基于UG的渐开线齿轮参数化设计系统的开发

1、基于UG 的渐开线齿轮参数化设计系统的开发*谌炎辉陈岳坪徐武彬(广西工学院机械系,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 文章编号:1001-3997(201010-0010-02【摘要】基于设计知识建立了渐

2、开线齿轮的统一参数化模型,通过改变统一模型的锥角和螺旋角能够生成直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮和斜齿圆锥齿轮,并在统一模型的基础上基于UG 二次开发技术开发了渐开线齿轮参数化设计系统。关键词:UG/Open ;参数化设计;渐开线齿轮;二次开发【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*来稿日期:2009-12-07*基金项目:广西教育厅科学基金(200808LX170,广西自然科学基金(桂科能081260021前言UG 是当今世界上最先进的三维CAD/CAM 之一,广泛的运用于航空、航天、汽车、机械和模具等领域。随着软件的广泛应用,各专业领域对UG 软件的要求也各不相同,如何在UG 平台基础上通过二次开发来实现专业化、智能化和高效化的定制,成为企业应用开发的一个重要方面。齿轮因为其轮齿的负杂性一直是三维CAD 软件中建模的难点之

5、一,文献【2-4】中给出了UG 软件中建模的方法。本文综合了UG 软件下渐开线齿轮建模的方法,建立了渐开线齿轮统一的三维模型,通过控制齿轮模型的圆锥角和螺旋角等参数能生成直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮和斜齿圆锥齿轮等多种不同类型的渐开线齿轮,并应用UG 的二次开发技术开发了渐开线齿轮参数设计系统,实现了多种齿轮的快速设计。2基于统一模型的齿轮参数化建模参数化建模是一种把设计意图融入三维CAD 模型的建模方式。用变量参数把CAD 模型的各个特征施加各种约束,从而通过参数化来控制模型的几何形状和尺寸大小。当定义某个的变量参数发生变化时,则三维CAD 模型的几何形状和大小将随之改变。这样通

6、过对参数的不同赋值实现对三维模型的重建和修改,从而实现系列产品的参数化设计。齿轮是机械工业中最常用的一种零件,国家标准已经对其参数实现了部分标准化,规定了模数、齿数、压力角等系列化参数。工业中常用的齿轮包括直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮和斜齿圆锥齿轮等。考虑到斜齿圆锥齿轮结构最复杂并且可以通过控制螺旋角、锥角得到其它类型的齿轮,下面先介绍螺旋角、锥角的参数化建模,然后再分析上述几种齿轮结构的差异及统一参数化模型的实现。2.1齿轮统一模型建模参数关系齿轮统一模型的建模参数包括模数m 、齿数z 、齿顶高系数h a 、间隙系数h b 、变位系数x 、压力角a 、齿宽B 、螺旋角、锥角等,如

7、图1所示,当螺旋角和锥角取不同值时可以得到不同类型的齿轮,因而可以通过控制这两个参数而得到不同的齿轮模型。其它尺寸如分度圆直径、基圆直径等可以由这些基本参数计算得到。斜齿圆锥齿轮模数m 齿数z齿顶高系数h a 间隙系数h b 变位系数x压力角a 齿宽B 螺旋角锥角0,=0=0,=0=0,0斜齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮直齿圆锥齿轮=0=0图1齿轮参数及相互关系另外渐开线轮齿可以用规律曲线得到,计算公式为:x=r b ·cos (+r b ·rad (sin (r b 为基圆半径y=r b·sin (+r b·rad (cos (为渐开线展角2.2引导线和截面线

8、串相关参数考虑到斜齿锥齿轮建模最为复杂,而且其它三种齿轮可以通过控制螺旋角和锥角的取值是否等于0来取得,所以我们以斜齿锥齿轮为例来说明建模要求。在采用UG 等三维软件进行齿轮建模采用需指定引导线和截面线串的【扫掠】命令。为了得到理想的轮齿形状,在进行齿轮建模时在齿轮实体上下各指定了一个截面线串。如图2所示,引导线可以先建立与齿轮轴线方向的夹角为的直线,然后由UG 里面的【投影】命令将该直线投影到齿轮实体表面即可。上下两个截面线串的建立过程为:首先根据2.1中的渐开线方程和草图建立一个渐开线齿形,然后将该截面线串通过【比例】命令和【平移】、【旋转】等变换得到另外一个截面线串。中图分类号:TH16

9、,TP391.72文献标识码:AMachinery Design &Manufacture机械设计与制造第10期2010年10月10YCZCXC YC ZCXC图2斜齿圆锥齿轮单个轮齿建截面线串旋转角度为:=180°×B ×tan 2r 截面线串变化比例为:S =12mz -B1mz 通过指定引导线和截面线串后由【扫掠】命令得到的斜齿锥齿轮的轮齿,如图2所示,然后通过【实例特征】的【环形陈列】可以得到所有的轮齿。另外还需要增加孔、键槽以及轮辐结构,对于锥齿轮还应增加背锥结构,对于这些结构的采用可以用条件表达式控制。2.3齿轮统一模型参数化建模的基本步骤在确

10、定好统一模型的参数及参数间的关系后,就可以进行参数化建模,基本步骤为:step1:以表达式形式输入参数m ,z ,h a ,h b ,x ,a ,B ,;step2:计算其它相关参数;step3:建立渐开线轮齿齿廓;step4:根据1.2建立参数化的引导线和截面线串;step5:通过【扫掠】、【实例特征】、以及布尔运算等命令建立齿轮参数化模型。Step6:其它结构设计3参数化设计系统的开发3.1UG 二次开发技术简介UG 二次开发指在UG 软件基础上为实现某种特定的功能而由用户自己开发的专用软件。如图1所示,UG 提供了CAD/CAM/CAE 领域内先进的二次开发工具集UG/Open ,它包括

11、UG/Open MenuScript 、UG/OPEN UI Styler 、UG/Open API 、UG/Open GRIP 等,它们之间可以相互调用从而实现二次开发。UG/Open MenuScript 是开发UG 提供定制菜单的专用模块,可以编辑UG 菜单并与其实现无缝联接,在UG 基本环境下可以通过UG/Open MenuScript 执行UG 二次开发程序。UG/OPEN UI Styler 是开发UG 对话框的可视化工具,使用它可以避免复杂的图形用户接口编程,可以生成所见即所得的对话框,并同时生成二次开发程序的模板文件。UG/Open API 是UG 与外部程序之间的接口,它提供

12、了一系列的函数和集合,通过UG/Open API 编程基本上可以实现所有的UG 功能,同时能开发与其它CAD 软件的接口等。3.2齿轮参数化设计系统开发基于UG NX 的齿轮参数化设计系统的开发环境采用Windows XP 为操作系统平台并以VC+6.0为编程工具,其系统运行流程,如图3所示。3.2.1开发环境的准备设置环境变量UGII_USER_DIR 并取值为E:gearapi ,这样可以指定系统开发的工程目录。同时建立E:gearapi 并在其下建立如下下目录:Application :存放具体的功能扩展程序文件,如UIStyler 对话框(*.dlg 、工程图标文件(*.bmp 和位图

13、;Startup :存放UG 启动时需加载的动态链接库文件(*.dll 、菜单脚本文件(*.men 和用户工具栏脚本文件(*.tbr ;Code :存放具体的程序代码,该目录在新建工程时创建;Document :存放用户文档,如演示文件、安装使用说明书等;part :存放UG 部件文件。3.2.2界面设计在UG NX 基本环境下进入用户界面编辑器模块。如图4所示,编辑和布局对话框并定义控件identifier 、属性及控件回调函数名称、属性等。对话框编辑完成后以名称gear 保存,生成三个用户文件:界面文件gear.dlg 、头文件gear.h 、模板文件gear_template.c 。启动

14、UG 打开种子文件加载*.mem 文件生成菜单执行*.mem 文件调用用户*.dll 文件执行*.dll 文件更新模型执行其它操作或退出图3系统流程图图4齿轮参数化设计对话框3.2.3参数化设计的实现为了便于不同类型齿轮的参数编辑,在统一模型的基础上实现齿轮的参数化设计,设计系统的对话框如图4,在该对话框可以实现种子文件打开、参数设置、齿轮类型选择、模型更新以及文件另存等功能,如图5所示,模型更新的基本流程。点击模型更新回调函数激活取得对话框ID 模型更新结束用更新的表达式更新模型参数值赋值给表达式并更新读取参数图5模型更新回调函数运行流程如图6所示为使用该系统由同一模型设置不同参数的情况下得到的斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮参数化模型。xcyc zcxcyczc 图6变换参数后得到的不同类型的齿轮模型4总结本文相对于其它类似文献的特点是建立了渐开线齿轮统一的三维参数化模型,通过控制锥角和螺旋角等参数能生成多种齿轮的参数化模型并实现了复杂曲面的参数化设计,同时运用UG 二次开发技术开发了基于渐开线统一模型的渐开线齿轮参数化设计系统,能简单、高效地实现多种齿轮的参数化设计。并为后续的齿轮装配、运动分析、干涉分析、虚拟仿真和齿轮数控加工等建立了基础,具有极强地实际意