ug中蜗轮蜗杆的参数化建模

ug中蜗轮蜗杆的参数化建模

0ug建模方法ug是集3d和3d技术于一体的高端机械产品开发软件。它在三维设计、结构计算、运动分析、动态制造等方面具有强大的功能。目前国内基于UG进行蜗轮蜗杆建模的文献很少,而且基本都是主要针对参数和表达式的推导计算,对于怎样应用建模方法进行蜗轮蜗杆的绘制论述地都比较简略。在查阅相关的科技文献并通过大量的绘图实践,结合对参数、表达式验证,本文参照文献所述的基本思想,并结合UG二次开发等技术形成了一种直观、简便的参数化建模方法,并对建模步骤进行了详细的说明,使本方法具有很强的工程应用性。1设计参数序列参数化建模是在设计对象结构比较定型的基础上,用一组参数来表示尺寸值和约束关系,其核心是尺寸驱动。参数化建模可以大大提高零件设计的效率,尤其对于形状比较定型的零部件,用一组参数约束该几何图形的一组尺寸序列和参数与设计对象的控制尺寸对应。当赋予不同的参数序列时,可驱动原有几何模型生成新的几何图形,完成高效建模和模型修改。蜗轮蜗杆在机械传动中被广泛使用。由于蜗轮蜗杆的齿廓部分结构形状比较复杂,在建模软件中绘制精准的三维模型比较困难,而且往往设计的结果没有延续性和继承性。蜗轮蜗杆的完全参数化建模是解决这些问题有效途径,从而有效地提高了工作效率。由零件设计知识可知,蜗轮蜗杆的几何尺寸和形状取决于它们的基本特征参数:模数m、蜗杆头数Z1、蜗杆直径系数q、蜗轮齿数Z2、压力角α、蜗轮螺旋角β、蜗杆导程角γ、蜗轮变位系数x、蜗杆螺旋部分长度L等。利用UG进行蜗轮蜗杆的建模前,首先按照要对蜗轮蜗杆的基本参数赋予初值,并建立相应表达式,通过运用这些表达式和参数来驱动蜗轮蜗杆模型的构建。2渐开线、螺旋线的绘制在UG中建立蜗轮模型的关键在于齿廓渐开线以及螺旋线的绘制,利用渐开线和螺旋线可以绘出蜗轮的一个齿廓,复制齿廓并进行相应的布尔运算便能得到蜗轮。其流程图如下:2.1计算蜗轮轮坯在UG建模环境下选择“草图”命令,绘制蜗轮轮坯草图,完成草图后选择“旋转”命令,使草图沿底边所在的轴旋转360°,即得所需蜗轮轮坯。其中在草图中顶部圆弧的中心为与蜗轮啮合的蜗杆的中心点,半径为蜗杆的齿根圆半径。由蜗轮和蜗杆的相对位置共同决定轮坯的形状。2.2建立规范的文本文档(1)螺旋线的绘制。蜗轮单个齿槽的生成需要根据螺旋角确定出螺旋线作为生成单个齿槽的扫掠引导线。由于生成蜗轮轮齿的螺旋线并不是围绕圆柱螺旋上升的螺旋线,其螺旋半径是按正弦规律变化的。为此,在建立螺旋线之前,首先要确定出其螺旋半径的变化规律。为了保证生成蜗轮齿槽的螺旋线和蜗轮其它尺寸参数之间具有关联性,需要利用圆柱螺旋线的直角坐标系方程,文献所述方法,结合蜗轮蜗杆自身的特点,在某个英文路径下建立“.exp”文本文档,文档的名称应为英文,并在其中输入螺旋线的主控参数。建立好此exp文件后,在UG建模环境下选择“工具→表达式”命令,在对话框中选择“从文件中导入表达式”,选择路径,将刚才建立的exp文件导入表达式对话框。此时,当前建模便可应用以上表达式。选择“插入→曲线→规律曲线”命令,定义X为xt,Y为yt,Z为zt。执行命令后,所得曲线为螺旋线的一半。随后定义X为xt,Y为yyt,Z为zzt,执行相同的命令,可得蜗轮螺旋线。(2)轮齿渐开线齿槽廓曲线的绘制。x=rbsinu-rbucosu;y=rbcosu+rbusinu为渐开线在直角坐标系中方程式。如图2所示,其中u为渐开线上Q点的滚角,u=θk+αk,rb为基圆半径。为了实现可参数化控制齿廓曲线,使生成的渐开线终点始终位于齿顶圆上,需确定出滚角u。若渐开线与齿顶圆的交点为Q点,由cosαk=rb/ra=db/(d+2ham),θk=tanαk-αk及u=θk+αk及确定u值的大小。选择一定的英文路径并建“jianjinxian.exp”文本文档,并在其中输入渐近线的主控参数。在UG中导入这些参数和表达式,覆盖以前的内容,同样选择“插入→曲线→规律曲线”命令,定义X为xt,Y为yt,Z为zt。执行命令后可得轮齿渐开线。2.3渐开线齿槽廓曲线的制备蜗轮轮齿渐开线绘出后,在草图中,从蜗轮的原点向螺旋线引两条切线,并在原点所在平面绘出蜗轮的分度圆,此时,两条切线分别与分度圆交于A、B两点。完成草图进入建模环境,选择“编辑→移动对象”命令,在变换的运动栏里选择“根据三点旋转”,首先选择A点作为旋转的终点。然后执行相同的命令,将B点作为旋转的终点,并将其镜像旋转,如此便得到了渐开线齿槽廓曲线中的渐开线部分,将两条渐开线用相应的圆弧连接,经过修剪后便得到了整个的渐开线齿槽廓曲线,如图3所示。执行“扫掠”命令,以螺旋线为引导线,以渐开线齿廓曲线为截面线执行命令,绘出的轮齿如图4所示。2.4求的齿廓数计算画出第一个轮齿渐开线齿槽廓后,须在蜗轮上对其进行均匀地复制,从而达到蜗轮所要求的齿廓数。选择“编辑→移动对象”命令,在“变换”中的“运动”栏里选择“角度”,指定蜗轮平面法向坐标轴为指定矢量,角度设定为360°,在结果栏中选择“复制原来的”,并将“距离/角度分割”数改为蜗轮轮廓数目,执行该命令,可得复制的轮齿。2.5简单蜗轮的三维模型此时选取布尔运算“求差”命令,选择蜗轮轮坯为母体,所有的轮齿渐开线齿槽为子体,执行命令,从而生成简单蜗轮的三维模型。蜗轮的倒角、轴孔和键槽及其它结构的形状、尺寸可以根据需要作出。完整的蜗轮模型如图4所示。3计算蜗杆建模对蜗杆建模,首先要建立蜗杆的螺旋线;然后使用建立蜗轮模型时所生成的齿廓曲线为截面线,蜗杆螺旋线为引导线,通过扫掠和布尔运算“求差”完成蜗杆的建模。由于在前面已经绘制出了轮齿渐开线齿槽廓,故建立蜗杆模型的关键在于螺旋线的绘制,其流程图如图5所示。3.1蜗杆其它参数的关联性在UG中螺旋线的生成有两种方式,可以从“插入→曲线”中直接插入螺旋线,也可以通过表达式自定义绘制螺旋线。为了实现螺旋线和蜗轮蜗杆其它参数的关联性的参数化,下面采用通过表达式建立蜗杆螺旋线的方式。在一定的英文路径下建立“luoxuan.exp”文本文档,并在其中输入的螺旋线的主控参数。在UG中导入这些参数和表达式,覆盖以前的内容,同样选择“插入→曲线→规律曲线”命令,定义X为xt,Y为yt,Z为zt。曲线画出后执行相同的命令,定义X为x1t,Y为y1t,Z为zt,可得蜗杆分度圆和齿顶圆螺旋线。3.2创建齿槽廓如蜗轮建模中的方法绘制出轮齿渐开线齿槽廓,或者删去蜗轮模型中其它的部分,只保留轮齿渐开线齿槽廓,在此基础上添加蜗杆分度圆和齿顶圆螺旋线。在草图环境中绘制轮齿渐开线齿槽廓的对称线,完成草图进入建模环境后选择“编辑→移动对象”命令,选择一定的方式,将齿槽廓的对称线移动至与螺旋线相交,齿顶螺旋线的端头与槽廓窄端圆弧相交,如图6所示。3.3采用轴旋圆钻线法和圆齿尖数执行“插入→网格曲面→直纹面”命令,将截面线串1和截面线串2分别选定为蜗杆分度圆和齿顶圆螺旋线。3.4对截面的定位方法执行“扫掠”命令,选定轮齿渐开线齿槽廓为截面曲线,以蜗杆齿顶圆螺旋线为引导曲线,在“截面”选项中的“定位方法”栏中选择“面的法向”,选择刚确定的网格曲面为法向平面,执行命令。蜗杆的倒角、轴和键槽及其它结构的形状、尺寸可以根据需要作出。完整的蜗杆模型例子如图6所示。4通过二次编程实现蜗轮蜗杆参数化建模蜗轮蜗杆的参数化控制要求蜗轮蜗杆能够实现在其设计要求发生改变时,它们的结构尺寸也相应地改变,模型能相应地的自动更新,生成新的蜗轮蜗杆,以满足新的设计需要。为此,用户只需要将上述所建立的蜗轮蜗杆实体模型相关的基本特征参数在ex