基于UG的齿轮参数化设计.pdf

基 于 U G的 齿 轮 参 数 化 设 计林 莉(南 京 工 程 学 院 材 料 工 程 系 ,江 苏 南 京 210013)摘 要 :阐 述 了 应 用 U G的 建 模 功 能 和 它 的 二 次 开 发 工 具 Expression 及 U G/ Open API 实 现 齿轮 参 数 化 设 计 的 方 法 ,可 使 设 计 人 员 能 应 用 现 有 的 三 维 模 型 进 行 更 新 设 计 ,从 而 提 高 设 计 效率 。关 键 词 :U G; Expression ;U G/ Open API ;齿 轮 ;参 数 化 设 计中 图 分 类 号 :TP391. 72 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :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 言随 着 CAD 技 术 的 发 展 ,在 齿 轮 的 设 计 过 程 中 ,越 来 越 广 泛 地 应 用 三 维 建 模 的 方 法 。 U G 是 广 泛被 使 用 的 CAD 软 件 ,它 有 强 大 的 三 维 建 模 功 能 。但 对 于 普 通 设 计 人 员 来 说 ,要 使 用 U G所 提 供 的 实体 建 模 方 法 进 行 齿 轮 的 三 维 造 型 ,并 不 是 一 件 容 易的 事 ,需 要 花 费 大 量 的 时 间 来 熟 悉 U G并 且 掌 握 较高 水 平 的 建 模 技 巧 。 但 是 如 果 充 分 利 用 U G的 二次 开 发 功 能 ,就 可 以 方 便 地 实 现 齿 轮 设 计 的 参 数化 ,从 而 大 大 提 高 设 计 效 率 。 当 用 户 在 U G中 对 齿轮 进 行 三 维 建 模 时 , Expression 就 以 表 达 式 的 形 式给 出 了 齿 轮 的 参 数 列 表 ,用 户 可 以 根 据 需 要 对 其 进行 修 改 。 利 用 U G/ Open API ,可 以 使 用 户 只 要 输入 变 更 的 齿 轮 参 数 ,就 可 以 生 成 新 的 齿 轮 ,从 而 使不 熟 悉 三 维 建 模 技 巧 的 设 计 人 员 也 可 以 应 用 现 有的 三 维 齿 轮 模 型 进 行 更 新 设 计 ,减 少 繁 琐 复 杂 的 重复 劳 动 。 本 文 介 绍 一 种 基 于 U G的 齿 轮 三 维 建 模和 利 用 Expression 及 U G/ Open API 实 现 齿 轮 参 数化 设 计 的 方 法 。1 创 建 齿 轮 的 三 维 实 体 模 型111 建 立 齿 轮 一 个 齿 的 齿 廓 曲 线要 应 用 U G实 现 齿 轮 的 参 数 化 设 计 ,首 先 要 在U G中 对 齿 轮 进 行 三 维 建 模 ,现 将 齿 轮 三 维 建 模 的方 法 介 绍 如 下 :设 渐 开 线 外 啮 合 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 模 数 、 齿 数 、齿 宽 系 数 分 别 为 m 、 z 、 k , 则 基 本 的 形 状 计 算 公 式为 :分 度 圆 直 径 d = m z ;齿 顶 圆 直 径 da = m ( z + 2) ;齿 根 圆 直 径 df = m ( z - 2. 5) ;基 圆 直 径 db = m zcos ;齿 宽 L = k d。为 了 生 成 渐 开 线 ,需 要 建 立 渐 开 线 的 参 数 方程 。 设 参 数 方 程 的 参 数 为 t , 则 90 范 围 内 的 渐 开线 参 数 方 程 为 : = 90 t ;s = db t/ 4 ;x t = 1/ 2 db cos + s sin ;yt = 1/ 2 db sin - s cos ;z t = 0。赋 初 值 : m = 5 ; z = 18 ; k = 1。打 开 Expression ,建 立 齿 轮 的 渐 开 线 方 程 所 需的 各 表 达 式 ,如 图 1 所 示 。利 用 规 律 曲 线 (law curve)功 能 ,分 别 以 d , da ,df 及 db 为 直 径 和 以 原 点 为 原 心 画 圆 。利 用 规 律 曲 线 功 能 ,通 过 曲 线 方 程 的 建 立 方 式 机 械 制 造 与 研 究 林 莉 基 于 U G的 齿 轮 参 数 化 设 计 76 http :/ ZZHD. chinajournal. net. cn E2mail : ZZHD chinajournal. net. cn 机 械 制 造 与 自 动 化 图 1 建 立 渐 开 线 表 达 式 图(by equation) ,按 默 认 方 式 建 立 90 范 围 内 的 一 段渐 开 线 。 利 用 曲 线 修 剪 功 能 ,将 渐 开 线 修 剪 在 齿 顶圆 和 齿 根 圆 范 围 之 内 。 其 结 果 如 图 2 所 示 。图 2 渐 开 线 的 修 剪 结 果由 机 械 原 理 的 基 本 知 识 可 知 ,基 圆 内 没 有 渐 开线 。 当 齿 数 z 41 时 , df db ,齿 轮 的 整 个 齿 廓曲 线 全 为 渐 开 线 ;而 当 齿 数 z 41 和 z using namespace std ;int main () int M Z K;cin M ;cin Z;(下 转 第 81 页 ) 机 械 制 造 与 研 究 林 莉 基 于 U G的 齿 轮 参 数 化 设 计M achine B uilding & A utomation , J un 2006 , 35 ( 3) : 76 77 , 81 77 表 1 板 料 搭 接 值弯 边 高 度 H / mm 毛 料 搭 接 值 A / mm50 1040 935 830 720 5表 2 侧 压 块 与 压 型 模 底 距 离 值弯 边 高 度 H / mm 距 离 C / mm45 1540 1435 1330 1220 10对 于 弯 边 角 度 变 化 的 零 件 ,侧 压 块 型 面 的 角 度也 随 之 变 化 ,即 保 持 任 意 平 面 内 x 值 应 当 相 同 。如 图 9 所 示 ,图 9 中 的 (a) 、 (b) 、 (c) 分 别 表 示 同 一零 件 在 直 角 、 正 角 、 负 角 三 处 侧 压 块 与 压 型 模 的 距离 x 值 应 当 相 同 。图 9 带 侧 压 块 的 压 型 模 型 面 变 化5 结 论运 用 非 线 性 有 限 元 软 件 MSC. Marc ,研 究 了 带有 侧 压 块 的 凸 弯 边 橡 皮 成 形 的 起 皱 机 理 ,以 及 侧 压块 橡 皮 成 形 对 起 皱 的 抑 制 作 用 ,为 凸 弯 边 橡 皮 成 形提 供 了 有 用 的 工 艺 参 数 ,为 该 类 零 件 模 具 和 工 艺 设计 提 供 了 定 性 和 定 量 的 依 据 。 研 究 表 明 ,用 有 限 元法 取 代 坐 标 网 格 应 变 法 研 究 板 金 成 形 极 限 是 可 行的 ,达 到 了 缩 短 生 产 周 期 和 降 低 成 本 的 目 的 。参 考 文 献 : 1 Giuseppe Sala. A numerical and experimental approach to optimizesheet stamping technologies : part - aluminum alloy rubber2formingJ . Material and Design ,2000 ,22 :29923151 2 赵 凌 霄 ,王 新 伟 . 液 压 橡 皮 成 形 凸 弯 边 起 皱 临 界 条 件 分 析 J .航 天 工 艺 ,1997 ,13 :1321613 李 靖 谊 ,王 化 明 ,张 中 元 . 数 值 模 拟 的 极 限 凸 翻 边 研 究 J . 材料 科 学 与 工 艺 ,2004 ,12 (4) :409241214 李 靖 谊 ,王 化 明 ,张 中 元 . 弯 曲 半 管 橡 皮 成 形 工 艺 过 程 数 值 模拟 研 究 J . 材 料 科 学 与 工 艺 ,2004 ,12 (4) :409241215 钟 志 华 ,李 光 耀 . 薄 板 冲 压 成 型 过 程 的 计 算 机 仿 真 与 应 用 M . 北 京 :北 京 理 工 大 学 出 版 社 ,1998.收 稿 日 期 :2005211221(上 接 第 77 页 )cin K;return 0 ;213 运 行 齿 轮 的 参 数 化 设 计 程 序齿 轮 的 参 数 化 设 计 程 序 编 辑 完 成 之 后 ,只 要 启动 U G ,选 择 菜 单 命 令 :File/ Execute U G/ OPEN/ User Function在 弹 出 的 Execute User Function 对 话 框 中 选择 运 行 文 件 gear. cpp ,用 户 可 根 据 提 示 输 入 新 的 模数 ,齿 数 和 齿 宽 系 数 ,U G 就 能 按 新 输 入 的 齿 轮 参数 ,自 动 生 成 新 的 齿 轮 。3 结 束 语灵 活 应 用 U G 的 二 次 开 发 工 具 Expression 和U G/ Open API 可 以 方 便 地 实 现 零 件 的 参 数 化 设计 。 在 工 程 设 计 中 ,设 计 人 员 可 类 似 于 上 述 方 法 建立 各 类 零 件 的 模 型 库 ,使 用 时 只 需 调 用 程 序 就 可 以方 便 地 修 改 设 计 ,从 而 提 高 设 计 效 率 。参 考 文 献 : 1 黄 翔 . U G应 用 开 发 教 程 与 实 例 精 解 M . 北 京 :清 华 大 学出 版 社 ,20