基于ug齿轮的三维参数化、可视化设计.doc

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）基于UG齿轮的三维参数化、可视化设计摘 要渐开线齿轮是机械传动中的常用零件，由于齿形轮廓复杂，其参数化设计困难。本课题主要是基于Unigraphics二次开发平台，应用其UG/Open API、Grip开发工具和VC+6.0开发环境对渐开线齿轮三维参数化造型系统进行了研究。首先在研究了Unigraphics与应用程序的接口UG/Open API的基础上，通过UG本身自带的二次开发工具进行菜单文件的编写、对话框的设计等，并应用GRIP开发语言编写渐开线齿轮的程序；其次研究了UG二次开发工具UG/Open API应用程序框架的创建及其程序代码的添加。参数化设计改变了传统的产品设计方法和过程，使原有的二维工程图设计的工作量大部分由软件自动控制完成，把设计重点放到结构的优化和创新上，大大提高了产品设计的效率，便于实现产品的系列化，有利于产品的更新换代。用大型的三维软件实现齿轮的参数化造型已成为设计者的迫切需求关键词：齿轮；参数化；二次开发；UnigraphicsBased on the UG gear method of 3D parametric and visual design AbstractInvolute gear is a common part of mechanical drives. It is difficult to conduct parametric design due to the complicacy of tooth profile. My paper mainly studies 3D parametric model system of involute gear by the UG/Open API、Grip and VC+6.0 based on Unigraphics secondary development tool. First of all，It is available to carry out the writing of the mnx microsoft foxpro ， the design of dialog box and so on through the development tools carried by UG itself on the basis of the study on Unigraphics and UG/Open API. Besides， the development of language and the programing of involute gear are conducted by the application of GRIP which leads in the idea of parameteric model of involute gear. Secondly， Studied Unigraphics secondary development tool which the UG/Open API for adding application framework and program code .Parametric design has changed the traditional design methods and procedures for products and make the most workload of two-dimensional engineering drawing accomplished by automatic control. The design focusing on the optimization and creativity of structure largely improve the efficency of design， which is good for the achievement of serialization and renewal of products. Nowadays， the designers are in crying need of achieving parameteric model of gear with large 3D software.Keywords: Gear; Parametric ; Development; Unigraphics目 录第1章 绪 论11.1 发展趋势11.2 主要内容及意义2第2章 Unigraphics与VC+6.0软件的简介32.1 Unigraphics简介与应用32.2 UG 功能42.3 UG二次开发相关工具概述52.3.1 UG/OPEN GRIP52.3.2 UG/OPEN API52.3.3 UG/OPEN Menu Script62.3.4 UG/OPEN UI Styler62.3.5 User Tools工具72.3 VC+6.0的简介7第3章 齿轮的设计93.1 齿轮简介93.2 渐开线齿轮的几何要素93.2.1 渐开线齿轮轮廓93.2.2 渐开线齿轮的主要参数103.3 圆柱齿轮的设计123.3.1 主要参数的选择123.3.2 齿轮的设计123.4 齿轮的加工14第4章 渐开线齿轮参数化设计164.1 渐开线直齿轮对话框设计164.1.1 UG应用开发环境设置164.1.2 菜单设计164.1.3 UIStyler对话框设计174.2 使用Visual C+建立应用程序框架194.2.1用UG/OPEN Grip编写齿轮参数化设计程序224.2.2 编译、连接244.3 渐开线直齿轮参数运行过程244.4 渐开线斜齿圆柱齿轮参数化模型的构建26结论与展望29 结论29 展望29致 谢30参考文献31附录部分32插图清单图3-1 渐开线的形成图10图3-2 渐开线齿廓的压力角10图3-3 渐开线圆柱齿轮各部分名称10图4-1 注册环境变量16图4-2 对话框的界面17图4-3 对话框的属性17图4-4 对话框属性的定义18图4-5 对话框的回调函数18图4-6 回调函数的定义19图4-7 Visual C+工程位置20图4-8 Visual C+语言选择20图4-9 Visual C+接口函数选择21图4-10 Visual C+工作空间21图4-11 UG/Open Grip开发环境23图4-12 链接程序成功23图4-13 编译、连接设置24图4-14 主界面24图4-15 齿轮超过12025图4-16 数据有误时25图4-17 渐开线直齿轮模型25图4-18 绘制两个圆26图4-19 切出幅板26图4-20 生成所有幅板孔27图4-21 带孔槽的幅板孔27图4-22 建立表达式28图4-23 斜齿圆柱齿轮28表格清单表 3-1 标准模数系列（GB1357-1987）11表3-2 标准直齿圆柱齿轮传动的参数和几何尺寸计算公式11引言日益激烈的市场竞争，迫切要求企业具备快速响应市场的能力，在产品设计和开发过程中，零部件的标准化、通用化和系列化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径。UG是市场上优秀的三维设计软件，它是集CAD/ CAE/CAM于一体的软件集成系统，其功能覆盖了整个产品的开发过程，即从概念设计、功能工程、分析到制造的过程。但是没有一个CAD系统能够完全满足用户的各种需求，因此主流的CAD软件都提供二次开发工具和用户定制功能。目前，关于CAD应用的UG二次开发方面的研究逐渐推广开来，UGS 公司提供了一个开放的二次开发平台，软件用户或者第三方开发商在其基础上进行客户化的开发，如上海同捷数字化技术有限公司开发的Gear Engineering Wizard 等。UG 软件是现在市场上比较成熟的三维建模软件， 但是对于复杂的零件来说， UG 本身因功能复杂，往往在生产中操作显得繁琐，加上许多企业对其的应用一般只限于若干应用模块，不需要全部的功能，企业也有许多通用件、常用件、标准件，也不必每次都进行重复的设计操作，单纯的使用软件本身所带的工具已经无法满足客户的需求， 如渐开线的绘制就很难达到精确绘制的目的。考虑到这些，UG 专门提供了多种二次开发工具，供企业根据自身特点，开发用户自定义模块。目前， 国内外有不少学者对UG平台下齿轮参数化建模进行了研究， 但通常采用的方法是表达式生成法和创建模板零件。本文提出了一种在UG4.0环境下， 采用自身的编程语言UG/Open API， 调用UG造型函数来实现渐开线的绘制， 达到提高设计效率的目的。目前， 常用的利用UG二次开发进行参数化设计的方法分为图形交互设计和编程方法两种。图形交互设计是指在现有的参数化CAD系统环境下， 通过交互操作来完成产品的参数化模型设计， 是在产品设计中不可缺少的方法。编程方法是指在现有的CAD系统基础上， 利用二次开发接口、高级语言和数据库等相关技术， 来定义产品的参数化模型， 并支持对参数化模型的建立、管理和使用， 它是一种高级的参数化设计方法。本文将采用编程的方法实现齿轮的参数化设计。利用UG/Open API、UIStyler 和MenuScript进行菜单和界面设计， 使用户有一个良好直观的操作环境， 通过VC+6.0 建立齿轮的人机交互界面。本文根据上述基本情况，针对渐开线齿轮进行参数化建模，并利用UG二次开发工具UG/Open API、UIStyler 和MenuScript对其进行对话框的设计和菜单文件的添加，以达到本课题所要求的基于UG的二次开发技术实现齿轮的参数化设计的目的。- V -第1章 绪 论1.1 发展趋势齿轮是主要的机械传动机构，齿轮的主要用处有两个，一个是传递运动，另一个是传递动力。广泛应用于航空，汽车，机床和自动化生产线等各种通用机械中。随着机械行业的不断发展，齿轮生产规模日益扩大，高水平新品种不断出现。新材料、新上艺、新装备不断应用。目前齿轮传动技术已成为世界各国机械传动发展的重点之一。齿轮行业通过大量引进高端设备使加工能力有了长足的进步与国际先进水平已相当接近。国产齿轮加工机床已基本形成了较完整的系列已开发出技术含量具有国际水准的螺旋锥齿轮六轴数控磨床，但齿轮机床总体制造水平在精度、寿命、稳定性、数控技术应用等方面与欧美相比存在较大差距目前国内齿轮加工行业的精加工特别是数控齿轮机床仍然以进口设备为主。齿轮加工要根据不同结构及精度需要采用不同的工艺。齿轮加工过程中的微小变形及工艺稳定性控制相对复杂，毛坯锻造后大多要采用等温正火，以期获得良好的加工性能和趋势性变形的均匀金相组织。对于精度要求不高的低速圆柱齿轮可以热前剃齿而热后不再加工；修缘和鼓形齿修形工艺能够显著降低齿轮啮合噪声和提高传动性能，目前被广泛采用。直齿锥齿轮主要用于差速器由于速度低精度要求相对较低，目前推荐采用精锻齿轮。螺旋锥齿轮加工计算和机床调整，以往非常复杂和耗时的手工操作已被现代专用软件和计算机程序所取代，有限元分析的引入使工艺参数设计更为可靠和便捷。齿轮设计在齿轮制造应用过程中占有重要地位。传统的齿轮设计过程繁冗，效率低，采用传统的设计方法设计一组较为合理的齿轮副要反复修正参数、多次校核计算，花费很长时间才能实现。因此，现代齿轮机构的设计建模技术有着广泛的工程应用背景和研究意义 。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展，三维设计软件尤其是Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及，齿轮实体在三维软件特别是在UG中的绘制变得越来越重要。但基于UG的齿轮设计系统一般都局限于齿轮二维轮廓的绘制或三维实体建模，齿轮参数的设计计算难以与CAD 系统很好地集成， 给齿轮的CAD/ CAM 带来不利影响。建模技术是CAD的核心技术，参数化造型技术和特征造型技术是新一代继承化CAD系统应用研究的热点理论。目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化造型较为成熟。对复杂的三维实体的参数化造型尚不多见，特别是齿轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体参数化造型设计更少。随着塑料齿轮的广泛应用和快速成型与虚拟制造技术的迅速发展，传统的二维图形已不能满足现在的设计、加工要求。因此，在三维软件上绘制齿轮实体变得十分重要。但是，由于齿轮形状复杂，且齿形曲线有一定的规律，绘制齿形曲线较复杂。齿轮并不是一个标准件，它的各个参数随着设计要求的不同而不同。如果每设计一个齿轮都要画一个对应的实体部件的话，那不仅增加了设计者的劳动量，还大大降低了设计效率，阻碍了企业的生产和发展。参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，也是当前CAD技术的研究热点。UG 软件是集CAD/CAM/CAE一体化的三维参数化软件，是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件，在国内使用相当广泛。另外它所提供的二次开发语言模块UG/Open API、UG/Open GRIP和辅助开发模块UG/Open Menu script与UG/Open UI Styler及其良好的高级语言接口，使UG的图形功能和计算功能有机的结合起来，便于用户去开发各种基于自身需要的专用CAD系统。使用UG/Open API和UG/Open GRIP中任何一个模块都能实现UG的二次开发，再结合辅助模块，就能开发出UG界面的应用模块。因此，合理利用UG的二次开发语言模块和辅助模块，就可以实现在UG环境下对齿轮进行参数化设计。 1.2 主要内容及意义本课题利用大型软件UGNX4.0来实现齿轮的三维参数化造型，通过改变齿轮的一些基本参数，生成其相应齿轮。要达到相应的设计要求，首先要知道如何在UG中绘制齿轮部件，要绘制齿轮必然要知道齿轮的啮合原理及各个参数间的关系，还应熟知渐开线的数学模型，精确画出渐开线。画出齿轮模型后，还应知道UG二次开发的知识，灵活运用UG系统提供的二次开发工具，在模型的基础上编制相应的程序，最后完成齿轮参数化设计模块的开发。UG 软件是集CAD/CAM/CAE一体化的三维参数化软件，是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件，在国内使用相当广泛。参数化设计就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。从而提高了工作效率和工作质量。UG是当前三维矢量化设计软件中应用最为广泛的软件之一，也是参数化设计的首选。本课题是利用UG建模功能建立出齿轮的模型并且实现其参数化。参数化设计改变了传统的产品设计方法和过程，使原有的二维工程图设计的工作量大部分由软件自动控制完成，把设计重点放到结构的优化和创新上，大大提高了产品设计的效率，便于实现产品的系列化，有利于产品的更新换代。用大型的三维软件实现齿轮的参数化造型已成为设计者的迫切需求，齿轮体参数化造型有重要的意义：（1）齿轮传动的参数化设计与建模系统是CAD技术与齿轮设计相结合的产物，也是两者发展的趋势所在。（2）实现设计过程自动化避免了设计人员手动查阅大量的数据，也避免了手工取点造型的复杂过程，该系统的开发，可以将手算设计的工作人员从繁琐、低效的工作中解放了出来。（3）实现齿轮的参数化设计以及渐开线齿廓的精确造型，可以将设计计算、三维造型与绘制工程图的无缝结合，同时为齿轮的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。本课题利用UG的二次开发技术，为解决齿轮参数化设计问题提供了可行的方法，通过直接输入齿轮设计条件，利用计算得出的有关设计参数(模数、齿数、压力角、变位系数、齿顶高系数、顶隙系数等) 进行实体建模，实现齿轮的参数化设计，提高齿轮设计的效率和准确性。第2章 Unigraphics与VC+6.0软件的简介2.1 Unigraphics简介与应用Unigraphics(简称UG)是美国EDS公司推出的集CAD/CAE/CAM于一体的参数化设计软件。该软件模块多、功能强，可以轻松实现虚拟装配、辅助制造与工业分析等方面的工业设计，广泛应用在航天、汽车制造等领域，是目前国内外公认的世界一流、应用广泛的大型多功能软件之一。其主要具有如下优势:(1)可以为机械设计、模具设计以及电器设计单位提供一套完整的设计、分析和制造方案。(2)UG是一个完全的参数化软件，为零部件的系列化建模、装配和分析提供了强大的基础支持。(3)可以管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据，实现逆向工程和并行工程等先进设计方法。(4)可以完成包括自由曲面在内的复杂模型的创建，同时在图形显示方面运用了区域化管理方式，节约系统资源。(5)具有强大的装配功能，并在装配模块中运用了引用集的设计思想，为节省计算机资源提出了行之有效的解决方案，可以极大地提高设计效率。UG软件自1990年进入中国市场，经过十余年的发展，目前国内用户已近千家。国内许多大型企业、公司均采用UG作为其产品设计生产的支撑软件。国内外关于UG应用包括两种类型，一是直接利用UG软件进行产品的建模、分析、制造，二是在UG平台上进行二次开发。具体应用有以下几类。（1）开发用户自定义模块进行快速建模UG现有的建模功能完全能够实现复杂零件的建模要求，快速建模的目的是提高建模速度以缩短产品的整个研制周期。快速建模通常是针对某一复杂零件。这类零件的特点是设计参数多，各参数满足一定的函数关系，从设计参数向结构参数转化需要复杂的数学运算。通常的设计方法是:首先根据设计参数计算出结构参数，然后用UG软件建模。这种方法的缺点是:模型生成速度慢且不易修改设计。一旦调整某一设计参数，则牵一动全身，模型所有结构参数均可能改变;建模就得从头开始。如果利用UG/Open API或UG/Open GRIP创立用户程序，使设计计算和UG建模集成在一起，实现设计、建模的自动化，则建模速度将大大提高，改动设计也十分方便，非常适合系列化零件的建模设计。有些模型的生成是以实测的数据为基础，则可通过用户程序实现数据的自动采集、处理，最后建立模型。（2）建立用户参数图库UG 软件没有标准零件库，更没有具体行业的专用零件库，而具体行业的产品设计总是经常会用到标准件、相似件。若每次设计对每一零件均从头开始建模，则要做许多重复性的工作。建立用户参数图库即是把常用的标准件、结构相似件建成特征库，使用时只需输入确定参数，直接调用，提高建模速度。（3）建模与分析的用户集成UG 软件本身带有建模和分析模块，若要对模型进行分析，通常先在建模模块中建立模型，然后切换到分析模块中进行分析，如果模型需要不断改变，则设计过程要在建模与分析模块之间反复切换。并且分析过程是固定的标准过程，用户无法提取计算过程数据进行优化控制，用户的特殊要求没有途径实现。利用UG/Open API或UG/Open GRIP 可以实现建模与分析的用户集成，也可实现分析过程的用户化。（4）CAD/CAPP/CAM集成UG软件不含零件的工艺设计功能。在CAD/CAPP/CAM集成系统中，利用UG/Modeling和UG/Manufacturings功能实现零件建模和刀具轨迹生成，再利用UG/Open API 功能增加工艺特征定义。 CAPP系统则利用UG/Open API功能读取UG模型数据进行工艺过程决策处理。集成系统以数据库为基础完成必要数据的传递及工艺规程的保存、发送，为生产现场提供工艺准备数据。（5）UG的专家系统专家系统(Expert System)是问题求解的智能软件系统;在某一专业领域内，把有关专家的经验和知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家的推理方法和控制策略;解决该领域中只有专家才能解决的问题并达到专家级水平。基于UG的专家系统研究，利用UG/Open API和UG/Open GRIP编程，针对具体零件或简单系统，建立知识库、推理机、解释系统等专家系统的基本结构，把专家系统和UG 结合起来，在建模、分析、制造过程中随时得到专家级的指导.提高产品设计的质量。2.2 UG 功能UG本身因功能复杂，往往在生产中操作显得繁琐，加上许多企业对其的应用一般只限于若干应用模块，不需要全部的功能，企业也有许多通用件、常用件、标准件，也不必每次都进行重复的设计操作。考虑到这些，UG专门提供了多种二次开发工具，供企业根据自身特点，开发用户自定义模块。用户自定义特征是UG提供的造型特征之一，其可提供一个三维实体的若干特征，形成一个特征集，并入库，这个库是依赖于UG而存在的。UDF 是UG实现参数化快速设计与零件建库的一个重要模块。适合于不太复杂的零件，特别是不同零件之间有部分特征类似，只是尺寸、组合或位置不同的场合。其突出的是特征的自由导出，与调入的重新组合，故在变参变结构快速设计上有明显的优势。用户菜单脚本UG/open MenuScript提供一套用于定义Unigraphics菜单的脚本语言，Unigraphics的菜单也是用该语言写成的，开发者使用该脚本语言可以修改Unigraphics 界面的菜单结构，如添加、删除和定制菜单，以及改变菜单的显示文本或响应行为等。用户工具是一种生成用户对话框的工具。它有两种功能:一是在UG主菜单的User Tools下拉菜单中添加用户项;二是生成弹出式对话框。用户工具生成的界面风格和UG界面一致，通过它可运行对话框文件、宏文件、UG/Open API及UG/Open GRIP程序。用户工具生成的文件扩展名有*.utm和*.utd，其中*.utm文件用于UG160以前的版本，在主菜单User Too1s中添加用户项，这需在UG 的初始化文件ugh_env.dat文件中指明路径，自动装载。*.utd文件可通过*.utm文件调用或由*.men菜单文件调用。*.utm文件和*.utd文件可用微软中的写字板制作，最后改动扩展名即可用户自定义对话框(UG/Open UIStyler)提供了强大的制作UG风格窗口的功能。其主要功能如下。(1)提供了让开发人员建造UG风格对话框的可视化环境，并能生成UG/Open UIStyler 文件和C代码，从而使用户在使用UG/Open UIStyler产生的对话框时，不必考虑图形界面的实现。(2)利用可视化环境快速生成UG风格对话框，从而减少开发时间。(3)通过选取和放置控件，从而能实现所见即所得。(4)可以在对话框中实现用户自定义位图。(5)提供了属性编辑器，从而允许开发人员设置和修改控件属性。(6)UIStyler产生的对话框可以在MenuScript中被调用，因此可以实现在UG菜单项上调用UIStyler产生的对话框，从而将用户应用程序和UG完全融合。2.3 UG二次开发相关工具概述2.3.1 UG/OPEN GRIPUG/OPEN GRIP(Graphics Interactive Programming)是UGS公司提供的一个用于UG二次开发的软件工件，开发者可以用GRIP编程的方法自动实现在UG下的绝大部分操作。GRIP命令很像英语单词，语法与BASIC和FORTRAN相似，有某些情况下对于一些高级操作，用GRIP编程的方法比用UG交互的方法更有效，在UG交互环境下可以实现的功能用GRIP几乎全部都可以实现。UG提供了一个名叫UG/Open的Grip语言编辑器，用这个工具可以编辑、修改、编译、连接程序。GRIP语言与一般的通用语言一样，有其自身的语法结构、程序结构、内部函数及与其他通用语言程序相互调用的接口。一个GRIP语句由一个或几个GRIP命令组成，GRIP命令是GRIP语言的基本组成部分。GRIP命令有3种表示格式:(1)陈述格式，主要用于生成和编辑实体(2)GPA符号格式。GPA是全局参数存取（Global Parameter Access)的缩写，用于访问UG数据库，能够访问各种对象的功能性数据。例如在属性、绘图和尺寸标注及几何体等领域与UG进行交互操作时，其参数可用EDA格式的命令取得。GRIP编程语言是面向工程师的语言，具有简单、易学、易用的特点，但是所编写的程序长、复杂，要考虑程序的各个细节问题。因此，GRIP语言常用于开发一些规模比较小的程序。 UG/OPEN GRIP开发方法：1、编写GRIP源程序。可以用各种文本编辑工具编写，文件保存为*.grs，或从NX工具中运行NX OpenGrip。2、编辑GRIP源程序。在NX Open Grip k ，输入源程序名称*.grs，用“2Compile进行编译，如果编译出现错误，则在屏幕窗口中显示错误信息，或将错误信息输出至指定文件中供查询。编译成功后生产一个新文件”*.gri。2.3.2 UG/OPEN APIUG/Open API 又称 User Function ，是一个允许程序访问并改变 UG对象模型的程序集。UG/OPen API封装了近2000个UG操作的函数 ，它可以对 UG的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作 ，几乎所有能在 UG界面上的操作都可以用UG/Open API函数实现。UG/OpenAPI程序分为内部程序Internal UG/Open API 程序 和外部程序 External UG/Open API 程序 。内部程序必须在 UG环境下运行 ，根据所编制的程序进行交互操作。外部程序在操作系统中执行 ，不进入到 UG环境中 ，程序执行过程不能进行交互操作。与外部程序相比较 ，内部程序更简短、执行更快。针对于不同运行环境的 UG/Open API程序 ，其程序的入口，不同:内部程序的主函数为 ufusr ，外部程序的主函数为 main ，其函数体都必须以 UF _initialize()开始，以 UF_terminate() 结束。UG/Open API程序使用的是 C 或 C + 编程语言。基于 Windows NT 操作系统的 UG软件的开发可以在 VC + 6.0 环境下进行。在 VC 环境中建立一个 UG的二次开发工程有两种方法。其一是利用 UG/Open AppWizard这个向导来建立基本的框架:其二是在 VC 中手工建立一个 UG/Open API的工程。第一种方法开发人员只要按照向导一步一步执行下去就可以完成这个工程的基本框架。相对于第一种方法 ，第二种方法就烦琐得多 ，它必须在 VC 中人为配置工程的各种设置 ，才能建立起 UG软件和 VC 的连接。所以最好使用UG/Open AppWizard来建立二次开发工程。UG/Open API程序的运行可以在这几种环境下运行: VC 环境。在这种环境下内部、外部程序均可以执行。 UG界面。这种环境只能执行内部程序。程序的执行是程序通过 VC+编译连接后 ，产生一个 1DLL 文件 ，然后进入 UG，执行这个 1DLL 文件。 UG/Open GRIP 程序。这是通过 GRIP程序来调用 UG/Open API程序。由于编程是在 VC中进行 ，所以可以充分发挥VC的强大功能和丰富的编程资源 ，也可以利用企业原有的 C 语言代码资源 ，将其集成到 UG中。用 UG/Open API 函数进行二次开发的优点是该工具功能比较强大 ，能够实现 UG的绝大部分操作 ，易于进行交互操作。由于是调用 UG封装的API函数 ，程序的出错率比较低;缺点是掌握 UG/Open API函数的运用比较困难 ，特别要注意参数的类型和传递形式。2.3.3 UG/OPEN Menu Script用这一工具可以实现用户化的菜单。UG/Open MenuScript 支持 UG主菜单和快速弹出式菜单的设计和修改 ，通过它可以改变 UG菜单的布局、添加新的菜单项以执行用户 GRIP、API二次开发程序、User Tools文件及操作系统命令等。应用UG/Open MenuScrint 编程 ，有两种方法可以实现菜单的用户化:a 添加菜单文件 开发人员添加菜单文件到相应的菜单目录下 ，这些菜单文件是经过用户编辑的 ，符合自己要求的菜单文件。这是一种比较好的方法。b 编辑标准菜单文件 开发人员编辑存在的标准菜单文件 ，使之符合自己的要求 ，并且覆盖原来的菜单文件。这种方法就会改变 UG原来的界面 ，不能恢复 ，须谨慎使用。开发人员可以通过文本编辑器 ，例如 Windows 的记事本编辑 UG菜单文件。UG/Open API 提供 UG/Open API 程序与UG/Open MenuScript 程序的接口函数。运用 UG/Open MenuScrirt 这一开发工具 ，可以很方便的编写用户菜单。通过此菜单调用用户自行开发的对话框或 UG本身的对话框 ，生成满足用 户 要 求 的 交 互 式 操 作。但 是 UG/OpenMenuScript 可以完全改变 UG软件的主界面 ，须谨慎使用以防出现界面混乱。2.3.4 UG/OPEN UI StylerUIStyler 是开发 UG对话框的可视化工具 ，生成的对话框能与 UG集成 ，让用户更方便、更高效地与 UG进行交互操作。利用这个工具可以避免复杂的图形用户接口 GUI 的编程 ，直接将对话框中的基本控件组合生成功能不同的对话框。开发人员进入 UG，点击 Application UserInterface Styler 就可以进入对话框设计的界面。该界面包括一个工具条和三个窗口:对象浏览窗口、资源编辑器窗口以及设计对话框窗口。应用工具条能够快速点击图标 ，在设计对话框上添加删除控件 ，进行对话框界面的设计;对象浏览器窗口显示对话框上所有控件的信息 ，选中某一控件即可在资源编辑器窗口中进行相应的操作;资源编辑器窗口用于设置修改控件的属性、消息等操作;设计对话框窗口用来显示对话框的界面。当界面设计完成后 ，保存 UIStyle 编写的对话框时生成 3 个文件: 3 .dlg、3 template.c 及 3 . h文件。其中 ， 3 . dig 是保存对话框图形界面的文件; 3 .h 文件是 UIStyler 对话框 C语言的头文件 ，包括对话框及其控件的表识符和函数原型的申明;3 template.c 是 UIStyler 对话框 C 语言的模板文件 ，包括各种定义和命令。用户的主要工作是修改3 template. c 模板文件并在其中添加用户代码 ，以确定 UIStyler 对话框被调用的形式及其所能实现的功能。对模板文件的修改工作可在 VC中完成 ，然后和 3 .h 编译连接生成 3 .DLL 文件。UIStyler 对话框的调用有三种方法:CallBack、Menu和 User Exit。CallBack 的调用方式是该对话框能被其它对话框调用;Menu 调用方式是指被MenuScript 编写的菜单调用;User Exit 调用方式指被用户接口调用。应用 UIStyler 这一工具可以使开发人员方便、快速地设计出与 UG界面风格一致的对话框 ，避免其他复杂的编程。而且可以和用其他开发工具开发出的结果进行集成。UG/Open UIStyler 工具和 UG/Open MenuScript 工具一样 ，都只具有某一方面的功能:UG/Open UIStyler 用于对话框的开发 ，UG/Open MenuScript 用于菜单的开发。2.3.5 User Tools工具UG软件为用户提供了一个调用二次开发结果的交互式接口:User Tools。它的功能是生成弹出式对话框或工具条 ，其界面风格与 UG界面风格一致。通过执行对话框或工具条 ，操作相应的控件就可运行菜单文件、宏文件、UG/Open GRIP 程序、UG/Open API 程序和其他二次开发文件。例如 ，执行齿轮生成的程序集 ，可以用 User Tools 工具产生两个对话框分别为直齿轮和斜齿轮 ，然后在相应的对话框上进行操作就生成相应种类的齿轮。通过编写对话框定义文件 3 . utd 来实现User Tools 工具的功能。编写文件完成以后 ，在UG中执行 ToolsCustomize User Tools Load ，选择所编写的 3 . utd 文件即可弹出需要的对话框或工具条。3 . utd 这个文件是文本文件 ，可用Windows中的写字板进行编写和编辑。一种比较简单的实现方法:拷贝 UG中的模板文件:usertool.utd 到 UG启动目录下 ，然后编辑模板文件 ，实现所需要的功能。在以前较早版本中例如 V13 ，运用 User Tools工具必须编写两个文件:菜单定义文件 3 . utm和对话框定义文件 3 .utd ，然后通过执行菜单项弹出相应的对话框或工具条。现在 ，较高的 UG版本已经省略产生菜单这一步 ，操作同上所述。在 UG 界面中应用 File Execute UG/Open菜单执行 UG/Open API 程序或 UG/Open GRIP程序 ，操作一次只能执行一个程序 ，而且必须找到程序所在的路径。若利用 User Tools这个工具 ，用户可以将多个 GRIP 或 API 函数所编写的程序集成到一个 User Tools对话框或者工具条中 ，一个程序对应一个控件 ，通过操作控件来调用程序 ，使用起来就非常方便。2.3 VC+6.0的简介VC+6.0是Microsoft公司推出的一个基于Windows系统平台、可视化的集成开发环境，它的源程序按C+语言的要求编写，并加入了微软提供的功能强大的MFC(Microsoft Foundation Class)类库。MFC中封装了大部分Windows API函数和Windows控件，它包含的功能涉及到整个Windows操作系统。MFC不仅给用户提供了Windows图形环境下应用程序的框架，而且还提供了创建应用程序的组件，这样，开发人员不必从头设计创建和管理一个标准Windows应用程序所需的程序，而是从一个比较高的起点编程，故节省了大量的时间。另外，它提供了大量的代码，指导用户编程时实现某些技术和功能。VC+应用程序的开发主要有两种模式，一种是WIN API方式，另一种则是MFC方式，传统的WIN API开发方式比较繁琐，而MFC则是对WIN API再次封装，所以MFC相对于WIN API开发更具备效率优势。因此，使用VC+提供的高度可视化的应用程序开发工具和MFC类库，可使应用程序开发变得简单。VC+6.0中的MFC类库和以前的版本中相比没有做太大的改进，只是增加了对微软公司的IntelliMouse的支持，但VC+集成开发环境中做了一些改进，增加了一些新特性，使其更易于使用。这些新特性包括以下几个方面。（1）自动化和宏功能自动化功能用于实现一些重复性过程和工作。宏记录功能 可以根据用户的操作自动生成宏操作序列。Visual Studio及其组件都可以看作对象来处理，这意味着可以进行自动化和诸如打开、编辑、关闭文档和调整窗口等操作。（2）可定制的工具栏和菜单可以灵活地定制菜单和工具栏，使其更适合工作需要。如可以创建新的工具条和菜单（3）调试器可以直接运行生调试程序，还可以使用宏语言来自动操作调试器。（4）支持Internet连接可以直接在集成开发环境中查看网页页面，可以使用全新的Infoviewer或注册的Web浏览器查看Web上的页面。该特性可以让Visual Studio用户了觖最新信息、获取更新的文档以及完成产品的升级和修正工作。（5） 项目工作区和文件 一个新的便捷的项目系统应该可以允许一个工作区内包含多个不同的项目类型。比如说，可以创建一个包含Visual C+工程和J+Applel的工作区。在Visual C+6.0中，工作区文件以dsw为后缀名，项目文件以dsp为后缀名。Build文件现在分为两种：内部文件各外部文件。在IDE中创建一个新的工程或从以前版本的工程进行转换时创建，内部Buile文件与NMAKE外部编译工具不兼容，可以通过选择“Project/Export Makefile”菜单命令创建一个与NMAKE兼容的外部Build文件。第3章 齿轮的设计3.1 齿轮简介齿轮的用途很广，是各种机械设备中的重要零件，如机床、飞机、轮船及日常生活中用的手表、电扇等都要使用各种齿轮，是应用最广的一种机械传动零件，具有结构紧凑、传递动力大、效率高、寿命长、可靠性好和传动比准确等特点。齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。其中使用较多，亦较简单的是圆柱直齿轮，又称标准圆柱齿轮。 齿轮因其在机器中的功用不同而结构各异，但总是由齿圈和轮体组成。在齿圈上均布着直齿、斜齿等轮齿，而在轮体上有轮辐、轮毂、孔、键槽等。按齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿、斜齿和人字齿等；按轮体的结构形式，齿轮可分为盘类、齿轮轴和齿条等。齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。单齿圈盘类齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮的小齿圈的加工受齿圈间轴向距离的限制，其齿形加工方法的选择就受到限制，加工工艺性差。 齿轮齿形的加工方法有两种。一种是成形法，就是利用与被切齿轮齿槽形状完全相符的成形铣刀切出齿形的方法，如铣齿；另一种是展成法，它是利用齿轮刀具与被动齿轮的相互啮合运动而切出齿形的加工方法，如滚齿和插齿。齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载能力、噪声及使用寿命影响很大，因此，齿轮制造必须满足齿轮传动的使用要求。（1）传动的准确性 即主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的速比转过相应的角度。要求齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过一定的限度，即为一转转角精度。（2）工作平稳性 要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度。 （3）载荷均匀性 齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量。 （4）齿侧间隙 一对相互啮合的齿轮，其非工作面必须留有一定的间隙，即为齿侧间隙，其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的侧隙减小，防止卡死。应当根据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。 以上四项要求，根据齿轮传动装置的用途和工作条件而有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮副，对传动准确性要求高，工作平稳也有一定要求，而对载荷的均匀要求一般不严格。 3.2 渐开线齿轮的几何要素3.2.1 渐开线齿轮轮廓 渐开线齿轮的齿廓主要是渐开线曲面，此外还包括过渡平面。要在UG中生成渐开线齿廓，是比较复杂的同时也是非常重要的，本课题首先要解决的问题就是完成渐开线齿廓的构造，继而实现齿轮的参数化设计。渐开线齿廓涉及到齿轮的四个基本圆，即分度圆、齿顶圆、齿根圆和基圆。它们与齿轮基本参数之间得基本关系为：分度圆直径d=mz，其中m为模数，z为齿数；齿顶圆直径da=(z+2ha)m ，其中 ha为齿顶高系数，标准化值为1；齿根圆直径df=(z-2ha-2c*)m ，其中为c*顶隙系数，标准化值为0.25；基圆直径db=dcos，为压力角，标准值为20度。图3-1 渐开线的形成图 图3-2 渐开线齿廓的压力角由渐开线的形成图可知，它有以下性质：（1）发生线在基圆上滚过的一段长度等于基圆上相应被滚过的一段弧长，即（2）因N点是发生线沿基圆滚动时的速度瞬心，故发生线KN是渐开线K点的法线。又因发生线始终与基圆相切，所以渐开线上任一点的法线必与基圆相切。（3）发生线与基圆的切点N即为渐开线上K点的曲率中心，线段为K点的曲率半径。随着K点离基圆愈远，相应的曲率半径愈大；而K点离基圆愈近，相应的曲率半径愈小。（4）渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆半径愈小，渐开线愈弯曲；基圆半径愈大，渐开线愈趋平直。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线便成为直线。所以渐开线齿条（直径为无穷大的齿轮）具有直线齿廓。3.2.2 渐开线齿轮的主要参数渐开线圆柱齿轮各部分名称如下图3-3，外齿轮分布于圆柱体的外侧图3-3 渐开线圆柱齿轮各部分名称渐开线直齿圆柱齿轮的主要参数1、齿数Z 影响齿廓曲线，也影响齿轮的几何尺寸2、压力角 标准：=203齿顶圆 齿顶端所确定的圆称为齿顶圆，其直径用da表示。4齿根圆 齿槽底部所确定的圆称为齿根圆，其直径用df表示。5、分度圆 齿轮上作为齿轮标准的圆称为分度圆.标准齿轮：当m、ha*、 c*均为标准值且se的齿轮。 sepm 标准：sem/26齿槽 相邻两齿之间的空间称为齿槽。齿槽两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿槽宽，用ek表示。7齿厚 在任意直径dk的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿厚，用sk表示。8齿距 相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距pk=sk+ek 9模数 在式中含有无理数“”，这对齿轮的计算和测量都不方便。因此，规定比值等于整数或简单的有理数，并作为计算齿轮几何尺寸的一个基本参数。这个比值称为模数。表 3-1 标准模数系列（GB1357-1987）第一系列11.251.522.5345681012162025324050第二系列1.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(11)141822283645注：、本表适用于渐开线圆柱齿轮，对斜齿轮是指法面模数；、优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。表3-2 标准直齿圆柱齿轮传动的参数和几何尺寸计算公式名