基于UG的漸開線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)

1、基于UG 的漸開線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)*諶炎輝陳岳坪徐武彬(廣西工學(xué)院機(jī)械系,柳州545006Development of parameterized design system of the involute gears based on UGCHEN Yan-hui ,CHEN Yue-ping ,XU Wu-bin(Department of Mechanical Engineering ,Guangxi University of Technology ,Liuzhou 545006,China 文章編號(hào):1001-3997(201010-0010-02【摘要】基于設(shè)計(jì)知識(shí)建立了漸

2、開線齒輪的統(tǒng)一參數(shù)化模型,通過改變統(tǒng)一模型的錐角和螺旋角能夠生成直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪和斜齒圓錐齒輪,并在統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上基于UG 二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了漸開線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:UG/Open ;參數(shù)化設(shè)計(jì);漸開線齒輪;二次開發(fā)【Abstract 】A unified parameterized model of involute gears was established based on designing knowledge.There are some kinds of involute gears such as spur cylindrical ,helic

3、al cylindrical gears ,spur bevel gears and helical bevel gears could get with the changing of model s parameter of cone angle and he -lix angle.Lastly ,using the technology of UG secondary development ,a parameterized design system of the involute gears was designed based on the unified model.Key wo

4、rds :UG/Open ;Parameterized Design ;Involute gears ;Secondary development*來稿日期:2009-12-07*基金項(xiàng)目:廣西教育廳科學(xué)基金(200808LX170,廣西自然科學(xué)基金(桂科能081260021前言UG 是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的三維CAD/CAM 之一,廣泛的運(yùn)用于航空、航天、汽車、機(jī)械和模具等領(lǐng)域。隨著軟件的廣泛應(yīng)用,各專業(yè)領(lǐng)域?qū)G 軟件的要求也各不相同,如何在UG 平臺(tái)基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、智能化和高效化的定制,成為企業(yè)應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)重要方面。齒輪因?yàn)槠漭嘄X的負(fù)雜性一直是三維CAD 軟件中建模的難點(diǎn)之

5、一,文獻(xiàn)【2-4】中給出了UG 軟件中建模的方法。本文綜合了UG 軟件下漸開線齒輪建模的方法,建立了漸開線齒輪統(tǒng)一的三維模型,通過控制齒輪模型的圓錐角和螺旋角等參數(shù)能生成直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪和斜齒圓錐齒輪等多種不同類型的漸開線齒輪,并應(yīng)用UG 的二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了漸開線齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了多種齒輪的快速設(shè)計(jì)。2基于統(tǒng)一模型的齒輪參數(shù)化建模參數(shù)化建模是一種把設(shè)計(jì)意圖融入三維CAD 模型的建模方式。用變量參數(shù)把CAD 模型的各個(gè)特征施加各種約束,從而通過參數(shù)化來控制模型的幾何形狀和尺寸大小。當(dāng)定義某個(gè)的變量參數(shù)發(fā)生變化時(shí),則三維CAD 模型的幾何形狀和大小將隨之改變。這樣通

6、過對(duì)參數(shù)的不同賦值實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型的重建和修改,從而實(shí)現(xiàn)系列產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。齒輪是機(jī)械工業(yè)中最常用的一種零件,國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對(duì)其參數(shù)實(shí)現(xiàn)了部分標(biāo)準(zhǔn)化,規(guī)定了模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等系列化參數(shù)。工業(yè)中常用的齒輪包括直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪和斜齒圓錐齒輪等?？紤]到斜齒圓錐齒輪結(jié)構(gòu)最復(fù)雜并且可以通過控制螺旋角、錐角得到其它類型的齒輪,下面先介紹螺旋角、錐角的參數(shù)化建模,然后再分析上述幾種齒輪結(jié)構(gòu)的差異及統(tǒng)一參數(shù)化模型的實(shí)現(xiàn)。2.1齒輪統(tǒng)一模型建模參數(shù)關(guān)系齒輪統(tǒng)一模型的建模參數(shù)包括模數(shù)m 、齒數(shù)z 、齒頂高系數(shù)h a 、間隙系數(shù)h b 、變位系數(shù)x 、壓力角a 、齒寬B 、螺旋角、錐角等,如

7、圖1所示,當(dāng)螺旋角和錐角取不同值時(shí)可以得到不同類型的齒輪,因而可以通過控制這兩個(gè)參數(shù)而得到不同的齒輪模型。其它尺寸如分度圓直徑、基圓直徑等可以由這些基本參數(shù)計(jì)算得到。斜齒圓錐齒輪模數(shù)m 齒數(shù)z齒頂高系數(shù)h a 間隙系數(shù)h b 變位系數(shù)x壓力角a 齒寬B 螺旋角錐角0,=0=0,=0=0,0斜齒圓柱齒輪直齒圓柱齒輪直齒圓錐齒輪=0=0圖1齒輪參數(shù)及相互關(guān)系另外漸開線輪齒可以用規(guī)律曲線得到,計(jì)算公式為:x=r b ·cos (+r b ·rad (sin (r b 為基圓半徑y(tǒng)=r b·sin (+r b·rad (cos (為漸開線展角2.2引導(dǎo)線和截面線

8、串相關(guān)參數(shù)考慮到斜齒錐齒輪建模最為復(fù)雜,而且其它三種齒輪可以通過控制螺旋角和錐角的取值是否等于0來取得,所以我們以斜齒錐齒輪為例來說明建模要求。在采用UG 等三維軟件進(jìn)行齒輪建模采用需指定引導(dǎo)線和截面線串的【掃掠】命令。為了得到理想的輪齒形狀,在進(jìn)行齒輪建模時(shí)在齒輪實(shí)體上下各指定了一個(gè)截面線串。如圖2所示,引導(dǎo)線可以先建立與齒輪軸線方向的夾角為的直線,然后由UG 里面的【投影】命令將該直線投影到齒輪實(shí)體表面即可。上下兩個(gè)截面線串的建立過程為:首先根據(jù)2.1中的漸開線方程和草圖建立一個(gè)漸開線齒形,然后將該截面線串通過【比例】命令和【平移】、【旋轉(zhuǎn)】等變換得到另外一個(gè)截面線串。中圖分類號(hào):TH16

9、,TP391.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AMachinery Design &Manufacture機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第10期2010年10月10YCZCXC YC ZCXC圖2斜齒圓錐齒輪單個(gè)輪齒建截面線串旋轉(zhuǎn)角度為:=180°×B ×tan 2r 截面線串變化比例為:S =12mz -B1mz 通過指定引導(dǎo)線和截面線串后由【掃掠】命令得到的斜齒錐齒輪的輪齒,如圖2所示,然后通過【實(shí)例特征】的【環(huán)形陳列】可以得到所有的輪齒。另外還需要增加孔、鍵槽以及輪輻結(jié)構(gòu),對(duì)于錐齒輪還應(yīng)增加背錐結(jié)構(gòu),對(duì)于這些結(jié)構(gòu)的采用可以用條件表達(dá)式控制。2.3齒輪統(tǒng)一模型參數(shù)化建模的基本步驟在確

10、定好統(tǒng)一模型的參數(shù)及參數(shù)間的關(guān)系后,就可以進(jìn)行參數(shù)化建模,基本步驟為:step1:以表達(dá)式形式輸入?yún)?shù)m ,z ,h a ,h b ,x ,a ,B ,;step2:計(jì)算其它相關(guān)參數(shù);step3:建立漸開線輪齒齒廓;step4:根據(jù)1.2建立參數(shù)化的引導(dǎo)線和截面線串;step5:通過【掃掠】、【實(shí)例特征】、以及布爾運(yùn)算等命令建立齒輪參數(shù)化模型。Step6:其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)3.1UG 二次開發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介UG 二次開發(fā)指在UG 軟件基礎(chǔ)上為實(shí)現(xiàn)某種特定的功能而由用戶自己開發(fā)的專用軟件。如圖1所示,UG 提供了CAD/CAM/CAE 領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的二次開發(fā)工具集UG/Open ,它包括

11、UG/Open MenuScript 、UG/OPEN UI Styler 、UG/Open API 、UG/Open GRIP 等,它們之間可以相互調(diào)用從而實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)。UG/Open MenuScript 是開發(fā)UG 提供定制菜單的專用模塊,可以編輯UG 菜單并與其實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)接,在UG 基本環(huán)境下可以通過UG/Open MenuScript 執(zhí)行UG 二次開發(fā)程序。UG/OPEN UI Styler 是開發(fā)UG 對(duì)話框的可視化工具,使用它可以避免復(fù)雜的圖形用戶接口編程,可以生成所見即所得的對(duì)話框,并同時(shí)生成二次開發(fā)程序的模板文件。UG/Open API 是UG 與外部程序之間的接口,它提供

12、了一系列的函數(shù)和集合,通過UG/Open API 編程基本上可以實(shí)現(xiàn)所有的UG 功能,同時(shí)能開發(fā)與其它CAD 軟件的接口等。3.2齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)基于UG NX 的齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用Windows XP 為操作系統(tǒng)平臺(tái)并以VC+6.0為編程工具,其系統(tǒng)運(yùn)行流程,如圖3所示。設(shè)置環(huán)境變量UGII_USER_DIR 并取值為E:gearapi ,這樣可以指定系統(tǒng)開發(fā)的工程目錄。同時(shí)建立E:gearapi 并在其下建立如下下目錄:Application :存放具體的功能擴(kuò)展程序文件,如UIStyler 對(duì)話框(*.dlg 、工程圖標(biāo)文件(*.bmp 和位圖;Startup :存放

13、UG 啟動(dòng)時(shí)需加載的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件(*.dll 、菜單腳本文件(*.men 和用戶工具欄腳本文件(*.tbr ;Code :存放具體的程序代碼,該目錄在新建工程時(shí)創(chuàng)建;Document :存放用戶文檔,如演示文件、在UG NX 基本環(huán)境下進(jìn)入用戶界面編輯器模塊。如圖4所示,編輯和布局對(duì)話框并定義控件identifier 、屬性及控件回調(diào)函數(shù)名稱、屬性等。對(duì)話框編輯完成后以名稱gear 保存,生成三個(gè)用戶文件:界面文件gear.dlg 、頭文件gear.h 、模板文件gear_template.c 。啟動(dòng)UG 打開種子文件加載*.mem 文件生成菜單執(zhí)行*.mem 文件調(diào)用用戶*.dll 文件執(zhí)

14、行*.dll 文件更新模型執(zhí)行其它操作或退出圖3系統(tǒng)流程圖圖4齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框?yàn)榱吮阌诓煌愋妄X輪的參數(shù)編輯,在統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)系統(tǒng)的對(duì)話框如圖4,在該對(duì)話框可以實(shí)現(xiàn)種子文件打開、參數(shù)設(shè)置、齒輪類型選擇、模型更新以及文件另存等功能,如圖5所示,模型更新的基本流程。點(diǎn)擊模型更新回調(diào)函數(shù)激活取得對(duì)話框ID 模型更新結(jié)束用更新的表達(dá)式更新模型參數(shù)值賦值給表達(dá)式并更新讀取參數(shù)圖5模型更新回調(diào)函數(shù)運(yùn)行流程如圖6所示為使用該系統(tǒng)由同一模型設(shè)置不同參數(shù)的情況下得到的斜齒圓柱齒輪和直齒圓錐齒輪參數(shù)化模型。xcyc zcxcyczc 圖6變換參數(shù)后得到的不同類型的齒輪模型4總結(jié)本文相對(duì)于其它類似文獻(xiàn)的特點(diǎn)是建立了漸開線齒輪統(tǒng)一的三維參數(shù)化模型,通過控制錐角和螺旋角等參數(shù)能生成多種齒輪的參數(shù)化模型并實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜曲面的參數(shù)化設(shè)計(jì),同時(shí)運(yùn)用UG 二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)了基于漸開線統(tǒng)一模型的漸開線齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),能簡(jiǎn)單、高效地實(shí)現(xiàn)多種齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。并為后續(xù)的齒輪裝配、運(yùn)動(dòng)分析、干涉分析、虛擬仿真和齒輪數(shù)控加工等建立了基礎(chǔ),具有極強(qiáng)地實(shí)際意義。參