基于UG的齒輪參數化設計.pdf

基 于 U G的 齒 輪 參 數 化 設 計林 莉(南 京 工 程 學 院 材 料 工 程 系 ,江 蘇 南 京 210013)摘 要 :闡 述 了 應 用 U G的 建 模 功 能 和 它 的 二 次 開 發(fā) 工 具 Expression 及 U G/ Open API 實 現(xiàn) 齒輪 參 數 化 設 計 的 方 法 ,可 使 設 計 人 員 能 應 用 現(xiàn) 有 的 三 維 模 型 進 行 更 新 設 計 ,從 而 提 高 設 計 效率 。關 鍵 詞 :U G; Expression ;U G/ Open API ;齒 輪 ;參 數 化 設 計中 圖 分 類 號 :TP391. 72 文 獻 標 識 碼 :A 文 章 編 號 :167125276(2006) 0320076202The Parameterization Design of Gear Based on UGL IN Li(Department of Material Engineering , Nanjing Institute of Technology ,J S Nanjing 210013 ,China)Abstract :This paper discusses the parameterization design of gear with the function of U G building model ,thesecondary developments tool , and Expression and U G/ Open API of U G. With this designers can apply exis2ting three2dimensional model to renew the design ,thous raising the effectiveness of design.Key words :U G;expression ;U G/ Open API ;gear ;parameterization design0 引 言隨 著 CAD 技 術 的 發(fā) 展 ,在 齒 輪 的 設 計 過 程 中 ,越 來 越 廣 泛 地 應 用 三 維 建 模 的 方 法 。 U G 是 廣 泛被 使 用 的 CAD 軟 件 ,它 有 強 大 的 三 維 建 模 功 能 。但 對 于 普 通 設 計 人 員 來 說 ,要 使 用 U G所 提 供 的 實體 建 模 方 法 進 行 齒 輪 的 三 維 造 型 ,并 不 是 一 件 容 易的 事 ,需 要 花 費 大 量 的 時 間 來 熟 悉 U G并 且 掌 握 較高 水 平 的 建 模 技 巧 。 但 是 如 果 充 分 利 用 U G的 二次 開 發(fā) 功 能 ,就 可 以 方 便 地 實 現(xiàn) 齒 輪 設 計 的 參 數化 ,從 而 大 大 提 高 設 計 效 率 。 當 用 戶 在 U G中 對 齒輪 進 行 三 維 建 模 時 , Expression 就 以 表 達 式 的 形 式給 出 了 齒 輪 的 參 數 列 表 ,用 戶 可 以 根 據 需 要 對 其 進行 修 改 。 利 用 U G/ Open API ,可 以 使 用 戶 只 要 輸入 變 更 的 齒 輪 參 數 ,就 可 以 生 成 新 的 齒 輪 ,從 而 使不 熟 悉 三 維 建 模 技 巧 的 設 計 人 員 也 可 以 應 用 現(xiàn) 有的 三 維 齒 輪 模 型 進 行 更 新 設 計 ,減 少 繁 瑣 復 雜 的 重復 勞 動 。 本 文 介 紹 一 種 基 于 U G的 齒 輪 三 維 建 模和 利 用 Expression 及 U G/ Open API 實 現(xiàn) 齒 輪 參 數化 設 計 的 方 法 。1 創(chuàng) 建 齒 輪 的 三 維 實 體 模 型111 建 立 齒 輪 一 個 齒 的 齒 廓 曲 線要 應 用 U G實 現(xiàn) 齒 輪 的 參 數 化 設 計 ,首 先 要 在U G中 對 齒 輪 進 行 三 維 建 模 ,現(xiàn) 將 齒 輪 三 維 建 模 的方 法 介 紹 如 下 :設 漸 開 線 外 嚙 合 直 齒 圓 柱 齒 輪 的 模 數 、 齒 數 、齒 寬 系 數 分 別 為 m 、 z 、 k , 則 基 本 的 形 狀 計 算 公 式為 :分 度 圓 直 徑 d = m z ;齒 頂 圓 直 徑 da = m ( z + 2) ;齒 根 圓 直 徑 df = m ( z - 2. 5) ;基 圓 直 徑 db = m zcos ;齒 寬 L = k d。為 了 生 成 漸 開 線 ,需 要 建 立 漸 開 線 的 參 數 方程 。 設 參 數 方 程 的 參 數 為 t , 則 90 范 圍 內 的 漸 開線 參 數 方 程 為 : = 90 t ;s = db t/ 4 ;x t = 1/ 2 db cos + s sin ;yt = 1/ 2 db sin - s cos ;z t = 0。賦 初 值 : m = 5 ; z = 18 ; k = 1。打 開 Expression ,建 立 齒 輪 的 漸 開 線 方 程 所 需的 各 表 達 式 ,如 圖 1 所 示 。利 用 規(guī) 律 曲 線 (law curve)功 能 ,分 別 以 d , da ,df 及 db 為 直 徑 和 以 原 點 為 原 心 畫 圓 。利 用 規(guī) 律 曲 線 功 能 ,通 過 曲 線 方 程 的 建 立 方 式 機 械 制 造 與 研 究 林 莉 基 于 U G的 齒 輪 參 數 化 設 計 76 http :/ ZZHD. chinajournal. net. cn E2mail : ZZHD chinajournal. net. cn 機 械 制 造 與 自 動 化 圖 1 建 立 漸 開 線 表 達 式 圖(by equation) ,按 默 認 方 式 建 立 90 范 圍 內 的 一 段漸 開 線 。 利 用 曲 線 修 剪 功 能 ,將 漸 開 線 修 剪 在 齒 頂圓 和 齒 根 圓 范 圍 之 內 。 其 結 果 如 圖 2 所 示 。圖 2 漸 開 線 的 修 剪 結 果由 機 械 原 理 的 基 本 知 識 可 知 ,基 圓 內 沒 有 漸 開線 。 當 齒 數 z 41 時 , df db ,齒 輪 的 整 個 齒 廓曲 線 全 為 漸 開 線 ;而 當 齒 數 z 41 和 z using namespace std ;int main () int M Z K;cin M ;cin Z;(下 轉 第 81 頁 ) 機 械 制 造 與 研 究 林 莉 基 于 U G的 齒 輪 參 數 化 設 計M achine B uilding & A utomation , J un 2006 , 35 ( 3) : 76 77 , 81 77 表 1 板 料 搭 接 值彎 邊 高 度 H / mm 毛 料 搭 接 值 A / mm50 1040 935 830 720 5表 2 側 壓 塊 與 壓 型 模 底 距 離 值彎 邊 高 度 H / mm 距 離 C / mm45 1540 1435 1330 1220 10對 于 彎 邊 角 度 變 化 的 零 件 ,側 壓 塊 型 面 的 角 度也 隨 之 變 化 ,即 保 持 任 意 平 面 內 x 值 應 當 相 同 。如 圖 9 所 示 ,圖 9 中 的 (a) 、 (b) 、 (c) 分 別 表 示 同 一零 件 在 直 角 、 正 角 、 負 角 三 處 側 壓 塊 與 壓 型 模 的 距離 x 值 應 當 相 同 。圖 9 帶 側 壓 塊 的 壓 型 模 型 面 變 化5 結 論運 用 非 線 性 有 限 元 軟 件 MSC. Marc ,研 究 了 帶有 側 壓 塊 的 凸 彎 邊 橡 皮 成 形 的 起 皺 機 理 ,以 及 側 壓塊 橡 皮 成 形 對 起 皺 的 抑 制 作 用 ,為 凸 彎 邊 橡 皮 成 形提 供 了 有 用 的 工 藝 參 數 ,為 該 類 零 件 模 具 和 工 藝 設計 提 供 了 定 性 和 定 量 的 依 據 。 研 究 表 明 ,用 有 限 元法 取 代 坐 標 網 格 應 變 法 研 究 板 金 成 形 極 限 是 可 行的 ,達 到 了 縮 短 生 產 周 期 和 降 低 成 本 的 目 的 。參 考 文 獻 : 1 Giuseppe Sala. A numerical and experimental approach to optimizesheet stamping technologies : part - aluminum alloy rubber2formingJ . Material and Design ,2000 ,22 :29923151 2 趙 凌 霄 ,王 新 偉 . 液 壓 橡 皮 成 形 凸 彎 邊 起 皺 臨 界 條 件 分 析 J .航 天 工 藝 ,1997 ,13 :1321613 李 靖 誼 ,王 化 明 ,張 中 元 . 數 值 模 擬 的 極 限 凸 翻 邊 研 究 J . 材料 科 學 與 工 藝 ,2004 ,12 (4) :409241214 李 靖 誼 ,王 化 明 ,張 中 元 . 彎 曲 半 管 橡 皮 成 形 工 藝 過 程 數 值 模擬 研 究 J . 材 料 科 學 與 工 藝 ,2004 ,12 (4) :409241215 鐘 志 華 ,李 光 耀 . 薄 板 沖 壓 成 型 過 程 的 計 算 機 仿 真 與 應 用 M . 北 京 :北 京 理 工 大 學 出 版 社 ,1998.收 稿 日 期 :2005211221(上 接 第 77 頁 )cin K;return 0 ;213 運 行 齒 輪 的 參 數 化 設 計 程 序齒 輪 的 參 數 化 設 計 程 序 編 輯 完 成 之 后 ,只 要 啟動 U G ,選 擇 菜 單 命 令 :File/ Execute U G/ OPEN/ User Function在 彈 出 的 Execute User Function 對 話 框 中 選擇 運 行 文 件 gear. cpp ,用 戶 可 根 據 提 示 輸 入 新 的 模數 ,齒 數 和 齒 寬 系 數 ,U G 就 能 按 新 輸 入 的 齒 輪 參數 ,自 動 生 成 新 的 齒 輪 。3 結 束 語靈 活 應 用 U G 的 二 次 開 發(fā) 工 具 Expression 和U G/ Open API 可 以 方 便 地 實 現(xiàn) 零 件 的 參 數 化 設計 。 在 工 程 設 計 中 ,設 計 人 員 可 類 似 于 上 述 方 法 建立 各 類 零 件 的 模 型 庫 ,使 用 時 只 需 調 用 程 序 就 可 以方 便 地 修 改 設 計 ,從 而 提 高 設 計 效 率 。參 考 文 獻 : 1 黃 翔 . U G應 用 開 發(fā) 教 程 與 實 例 精 解 M . 北 京 :清 華 大 學出 版 社 ,20