設(shè)計(jì)人員在齒輪的精確建模和設(shè)計(jì)制造中會(huì)涉及到曲線公式坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)等較為復(fù)雜的問(wèn)題,而且在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要對(duì)齒輪進(jìn)行造型，大多數(shù)三維建模系統(tǒng)都不能直接、快速、高效、精確的生成齒輪的三維模型，因此齒輪的三維建模過(guò)程比較困難。所以齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)顯得非常重要。所謂參數(shù)化就是對(duì)零件上各個(gè)特征施加各種約束，各個(gè)特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來(lái)表示，如定義某個(gè)特征變量的參數(shù)發(fā)生了改變，則零件的這個(gè)特征的幾何形狀或尺寸的大小將隨參數(shù)的改變而改變1。目前有許多三維造型軟件如UG、Pro/E、SolidWorks等，本文是基于UG下對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，是用表達(dá)式生成方法即用尺寸來(lái)驅(qū)動(dòng)圖形，UG的表達(dá)式是算術(shù)或條件語(yǔ)句，它可以用來(lái)控制同一零件上的不同特征間的關(guān)系。利用UG表達(dá)式并利用漸開(kāi)線方程和與齒輪幾何尺寸相關(guān)的計(jì)算公式，建立表達(dá)式生成漸開(kāi)線曲線及其它相關(guān)聯(lián)的曲線，并通過(guò)特征操作實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。2UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)概念UG（Unigraphics）是美國(guó)EDS公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，是當(dāng)前國(guó)際流行的工業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)。它在全球已經(jīng)擁有眾多用戶(hù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)、電器、化工等各個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與分析。作為一款實(shí)用的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件包，UG為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的復(fù)合建模手段，包括實(shí)體建模、自由曲面建模、特征建模、裝配建模等基本建模功能。同時(shí)，它的表達(dá)式功能也十分強(qiáng)大，為用戶(hù)提供了包括算術(shù)表達(dá)式（ArithmeticExpressions）、條件表達(dá)式（ConditionalExpressions）、幾何表達(dá)式（GeometricExpressions）等3種表達(dá)式。表達(dá)式對(duì)于參數(shù)化建模是很有用的，因?yàn)樗梢杂脕?lái)控制部件各個(gè)特征間的聯(lián)系，也能夠用來(lái)生成規(guī)律曲線（LawCurves）。本文正是基于UG的實(shí)體建模模塊對(duì)直齒齒輪進(jìn)行三維模型建立的，同時(shí)齒廓線的生成通過(guò)使用算術(shù)表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)。參數(shù)化設(shè)計(jì)模型是以約束來(lái)表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征,以一組參數(shù)來(lái)控制設(shè)計(jì)結(jié)果,從而能通過(guò)變換一組參數(shù)值,方便地創(chuàng)建一系列形狀相似的零件。參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本手段有程序驅(qū)動(dòng)與尺寸驅(qū)動(dòng)。程序驅(qū)動(dòng)法是通過(guò)分析圖形幾何模型的特點(diǎn),確定模型的主參數(shù)以及各尺寸間的數(shù)學(xué)關(guān)系,將這種關(guān)系輸入程序中,進(jìn)而在零件設(shè)計(jì)時(shí)只需輸入幾個(gè)參數(shù)即可生成所要求的模型。尺寸驅(qū)動(dòng)是對(duì)程序驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展,它的基本思想是由應(yīng)用程序生成所涉及的基圖,該圖的尺寸有一系列的尺寸標(biāo)識(shí),這些尺寸由用戶(hù)在編程時(shí)輸入或交互式輸入,從而生成用戶(hù)的模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有:參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段；參數(shù)化設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要2。數(shù)化設(shè)計(jì)是一種把設(shè)計(jì)意圖融入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型的強(qiáng)大工具，利用多組參數(shù)驅(qū)動(dòng)零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三維建模，從而為設(shè)計(jì)人員減少了大量重復(fù)、繁瑣、復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度。3斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程在漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪中，有三種情況需要討論，當(dāng)齒數(shù)為41.45時(shí)，齒輪的齒根圓直徑fd等于基圓直徑bd（見(jiàn)圖1所示），這種情況在理論上存在，但是在實(shí)際生產(chǎn)中不存在，所以不做討論；當(dāng)齒數(shù)在42個(gè)齒以下時(shí)，齒輪的齒根圓直徑fd大于基圓直徑bd；當(dāng)齒數(shù)在41個(gè)齒以上時(shí)，齒輪的齒根圓直徑fd小于基圓直徑bd。在這種情況下，對(duì)齒輪的建模應(yīng)分為兩種情況討論。圖1齒根圓直徑和基圓直徑重合的情況3.1漸開(kāi)線的形成原理根據(jù)機(jī)械原理中的知識(shí)，我們可以得出（1）漸開(kāi)線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式：/coskbrrtan（1）其中，kr漸開(kāi)線上任意點(diǎn)的向徑；br基圓半徑；k壓力角；k漸開(kāi)線AK段的展角(如圖1所示)圖1漸開(kāi)線形成原理在UG中，我們要使用直角坐標(biāo)函數(shù)，所以必須要將漸開(kāi)線的極坐標(biāo)參數(shù)方程轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)方程，其方程式為（2）:sin-()costbbxrurraduucos()sintbbyrurraduu（2）其中，u為漸開(kāi)線的發(fā)生線所滾過(guò)的弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的圓心角，即弧AB所對(duì)應(yīng)的圓心角，u。其中arccos(/)brr3，tank3。因?yàn)楸敬涡饼X輪設(shè)計(jì)中使用的三角函數(shù)較多，所以多采用角度,且直接變量只能在t=（01）之間變化。因此為了便于在UG中輸入表達(dá)式,可利用UG中從0到1變化的變量t,建立參數(shù)表達(dá)式,從而使?jié)u開(kāi)線從齒根圓變化到齒頂圓,這樣就為繪制一條漸開(kāi)線做