基于UG二次開發(fā)工具的直齒圓柱齒輪斜齒輪直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)論文

1、 PAGE67 / NUMPAGES71摘要在機(jī)械加工中,孔加工占機(jī)械加工的比例在30%以上,特別是在汽車與航空等行業(yè)中麻花鉆的應(yīng)用極為廣泛。由于長(zhǎng)期以來,麻花鉆的設(shè)計(jì)大多是靠工程師的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行,在設(shè)計(jì)過程中,難免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的工作,從而降低了設(shè)計(jì)效率。同時(shí)通常的設(shè)計(jì)都是在二維圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì),不能得到可視化的麻花鉆三維造型,這就阻礙了麻花鉆的數(shù)控刃磨加工與利用一些分析軟件對(duì)麻花鉆的鉆削過程進(jìn)行分析。在UG中利用麻花鉆參數(shù)表達(dá)式繪制麻花鉆實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)麻花鉆在UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)。從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。UG/Open二次開發(fā)模塊是UG軟件的二次開發(fā)工具集，利用該模塊可對(duì)UG系統(tǒng)進(jìn)行用戶化開發(fā)，可滿

2、足用戶進(jìn)行各種二次開發(fā)的需求。學(xué)習(xí)了UG二次開發(fā)的各種工具，了解了各種工具的特點(diǎn)和適用圍。選擇 UG/Open API編程語言，結(jié)合使用UG/Open Menu Script和UG/Open UI Styler開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了基于UG二次開發(fā)工具的直齒圓柱齒輪、斜齒輪、直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：麻花鉆，二次開發(fā)，參數(shù)化，APIKey Words：parameter,gear,UG/Open,API目錄第 1 章 緒論11.1課題的研究背景11.2課題的研究容和解決方法2第 2 章 UG二次開發(fā)的研究421 UG軟件概述42.1.1 UG軟件的功能介紹42.1.2 UG功能模塊52.2 U

3、G二次開發(fā)相關(guān)工具概述52.2.1 UG/OPEN GRIP62.2.2 UG/OPEN API72.2.3 UG/OPEN MenuScript72.2.4 UG/OPEN UIStyler92.2.5 User Tools工具9第 3 章 二次開發(fā)方案的選擇1131列舉可行的方案1132 方案的選擇1333利用二次開發(fā)工具制作系統(tǒng)菜單143.3.1 設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量143.3.2制作菜單15第 4 章齒輪常用的齒形曲線漸開線1841漸開線的形成原理1842漸開線的數(shù)學(xué)模型1943 漸開線齒廓的繪制20第 5 章 直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)2251 數(shù)學(xué)模型2252 齒輪三維建模23第 6章

4、斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)2661 數(shù)學(xué)模型2662 齒輪三維建模27第 7 章 直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)2871 數(shù)學(xué)模型2872 齒輪三維建模29第 8 章 程序設(shè)計(jì)308.1 總體方案設(shè)計(jì)308.2 對(duì)話框設(shè)計(jì)318.3 程序設(shè)計(jì)36第 9 章 結(jié)論48致50參考文獻(xiàn)51附錄52第1章 緒論11課題的研究背景齒輪機(jī)構(gòu)用于傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、機(jī)床、礦山冶金等領(lǐng)域，它幾乎適用于一切功率和轉(zhuǎn)速圍，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。目前齒輪傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。齒輪設(shè)計(jì)在齒輪制造應(yīng)用過程中占有重要

5、地位。傳統(tǒng)的齒輪設(shè)計(jì)過程繁冗，效率低，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一組較為合理的齒輪副要反復(fù)修正參數(shù)、多次校核計(jì)算，花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。另外，齒輪類零件的繪圖工作(包括幾何繪圖、標(biāo)注、參數(shù)表填寫等容)也是一項(xiàng)繁雜而費(fèi)時(shí)的工作1。但齒輪類零件大部分具有相似的結(jié)構(gòu)和形狀，在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和圖紙繪制過程中，不可避免地要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀、尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化.這時(shí)尋求一種簡(jiǎn)便、合理的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)工作效率，是齒輪設(shè)計(jì)工作者的迫切愿望。因此，借助CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)其繪圖過程的參數(shù)化和自動(dòng)化，對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義2。因此,現(xiàn)代齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模技術(shù)有著廣泛的工程應(yīng)用背景和研究意義

6、 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的迅速發(fā)展,三維設(shè)計(jì)軟件尤其是Unigraphics 在機(jī)械零件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的日益普與，齒輪實(shí)體在三維軟件特別是在UG中的繪制變得越來越重要。但基于UG的齒輪設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般都局限于齒輪二維輪廓的繪制或三維實(shí)體建模,齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算難以與CAD 系統(tǒng)很好地集成, 給齒輪的CAD/ CAM 帶來不利影響3。建模技術(shù)是CAD的核心技術(shù)，參數(shù)化造型技術(shù)和特征造型技術(shù)是新一代繼承化CAD系統(tǒng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)理論4。目前國外對(duì)二維圖形參數(shù)化和簡(jiǎn)單三維實(shí)體的參數(shù)化造型較為成熟。對(duì)復(fù)雜的三維實(shí)體的參數(shù)化造型尚不多見，特別是齒輪這類形狀復(fù)雜、精確齒形的三維實(shí)體參數(shù)化造型設(shè)計(jì)更

7、少。這有多方面原因：一方面齒輪二維圖形參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠滿足傳統(tǒng)的齒輪加工要求；另一方面運(yùn)用低級(jí)CAD軟件對(duì)復(fù)雜的三維實(shí)體很難實(shí)現(xiàn)參數(shù)化虛擬造型設(shè)計(jì)。隨著塑料齒輪的廣泛應(yīng)用和快速成型與虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維圖形已不能滿足現(xiàn)在的設(shè)計(jì)、加工要求5。因此，在三維軟件上繪制齒輪實(shí)體變得十分重要。但是，由于齒輪形狀復(fù)雜，且齒形曲線有一定的規(guī)律，繪制齒形曲線較復(fù)雜。并且齒輪各參數(shù)間都有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，再加上隨著當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，齒輪的精度要求也越來越高，齒輪實(shí)體的繪制較為麻煩。齒輪并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，它的各個(gè)參數(shù)隨著設(shè)計(jì)要求的不同而不同。如果每設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪都要畫一個(gè)對(duì)應(yīng)的實(shí)體部件的話，那不僅

8、增加了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)量，還大大降低了設(shè)計(jì)效率，阻礙了企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心容，也是當(dāng)前CAD技術(shù)的研究熱點(diǎn)6。用大型的三維軟件實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化造型已成為設(shè)計(jì)者的迫切需求，齒輪體參數(shù)化造型有重要的意義：（1）齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與建模系統(tǒng)是CAD技術(shù)與齒輪設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢(shì)所在。（2）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化避免了設(shè)計(jì)人員手動(dòng)查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過程，該系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設(shè)計(jì)的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。（3）實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)以與漸開線齒廓的精確造型，可以將設(shè)計(jì)計(jì)算、三維造型與繪制工程圖的無縫結(jié)合，同

9、時(shí)為齒輪的有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎(chǔ)。（4）采用建立原始齒輪結(jié)構(gòu)模型并驅(qū)動(dòng)其特征參數(shù)，為其它復(fù)雜曲面的造型提供了有益的參考。本課題利用UG的二次開發(fā)技術(shù),為解決齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)問題提供了可行的方法,通過直接輸入齒輪設(shè)計(jì)條件，利用計(jì)算得出的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)(模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)等) 進(jìn)行實(shí)體建模,實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì),提高齒輪設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。12課題的研究容和解決方法本課題利用大型軟件UGNX4.0來實(shí)現(xiàn)齒輪的三維參數(shù)化造型，通過改變齒輪的一些基本參數(shù)，生成其相應(yīng)齒輪。要達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，首先要知道如何在UG中繪制齒輪部件，要繪制齒輪必然要知道齒輪

10、的嚙合原理與各個(gè)參數(shù)間的關(guān)系，還應(yīng)熟知漸開線的數(shù)學(xué)模型，精確畫出漸開線。畫出齒輪模型后，還應(yīng)知道UG二次開發(fā)的知識(shí)，靈活運(yùn)用UG系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，在模型的基礎(chǔ)上編制相應(yīng)的程序，最后完成齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊的開發(fā)。具體容和步驟如下：(1) 研究直齒、斜齒圓柱齒輪與直齒錐齒輪的基本嚙合理論和各參數(shù)間的關(guān)系并建立數(shù)學(xué)模型；(2)漸開線數(shù)學(xué)模型的建立，通過對(duì)齒輪的嚙合原理的深入研究，建立漸開線數(shù)學(xué)模型，得到漸開線方程；(3) 深入掌握UG二次開發(fā)的各種方法，并熟練運(yùn)用UG/OPEN 開發(fā)工具，在建立直齒圓柱齒輪、斜齒輪和直齒錐齒輪的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)各齒輪實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化造型；(4) 在構(gòu)建齒輪模

11、塊框架的基礎(chǔ)上，深入研究菜單的制作技術(shù)以確定本課題應(yīng)采用的最佳菜單制作技術(shù)。UG 軟件是集CAD/CAM/CAE一體化的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件，在國使用相當(dāng)廣泛。另外它所提供的二次開發(fā)語言模塊UG/OpenAPI、UG/OpenGRIP和輔助開發(fā)模塊UG/OpenMenuscript與UG/Open UI Styler與其良好的高級(jí)語言接口，使UG的圖形功能和計(jì)算功能有機(jī)的結(jié)合起來，便于用戶去開發(fā)各種基于自身需要的專用CAD系統(tǒng)。使用UG/OpenAPI和UG/OpenGRIP中任何一個(gè)模塊都能實(shí)現(xiàn)UG的二次開發(fā)，再結(jié)合輔助模塊，就能開發(fā)出UG界面

12、的應(yīng)用模塊。因此，合理利用UG的二次開發(fā)語言模塊和輔助模塊，就可以實(shí)現(xiàn)在UG環(huán)境下對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。第二章 UG二次開發(fā)的研究 Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。它為制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案，主要功能包括：概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、性能分析和制造。此外，UG軟件還提供了CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要。本章先討論UG軟件的主要功能，然后簡(jiǎn)單介紹二次開發(fā)各功能模塊的特點(diǎn)和應(yīng)用。21 UG軟件概述211 UG軟件的功能介紹 UG是知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)先者。它

13、實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識(shí)工程的組合，顯著地改進(jìn)了如汽車、航天航空、機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)率。它為各種規(guī)模的企業(yè)遞交可測(cè)量的價(jià)值；更快地遞交產(chǎn)品到市場(chǎng)；使復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化；減少產(chǎn)品成本和增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力 7。 NX是一個(gè)交互的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和輔助工程（CAD/CAE/CAM）系統(tǒng)。CAD功能自動(dòng)化是在今天制造公司中見到的一般工程、設(shè)計(jì)和制圖能力；CAM功能利用NX描述完成零件的設(shè)計(jì)模型，為現(xiàn)代機(jī)床提供NC編程；CAE功能橫越一廣的工程學(xué)科，提供許多的產(chǎn)品、裝配和零件的性能防真能力。NX是一個(gè)全三維、雙精度系統(tǒng)，它允許用戶精確地描述幾乎任一幾

14、何形狀。通過組合這些形狀，用戶可以設(shè)計(jì)、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。一但設(shè)計(jì)完成，制造應(yīng)用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息，如刀具直徑并自動(dòng)生成一刀具位置，源文件（CLSF），它可用來驅(qū)動(dòng)大多數(shù)NC機(jī)床8。目前UGS公司已經(jīng)推出NX5產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)中使用的是NX4版本的軟件。NX4的特點(diǎn)是：1、為了數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)集成的自動(dòng)化；2、在所有開發(fā)學(xué)科中的新能力，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、防真、工裝、加工和管理；3、在一個(gè)全面的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決力案的領(lǐng)先前沿的CAD、CAE和CAM技術(shù)。212 UG功能模塊 利用NX，可以建立、存儲(chǔ)、恢復(fù)和操縱設(shè)計(jì)與制造信息，典型地通過建立描述一零件的幾何

15、體開始工作。NX功能被劃分成共同功能的一系列“應(yīng)用（Application）”共18個(gè)模塊，各模塊分別為：1、入口（Gateway）：對(duì)所有其他交互應(yīng)用的首要必備的應(yīng)用；2、建模（Modeling）：包括實(shí)體、特征、自由形狀、鈑金特征建模和用戶定義特征；3、裝配（Assembilies）：支持裝配建模；4、幾何公差模塊（Geometric Tolerancing Module）：讓用戶捕捉公差；5、產(chǎn)品和制造信息（PMI Introduction）：可用于在三維環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品形成文檔說明；6、分析（Analysis）：包括注塑模流動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)應(yīng)用和ICAD；7、制圖（Drafting）：可將三維

16、模型生成二維視圖；8、高質(zhì)量圖像（High Quality Image）：生成逼真照片的圖像；9、知識(shí)熔接（Knowledge Fusion）：允許用戶應(yīng)用工程知識(shí)驅(qū)動(dòng)規(guī)則和設(shè)計(jì)意圖到NX中的幾何模型和裝配；10、制造（Manufacturing）：可進(jìn)行虛擬加工和自動(dòng)加工編程；11、開放的用戶界面設(shè)計(jì)（Open User Interface Styler）：允許用戶和第三方開發(fā)商生成NX對(duì)話框；12、編程語言（Programming Languages）：包括GRIP和API；13、質(zhì)量控制（Quallity Control）；14、走線（Routing）：定義圍繞和通過其他NX裝配的裝配；

17、15、鈑金（Sheet Metal）：包括鈑金設(shè)計(jì)、沖壓和多零件加工的柵格；16、電子表格（Spreadsheet）：提供一在Xess或者電子表格應(yīng)用和NX間的智能界面；17、Web Express；18、Wire Harness:可在用于描述產(chǎn)品機(jī)械裝配的同一三維空間建立電氣布線的表示。2.2 UG二次開發(fā)相關(guān)工具概述UG軟件提供了CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要，這組工具集稱之為UG/Open，是一系列UG開發(fā)工具的總稱，它們隨UG一起發(fā)布，以開放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺(tái)提供靈活的開發(fā)支持。UG/Open包括以下幾個(gè)部分：UG/Open Menuscr

18、ip開發(fā)工具，對(duì)UG軟件操作界面進(jìn)行用戶化開發(fā)，無須編程即可對(duì)UG標(biāo)準(zhǔn)菜單進(jìn)行添加、重組、剪裁或在UG軟件中集成用戶自己的軟件功能；UG/Open UIStyler開發(fā)工具是一個(gè)可視化編輯器，用于創(chuàng)建類似UG的交互界面，利用該工具，用戶可為UG/Open應(yīng)用程序開發(fā)獨(dú)立于硬件平臺(tái)的交互界面；UG/Open API開發(fā)工具提供了UG軟件直接編程接口，支持C、C+、Fortran和Java等主要高級(jí)語言；UG/Open GRIP開發(fā)工具是一個(gè)類似API的UG部開發(fā)語言，利用該工具用戶可生成 NC自動(dòng)化或自動(dòng)建模等用戶的特殊應(yīng)用9。利用UG/Open提供的應(yīng)用程序和開發(fā)工具，用戶可以在其提供的平臺(tái)上

19、開發(fā)出適合自己需要的CAD產(chǎn)品。2.2.1 UG/Open GRIP UG/Open GRIP(Graphics Interactive Programming)是一種專用的圖形交互編程語言。這種語言與UG系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)UG下的絕大多數(shù)的操作。GRIP語言與一般的通用語言一樣，有其自身的語法結(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)，部函數(shù)，以與與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。一個(gè)GRIP語句是由一個(gè)或幾個(gè)GRIP命令組成，GRIP命令是GRIP語言的基本組成部分。GRIP命令有三種表示格式：a)述格式。主要用于生成和編輯實(shí)體。b)GPA符號(hào)格式。GPA是全局參數(shù)存取(Global Parameter Access)的

20、縮寫，用于訪問UG 系統(tǒng)中各種對(duì)象的狀態(tài)和參數(shù)。c)EDA符號(hào)格式。EDA是實(shí)體數(shù)據(jù)存取(Entity Data Access)的縮寫，用于訪問UG數(shù)據(jù)庫，能夠訪問各種對(duì)象的功能性數(shù)據(jù)。例如在屬性、繪圖和尺寸標(biāo)注以與幾何體等領(lǐng)域與UG進(jìn)行交互操作時(shí)，其參數(shù)可用EDA格式的命令取得。用GRIP語言編寫GRIP源程序，可以在windows的記事本中進(jìn)行，記為*.grs；或者在GRIP高級(jí)開發(fā)環(huán)境(GRAD-Grip Advanced Development Environment)中編寫。執(zhí)行GRIP程序必需進(jìn)入U(xiǎn)G環(huán)境中，運(yùn)行FileExecute UG/OpenGrip。GRIP編程語言是面向

21、工程師的語言，具有簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，但是所編寫的程序長(zhǎng)、復(fù)雜。要考慮程序的各個(gè)細(xì)節(jié)問題。因此，GRIP語言常用于開發(fā)一些規(guī)模比較小的程序，例如，同類零件建模、計(jì)算和分析、數(shù)據(jù)訪問等程序。與GRIP語言相比較，用API函數(shù)編程則可實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的操作10。2.2.2 UG/Open API 作為UG NX4.0與外部應(yīng)用程序之間的接口，UG/Open API是一系列函數(shù)的集合。通過UG/Open API的編程，用戶幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)所有的UG NX4.0功能。開發(fā)人員可以通過用C+語言編程來調(diào)用這些函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶的需要。對(duì)UG part文件與相應(yīng)模型進(jìn)行操作，包括建立UG NX4.0模型、查詢

22、模型對(duì)象、建立并遍歷裝配體，以與創(chuàng)建工程圖等。在UG NX4.0中創(chuàng)建交互式程序界面。創(chuàng)建并管理用戶定義對(duì)象等。應(yīng)用函數(shù)時(shí)應(yīng)注意所有的UG/Open API應(yīng)用必須與時(shí)進(jìn)行初始化和終止，以確保獲取或者釋放UG/Open API的執(zhí)行許可權(quán)限。初始化函數(shù)是UF_initialize()，當(dāng)開始調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時(shí)應(yīng)先調(diào)用UF_initialize()來獲取執(zhí)行許可權(quán)限。一般來說，我們?cè)谧兞柯暶魍瓿珊?，?個(gè)調(diào)用UG/Open API的函數(shù)就是UF_initialize()。終止函數(shù)是UF_terminate()，當(dāng)不再調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時(shí)必須調(diào)用UF_terminat

23、e()來釋放執(zhí)行許可。UG/Open API程序能在兩種不同環(huán)境（依賴于程序的連接方式）下運(yùn)行，即Internal環(huán)境（也稱為“Internal開發(fā)模式”）和External模式。其中Internal環(huán)境下的程序只能在UG NX4.0的界面環(huán)境(session)下運(yùn)行，在運(yùn)行這些程序時(shí)他們被加載到UG NX4.0的運(yùn)行空間中（UG NX4.0分配的存）；External模式開發(fā)的程序能在操作系統(tǒng)(Windows NT/2000/XP與UNIX)下運(yùn)行，不在UG NX4.0環(huán)境中或作為UG NX4.0的子進(jìn)程運(yùn)行。盡管沒有圖形顯示，但UG/Open API提供了函數(shù)用于打印機(jī)或繪圖儀輸出，也可以

24、輸出為CGM文件等其他數(shù)據(jù)文件11。2.2.3 UG/Open MenuScript UG/Open MenuScript不僅可以使用戶利用ASC文件來編輯UG的菜單，也可以以一種無縫集成的方式為用戶開發(fā)的應(yīng)用程序創(chuàng)建菜單。MenuScript同時(shí)也提供了一個(gè)菜單欄報(bào)告工具，以幫助用戶查看定制的菜單，診斷錯(cuò)誤。對(duì)于菜單的自定義大致可以分為如下三個(gè)層次。（1）自定義菜單 該級(jí)別的自定義允許單個(gè)用戶或者管理員重新安排UG的功能，去除在其產(chǎn)品開發(fā)過程中不需要的功能。這種級(jí)別的自定義不需要編程實(shí)現(xiàn)。（2）自定義UG功能 該級(jí)別的自定義允許單個(gè)用戶或者管理員取代或增加標(biāo)準(zhǔn)的UG功能，并添加其自己定義的功

25、能。（3）添加自定義應(yīng)用 該級(jí)別的自定義其目的在于使用戶或第三方開發(fā)商開發(fā)的應(yīng)用程序完全集成在UG中。該級(jí)別的自定義需要編程實(shí)現(xiàn)。 UG的菜單文件是擴(kuò)展名為.men的文本文件，可以使用Windows 的記事本進(jìn)行編輯。UG/Open MenuScript提供了一套用于定義UG菜單的腳本語言。實(shí)際上，UG系統(tǒng)的菜單文件也是用該腳本語言編寫的。UG為主菜單欄、快捷菜單欄提供了豐富的系統(tǒng)菜單文件，這些菜單文件默認(rèn)情況下都保存在UG_BASE_DIR/ug/menus文件夾下12。 使用UG/Open MenuScript自定義UG菜單可以有兩種方法，分別是使用Add-on菜單文件和復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單

26、文件。使用Add-on菜單方法是添加編輯量很小的菜單文件到菜單文件的目錄中，使用Add-on菜單可以移出用戶不需要的菜單項(xiàng)；添加新的菜單和菜單項(xiàng)；重新組織UG的菜單；修改菜單和菜單項(xiàng)的標(biāo)題；為已經(jīng)存在的應(yīng)用按鈕添加動(dòng)態(tài)庫和菜單文件。復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單文件是指復(fù)制、編輯系統(tǒng)菜單文件并將其放置在特定的目錄下，覆蓋原始菜單文件。系統(tǒng)推薦使用Add-on菜單文件方法，該方法不僅編輯起來比較方便、易于維護(hù)，而且其功能也相當(dāng)強(qiáng)大，基本可以滿足應(yīng)用開發(fā)的所有需求。使用Add-on菜單文件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它可以被UG很方便地自動(dòng)加載。對(duì)于與具體應(yīng)用模式無關(guān)的菜單文件放置在startup文件夾下，與具體應(yīng)用模式

27、相關(guān)的菜單文件放置在相應(yīng)的application文件夾下，通過使用MENU_FILES聲明，即可將菜單名與應(yīng)用模式按鈕相關(guān)聯(lián)，點(diǎn)擊該應(yīng)用模式按鈕后即可自動(dòng)加載與其相關(guān)聯(lián)的菜單文件。復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單文件方法不推薦使用，這主要是由于其編輯起來相當(dāng)復(fù)雜，特別是對(duì)于像ug_main.men這樣大型的菜單文件，其維護(hù)也非常麻煩。2.2.4 UG/Open UIStyler UIStyler是開發(fā)UG對(duì)話框的可視化工具，生成的對(duì)話框能與UG集成，讓用戶更方便、更高效地與UG進(jìn)行交互操作。UG/Open UI Styler模塊提供了強(qiáng)大的制作UG風(fēng)格窗口的功能，其主要功能如下：(1) 提供了讓開發(fā)人員建造

28、UG風(fēng)格對(duì)話框的可視化環(huán)境，并能生成UG/Open UI Styler文件和C代碼，從而使用戶在使用UG/Open UIStyler產(chǎn)生的對(duì)話框時(shí)，不必考慮圖形用戶界面(Graphical User Interface縮寫為GUI )的實(shí)現(xiàn)。(2) 利用可視化環(huán)境快速生成UG風(fēng)格對(duì)話框，從而減少開發(fā)時(shí)間。(3) 通過選取和放置控件，從而能實(shí)現(xiàn)所見即所得。(4) 可以在對(duì)話框中實(shí)現(xiàn)用戶自定義位圖。(5) 提供了屬性編輯器，從而允許開發(fā)人員設(shè)置和修改控件屬性。(6) UIStyelr產(chǎn)生的對(duì)話框可以在MenuScript中被調(diào)用，因此可以實(shí)現(xiàn)在UG菜單項(xiàng)上調(diào)用UIStyler產(chǎn)生的對(duì)話框，從而將用

29、戶應(yīng)用程序和UG軟件完全融合。應(yīng)用UIStyler這一工具可以使開發(fā)人員方便、快速地設(shè)計(jì)出與UG界面風(fēng)格一致的對(duì)話框，避免其他復(fù)雜的編程。而且可以和用其他開發(fā)工具開發(fā)出的結(jié)果進(jìn)行集成。UG/Open UIStyler工具和UG/Open MenuScript工具一樣，都只具有某一方面的功能：UG/Open UIStyler用于對(duì)話框的開發(fā)，UG/Open MenuScript用于菜單的開發(fā)。2.2.5 UserTools工具 UG軟件為用戶提供了一個(gè)調(diào)用二次開發(fā)結(jié)果的交互式接口：User Tools。它的功能是生成彈出式對(duì)話框或工具條，其界面風(fēng)格與UG界面風(fēng)格一致。通過執(zhí)行對(duì)話框或工具條，操作

30、相應(yīng)的控件就可運(yùn)行菜單文件、宏文件、UG/Open GRIP程序、UG/Open API程序和其他二次開發(fā)文件。例如，執(zhí)行齒輪生成的程序集，可以用User Tools工具產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)話框分別為直齒輪和斜齒輪，然后在相應(yīng)的對(duì)話框上進(jìn)行操作就生成相應(yīng)種類的齒輪。通過編寫對(duì)話框定義文件(*.utd)來實(shí)現(xiàn)User Tool工具的功能。編寫文件完成以后，在UG 中執(zhí)行ToolsCustomizeUser ToolsLoad選擇所編寫的*.utd文件即可彈出需要的對(duì)話框或工具條。*.utd這個(gè)文件是文本文件，可用 Windows中的記事本進(jìn)行編寫和編輯。一種比較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法：拷貝UG中的模板文件User

31、too1.utd到UG啟動(dòng)目錄下，然后編輯模板文件，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。在以前較早版本中例如V13，運(yùn)用User Tools工具必須編寫兩個(gè)文件：菜單定義文件(*.utm)和對(duì)話框定義文件(*.utd)，然后通過執(zhí)行菜單項(xiàng)彈出相應(yīng)的對(duì)話框或工具條。現(xiàn)在，較高的UG版本已經(jīng)省略產(chǎn)生菜單這一步，操作同上所述。在UG 界面中應(yīng)用File Execute UG/Open菜單執(zhí)行UG/Open API程序或UG/Open GRIP程序，操作一次只能執(zhí)行一個(gè)程序，而且必須找到程序所在的路徑。若利用User Tools這個(gè)工具，用戶可以將多個(gè)GRIP或API函數(shù)所編寫的程序集成到一個(gè)User Tools對(duì)話框

32、或者工具條中，一個(gè)程序?qū)?yīng)一個(gè)控件，通過操作控件來調(diào)用程序，使用起來就非常方便。第三章 二次開發(fā)方案的選擇31可行方案UG軟件為用戶提供的二次開發(fā)工具不但可以獨(dú)立使用，而且可以相互調(diào)用其它工具開發(fā)的結(jié)果，這就大大擴(kuò)展了工具本身所具有的功能，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。它們之間的關(guān)系如下附圖所示：MenuScript所開發(fā)的菜單可以與User Tools開發(fā)的對(duì)話框相互調(diào)用；MenuScript所開發(fā)的菜單與User Tools開發(fā)的對(duì)話框可以調(diào)用UIStyler開發(fā)的對(duì)話框；MenuScript、User Tools和UIStyler開發(fā)的對(duì)話框均可以調(diào)用GRIP程序和API程序。GRIP程序和AP

33、I程序之間也可以相互調(diào)用。另外，使用UG二次開發(fā)工具必須要設(shè)置相應(yīng)的環(huán)境變量，這樣系統(tǒng)才能找到這些開發(fā)文件，執(zhí)行相應(yīng)的程序。UIStyler DialogUser ToolsAPIGRIPMenuScript圖3-1 二次開發(fā)工具關(guān)系圖 本課題的目的是以UG為平臺(tái)，使用UG二次開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。在UG界面中就是實(shí)現(xiàn)在對(duì)話框中輸入齒輪的各個(gè)參數(shù)，確定后UG系統(tǒng)自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型。要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，首先必須自定義一個(gè)菜單，制作相對(duì)應(yīng)的對(duì)話框，使設(shè)計(jì)者能調(diào)用對(duì)應(yīng)的對(duì)話框并輸入所需齒輪的參數(shù)。之后更重要的是編寫一定的程序，程序的作用是讀取對(duì)話框中的參數(shù)并自動(dòng)生成所需的實(shí)體模型。通過對(duì)U

34、G系統(tǒng)中各個(gè)二次開發(fā)工具的性能和特點(diǎn)的分析，要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求有以下幾種方案：（1）在菜單和對(duì)話框的基礎(chǔ)上使用GRIP語言編寫生成齒輪實(shí)體的程序。由二次開發(fā)工具之間的關(guān)系我們知道，UG對(duì)話框可以調(diào)用GRIP程序。只要能編寫出一個(gè)生成齒輪實(shí)體的程序，我們就可以用編制好的對(duì)話框調(diào)用該程序，生成齒輪實(shí)體，滿足設(shè)計(jì)要求。在UG/Open GRIP 工具中中擁有豐富的函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)幾何體的生成、數(shù)據(jù)的存取和分析、變換等一系列功能。因此，使用GRIP完全能編寫出生成齒輪實(shí)體程序，程序編寫好后使用User Tool工具對(duì)程序進(jìn)行編譯連接，最后生成可被對(duì)話框調(diào)用的可執(zhí)行程序。將可執(zhí)行程序放在對(duì)應(yīng)的文件夾里就可實(shí)現(xiàn)對(duì)

35、話框?qū)Τ绦虻恼{(diào)用，執(zhí)行程序，滿足設(shè)計(jì)要求。（2）在菜單和對(duì)話框的基礎(chǔ)上使用API語言編寫生成齒輪實(shí)體的程序。同樣，對(duì)話框也能實(shí)現(xiàn)對(duì)API程序的調(diào)用。只要能編寫出實(shí)現(xiàn)齒輪建模的API程序，就能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。API與GRIP一樣，也具有豐富的函數(shù)。運(yùn)用該語言可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部件保存、打開等基本操作、對(duì)表達(dá)式的操作、裝配體操作、工程圖的生成和控制等功能，可以滿足生成齒輪實(shí)體的程序的編寫。此外，API語言借助C+來編寫程序，借助C+強(qiáng)大的編程功能，編寫API程序比GRIP更加靈活、更加的簡(jiǎn)單使用，還能滿足更多的編程要求。在C+中編寫好相應(yīng)的程序后編譯程序，將生成的可執(zhí)行程序（.dll）放在對(duì)應(yīng)的文件夾下，就

36、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)話框?qū)Τ绦虻恼{(diào)用和執(zhí)行，滿足設(shè)計(jì)要求。（3）基于三維模型的參數(shù)化程序設(shè)計(jì)。該方法采用三維模型與程序控制相結(jié)合的方式，在創(chuàng)建好三維模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)部件的設(shè)計(jì)要求建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設(shè)計(jì)參數(shù)。參數(shù)化程序針對(duì)該部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的查詢、修改，根據(jù)新的參數(shù)值更新模型從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變更。其中程序的編寫是使用API語言的表達(dá)式功能。在本課題中，采用這種方案具體方法是先新建一個(gè)部件，在建模模塊下寫好表達(dá)式，然后使用表達(dá)式繪出齒輪的三維實(shí)體，并確保實(shí)體模型應(yīng)隨著表達(dá)式的值變化而變化。建好模型后，編寫菜單和對(duì)話框，然后在C+上用API語言進(jìn)行編程，程序應(yīng)把對(duì)話框和

37、模型聯(lián)系起來，將對(duì)話框中輸入的值傳遞到模型的表達(dá)式中，并更新程序。這樣，當(dāng)在對(duì)話框中輸入齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)后，運(yùn)行程序，原來的齒輪部件就會(huì)按新的表達(dá)式數(shù)據(jù)重生成模型，這樣就得到了設(shè)計(jì)所需要的齒輪實(shí)體模型。將新生成的部件另存，保留原部件，這樣就可以隨時(shí)生成需要的齒輪了。 UG二次開發(fā)工具的功能非常強(qiáng)大，要實(shí)現(xiàn)本課題目的應(yīng)還有其他方案，在這里只列舉了這三個(gè)常用方案。32 方案選擇 比較上述三個(gè)方案，有一個(gè)共同點(diǎn)就是都使用了菜單技術(shù)和對(duì)話框技術(shù)。這是為了在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)設(shè)計(jì)者能在UG界面下直接輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)，使該模塊更加直觀，方便設(shè)計(jì)者使用。這三個(gè)方案中，前兩個(gè)都是使用編寫程序來繪制齒輪實(shí)體，程序比較復(fù)雜；

38、最后一個(gè)是建立模型后將對(duì)話框中數(shù)值傳遞到表達(dá)式，程序較簡(jiǎn)單。齒輪是較復(fù)雜的實(shí)體部件，精度要求也比較高，要?jiǎng)?chuàng)建齒輪實(shí)體比較麻煩。前兩種方案中，都是用程序來編寫整個(gè)齒輪實(shí)體創(chuàng)建過程，這要涉與到的函數(shù)非常多，程序煩瑣，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)不容易修改和維護(hù)。此外，在畫齒輪輪廓過程中需要修剪、變換許多曲線，這在程序中很難做到。如果要使用前兩種方案，需要深入學(xué)習(xí)GRIP和API這兩種語言，需要花費(fèi)很多時(shí)間。而第三種方案是直接在UG界面上畫實(shí)體模型，可以直接對(duì)各種特征進(jìn)行編輯、修改曲線，相對(duì)于前兩種方案來說更直觀、更容易。不過要注意的是在第三種方案中，在畫齒輪實(shí)體過程中要注意應(yīng)保證所畫出的實(shí)體模型應(yīng)能隨著表達(dá)式中的值

39、的變化而變化。不過在UG界面下比程序中繪制參數(shù)化齒輪模型要直觀、容易的多。在編寫程序方面，最后一種方案只需寫一些數(shù)值的傳遞的程序，使用的函數(shù)少，程序簡(jiǎn)單，易于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和修改調(diào)試。同時(shí)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，前兩種方案所得的齒輪設(shè)計(jì)模塊使用起來要比第三種方案方便。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間不長(zhǎng)，而且之前沒有接觸過有關(guān)二次開發(fā)的知識(shí)，在短時(shí)間無法深入學(xué)習(xí)GRIP和API的知識(shí)，前兩種方案很難實(shí)現(xiàn)。第三種方案最為簡(jiǎn)單，也最有可能在規(guī)定時(shí)間完成設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。綜合比較這三種方案，最終選擇第三種方案作為本次設(shè)計(jì)方案。33利用二次開發(fā)工具制作系統(tǒng)菜單3.3.1 設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量 雖然各種菜單的制作方法,在結(jié)構(gòu)、容和

40、開發(fā)過程上有一定的差異,但是在整個(gè)構(gòu)建過程中有其共性和一樣的部分,就是菜單制作之前應(yīng)先設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量。設(shè)置了系統(tǒng)環(huán)境變量，UG才能找到開發(fā)容所在目錄。系統(tǒng)環(huán)境變量設(shè)置方法有以下兩種：方法一：打開$UG_BASE_DIR/ugii目錄下的ugii_env.dat文件(該文件包含Unigraphics系統(tǒng)的全部環(huán)境變量與系統(tǒng)路徑定義)，找到下面兩條語句：#UG_VENDOR_DIR=$UGALLIANCE_DIR/vendor和#UG_ SITE_DIR=$UGALLIANCE_DIR/site。將它們前面的注釋符號(hào)“#”刪除，以使它們起作用。這兩條語句其實(shí)指明了供用戶放置二次開發(fā)文件的目錄。在

41、Unigraphics初始安裝時(shí)，它們不起作用，當(dāng)刪除了“#”號(hào)后，UG/OPEN才能從這些目錄下得到二次開發(fā)的功能擴(kuò)展。這兩個(gè)目錄的功能和結(jié)構(gòu)是完全一樣的，下面都有startup和application兩個(gè)目錄。其中startup存放Unigraphics啟動(dòng)時(shí)需載入的動(dòng)態(tài)共享庫(以u(píng)fsta()為入口的.dl1)與菜單腳本文件(.men)；application目錄存放具體的功能擴(kuò)展程序文件(如應(yīng)用模塊的功能擴(kuò)展共享庫( .dl1)與對(duì)話框資源文件( .dlg)。Unigraphics下設(shè)置的這兩個(gè)目錄是為不同等級(jí)的開發(fā)者提供的，vendor目錄下放置Unigraphics指定的開發(fā)商的二

42、次產(chǎn)品，site目錄下存放其余開發(fā)者的產(chǎn)品。因此vendor目錄下同類容的文件要比site目錄下的優(yōu)先載入。此外，在ugii_env.dat文件中還有一條語句，是用來設(shè)置用戶自己二次開發(fā)容的目錄：#UG_USER_DIR =$HOME，同樣將其前面的“#”號(hào)刪除，并在其后使用用戶自己的目錄替換$HOME。例如，UG_USER_DIR=E:ugapi，在此目錄下也必須建立目錄startup和application，存放的容和site與vendor下的startup、application一樣,不過它的優(yōu)先級(jí)更低13。 方法二：打開UG安裝目錄UG_BASE_DIR UGmenus下的custom

43、_dirs.dat（用記事本打開），在文件最后添加開發(fā)的文件夾的絕對(duì)路徑。在添加的文件里建立兩個(gè)子目錄：startup和application ，分別用來放置開發(fā)的各種文本文件（.men文件）、動(dòng)態(tài)庫文件和對(duì)話框文件。 上述兩種方法中第二種方法較簡(jiǎn)單方便，本課題采用第二種方法。打開UG安裝目錄UG_BASE_DIR UGmenus下的custom_dirs.dat，在文件最后添加開發(fā)的文件夾的絕對(duì)路徑E:gearsopen。在E:gearsopen文件夾下建立startup和application兩個(gè)子目錄。3.3.2制作菜單 本課題涉與到三個(gè)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，因此應(yīng)在一個(gè)主菜單下建立三個(gè)子菜

44、單。在E:gearsopenstartup下建立文件gearsopen.men，代碼如下：VERSION 120 /菜單腳本文件的版本信息EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR /編輯UG系統(tǒng)菜單文件BEFORE UG_HELP /定義菜單位于“幫助”菜單前CASCADE_BUTTON GEARS /主菜單按鈕名LABEL 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì) /主菜單標(biāo)題END_OF_BEFORE /結(jié)束BEFORE定義MENU GEARS /定義主菜單BUTTON SPUR_GEAR /第一個(gè)子菜單名LABEL 直齒圓柱齒輪 /第一個(gè)子菜單標(biāo)題ACTIONS SPUR_GEAR /第一個(gè)子菜單

45、的IDBUTTON HELICAL_GEAR /第二個(gè)子菜單名LABEL 斜齒輪 /第二個(gè)子菜單標(biāo)題ACTIONS HELICAL_GEAR /第二個(gè)子菜單的IDBUTTON STRAIGHT_BEVEL_GEAR /第三個(gè)子菜單名LABEL 直齒錐齒輪 /第三個(gè)子菜單標(biāo)題ACTIONS STRAIGHT_BEVEL_GEAR /第三個(gè)子菜單的IDEND_OF_MENU /結(jié)束菜單的定義運(yùn)行結(jié)果如圖3-2所示： 圖3-2 菜單運(yùn)行效果圖在菜單的基礎(chǔ)上，可以制作工具欄，這樣可以在工具欄點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的工具來直接調(diào)用對(duì)話框。工具欄是一種快速激活相關(guān)命令的工具按鈕的集合。在UG中，使用菜單工具可以制作工具

46、欄。工具欄文件是以.tbr為后綴名的文本文件，每個(gè)工具欄按鈕名稱應(yīng)與菜單文件中相應(yīng)按鈕的名稱一樣，工具欄按鈕圖標(biāo)所對(duì)應(yīng)的位圖文件，應(yīng)放置在相應(yīng)的application文件夾下。工具欄文件寫好后，應(yīng)放在對(duì)應(yīng)的stratup文件夾中。編寫的工具欄文件如下：TITLE 齒輪 /工具欄標(biāo)題VERSION 160 /工具欄文件的版本信息DOCK NO /工具欄導(dǎo)入時(shí)是浮動(dòng)的BUTTON SPUR_GEAR /直齒輪對(duì)應(yīng)按鈕的名稱LABEL 直齒圓柱齒輪 /工具欄按鈕的標(biāo)題BITMAP zhichi.bmp /直齒輪對(duì)應(yīng)按鈕圖標(biāo)BUTTON HELICAL_GEAR /斜齒輪對(duì)應(yīng)按鈕的名稱LABEL 斜齒

47、輪 /工具欄按鈕的標(biāo)題BITMAP xiechi.bmp /斜齒輪對(duì)應(yīng)按鈕圖標(biāo)BUTTON STRAIGHT_BEVEL_GEAR /錐齒輪對(duì)應(yīng)按鈕的名稱LABEL 直齒錐齒輪 /工具欄按鈕的標(biāo)題BITMAP zhuichi.bmp /錐齒輪對(duì)應(yīng)按鈕圖標(biāo)運(yùn)行效果如圖3-3所示：圖3-2 工具欄效果圖第四章 齒輪常用的齒形曲線漸開線從理論上講,只要給出一條齒廓曲線,就可以根據(jù)齒廓嚙合的基本定律(用圖解法或解析法)求出與其共軛的另一條齒廓曲線。因而，作共軛齒廓的曲線是很多的。生產(chǎn)實(shí)際中。結(jié)合設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用方面的諸多要求(如強(qiáng)度、效率、磨損、壽命、互換性)，通常選用的定傳動(dòng)比齒廓曲線有漸開線

48、、擺線和圓弧。由于漸開線齒廓具有制造容易、便于安裝、互換性好等多方面優(yōu)點(diǎn),所以目前大部分齒輪采用漸開線齒廓。41漸開線的形成原理 如下圖所示，任一直線BK沿基圓的圓周作純滾動(dòng)時(shí)，直線上任意一點(diǎn)K的軌跡AK稱為該圓的漸開線。其中， rb為為基圓半徑，k是漸開線上K點(diǎn)的展角 ，rK是漸開線上K點(diǎn)的向徑，K為漸開線K點(diǎn)的壓力角。圖4-1，漸開線形成圖 漸開線的性質(zhì)為：(1)發(fā)生線沿基圓滾過的長(zhǎng)度等于基圓上被滾過的弧長(zhǎng),即直線BK與弧 AB的長(zhǎng)度相等；(2)當(dāng)發(fā)生線沿基圓作純滾動(dòng)時(shí),切點(diǎn)B為其速度瞬心, 因此KB必垂直于漸開線上K點(diǎn)的切線,即發(fā)生線為漸開線在K點(diǎn)的法線,漸開線上任一點(diǎn)的法線恒與基圓相切

49、； (3)發(fā)生線與基圓的切點(diǎn)B也是漸開線在K點(diǎn)處的曲率中心,線段BK是相應(yīng)的曲率半徑。漸開線離基圓愈遠(yuǎn)(rK愈大),曲率半徑愈大,漸開線越平直。K點(diǎn)在基圓上起點(diǎn)處的曲率半徑為零。 (4)漸開線的形狀取決于基圓的大小,即由不同大小的基圓所形成的漸開線,在相等展角處的曲率半徑的大小隨基圓半徑rb的增大而增大，當(dāng)基圓半徑為無窮大時(shí)，其漸開線AK將成為垂直于發(fā)生線NK的直線，故齒條的漸開線齒廓曲線為直線。 (5)基圓以無漸開線。 基于漸開線的上述性質(zhì)，用漸開線作為齒廓的齒輪有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 漸開線齒廓能滿足定傳動(dòng)比傳動(dòng)保證了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性； (2) 漸開線齒廓之間的正壓力方向不變有利于齒廓傳動(dòng)的

50、平穩(wěn)性； (3) 漸開線齒廓具有傳動(dòng)可分性對(duì)齒輪制造和安裝十分有利。42漸開線的數(shù)學(xué)模型 以上討論了漸開線的一些性質(zhì)，但在漸開線齒輪三維參數(shù)化造型的過程中，還需要進(jìn)一步知道輪齒漸開線齒形的各點(diǎn)坐標(biāo)值。 由圖4-1，根據(jù)漸開線的性質(zhì)，可得 連立上述兩式即得漸開線的極坐標(biāo)參數(shù)方程式： 在UG里畫漸開線時(shí)，使用的是直角坐標(biāo)系，因此，我們應(yīng)把漸開線方程轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)系的形式。轉(zhuǎn)化后公式為：其中43 漸開線齒廓的繪制使用UG畫漸開線過采用表達(dá)式生成法。UG的表達(dá)式是算術(shù)或條件語句，它可以用來控制同一個(gè)零件上的不同特征間的關(guān)系。利用UG的表達(dá)式并利用漸開線方程的計(jì)算公式，建立表達(dá)式生成漸開線曲線。具體過程

51、如下：(1)、新建一個(gè)部件，進(jìn)入建模模塊，在表達(dá)式窗口中添加下列表達(dá)式：m=5； / 模數(shù)z=19； / 齒數(shù)a=20； / 壓力角h=1； / 齒頂高系數(shù)c=0.25； / 頂隙系數(shù)B=9； / 齒輪厚度d=m*z； / 分度圓直徑db=m*z*cos(a)； / 基圓直徑da=(z+2)*m； / 齒頂圓直徑df=(z-2.5)*m； / 齒根圓直徑t=1； / 系統(tǒng)參數(shù)al=45*t； / 角變量xt=0.5*db*cos(al)+(al*pi()/360)*db*sin(al)； / 漸開線在x方向的參數(shù)方程yt=0.5*db*sin(al)-(al*pi()/360)*db*cos(

52、al)； / 漸開線在y方向的參數(shù)方程zt=0； / 漸開線在y方向的參數(shù)方程 (2)選擇“插入曲線規(guī)律曲線”菜單或單擊曲線工具欄中的“規(guī)律曲線”按鈕，出現(xiàn)“規(guī)律函數(shù)”對(duì)話框，選擇其中的“根據(jù)方程”選擇按鈕并確定，如下圖所示14。圖4-2選擇規(guī)律曲線方式(3)以t為系統(tǒng)參數(shù)定義x軸、y軸、z軸的參數(shù)并依據(jù)方程xt、yt、zt的值，選擇原點(diǎn)為基圓的圓心，繪制出如下漸開線。如下圖所示。圖4-3 漸開線第五章 直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)51 數(shù)學(xué)模型直齒圓柱齒輪的端面齒廓(垂直于軸線的剖面中的齒形)是漸開線齒廓。直齒輪的輪齒方向(齒向)與其軸線是平行的，如果在垂直于軸線作無數(shù)的剖面，則這些剖面與直齒相

53、交，得到無數(shù)薄片的輪齒，其齒形都是漸開線，而且形成過程完全一樣，因此具有一樣的形狀。這些無數(shù)薄片輪齒的漸開線齒形沿著軸線排列所組成的齒面稱作漸開線齒面。直齒輪的漸開線齒面常稱為漸開面。漸開線直齒圓柱齒輪是漸開線齒輪中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的齒輪，實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒輪的參數(shù)化精確建模是實(shí)現(xiàn)其他齒輪建模的基礎(chǔ)。 漸開線直齒圓柱齒輪的重要的基本參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)z、分度圓壓力角、齒頂高系數(shù)h*、頂隙系數(shù)c*。另外齒輪齒寬B也是齒輪的一個(gè)重要參數(shù)。現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹齒輪各基本參數(shù)與對(duì)其他尺寸的影響。模數(shù) 齒輪分度圓圓周長(zhǎng)為,則 式中含有無理數(shù)，為了計(jì)算方便，人們?nèi)藶榈貙⒈戎祊/取為一有理數(shù)列，并稱該比值為模數(shù)，用m 表示，

54、單位為mm。為了設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與使用方便，齒輪的模數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。齒數(shù)一樣的齒輪，模數(shù)愈大，尺寸就越大。（2）分度圓壓力角 有漸開線的形成原理 ，對(duì)于同一漸開線齒廓，不同圓周上的壓力角是不同的，基圓上的壓力角為零，離基圓越遠(yuǎn)的圓，半徑越大，該圓上的壓力角也越大。模數(shù)和齒數(shù)一樣的齒輪，分度圓大小一樣，但其壓力角可以不同，基圓大小也隨之不同，則漸開線齒廓也就不同。因此壓力角是決定漸開線齒廓形狀的一個(gè)基本參數(shù)。為了設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與使用的方便，GB1356-88規(guī)定分度圓壓力角的標(biāo)準(zhǔn)值為20，在某些場(chǎng)合也用14.5、15、22.5、25等齒輪。（3）齒數(shù)z 齒輪的大小和漸開線齒廓的形狀均與齒數(shù)有關(guān)。

55、（4）齒頂高系數(shù)h*、頂隙系數(shù)c* 齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)決定齒頂高和齒根高的尺寸。GB1356-88規(guī)定其標(biāo)準(zhǔn)值為h*=1 c*=0.25,有時(shí)也采用非標(biāo)準(zhǔn)的短齒h*=0.8,c*=0.315。 直齒齒輪的其他參數(shù)還有分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df、基圓直徑db和變位系數(shù)x，各參數(shù)間的關(guān)系如下：直齒圓柱齒輪的幾何特征相對(duì)簡(jiǎn)單，其中的參數(shù)化建模重點(diǎn)與難點(diǎn)應(yīng)該在端面漸開線輪齒齒廓的參數(shù)化創(chuàng)建，漸開線齒廓的的形狀取決于基圓的大小，而基圓的大小取決于齒輪的齒數(shù)z、模數(shù)m、和壓力角。這三個(gè)參數(shù)一經(jīng)確定，漸開線齒廓的形狀也隨之確定。52 直齒輪三維建模 直齒圓柱齒輪的的建模，其重點(diǎn)和難點(diǎn)是漸

56、開線齒廓的繪制，在解決了漸開線的繪制之后，建立齒輪模型就較簡(jiǎn)單了。常用的建立齒輪模型的方法有以下兩種方法： 方法一：畫出漸開線和各個(gè)圓，鏡像漸開線，將多余的線剪去，留下一個(gè)輪齒的輪廓曲線，輪齒的兩邊都留半個(gè)齒根曲線。所剩下的曲線的圓心角等于一個(gè)齒距所對(duì)應(yīng)的圓心角。將該曲線按齒數(shù)環(huán)行陣列，即為一個(gè)齒輪的外輪廓線，拉伸該輪廓線，即得到一個(gè)齒輪。 方法二：畫出漸開線、各個(gè)圓、齒輪毛坯，鏡像漸開線，將多余的線剪去，留下一個(gè)齒槽輪廓曲線。將齒槽輪廓線拉伸成實(shí)體，用齒坯與生成的齒槽實(shí)體做差，在齒坯中就切出了一個(gè)齒槽。環(huán)行陣列z個(gè)齒槽特征，就得到一個(gè)齒輪。 上述兩種方法都能畫出齒輪實(shí)體，但用這兩種方法很難使

57、齒輪參數(shù)化。方法一中用來做鏡像和修剪曲線的直線在變換后無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)話，此種方法只可用于畫單個(gè)齒輪或者用程序來畫齒輪實(shí)體。齒輪中的齒根圓和基圓的大小隨齒輪基本參數(shù)的變化而變化，有時(shí)齒根圓大于基圓，有時(shí)基圓大于齒根圓。基圓較大時(shí)，漸開線和齒根圓之間應(yīng)該有圓弧過渡；齒根圓較大時(shí)，應(yīng)把多余的那段漸開線剪去。因此，方法二只能實(shí)現(xiàn)與畫齒輪實(shí)體時(shí)的情況一樣時(shí)的齒輪的參數(shù)化。為了避免出現(xiàn)這個(gè)問題，在本課題中使用先畫出輪齒實(shí)體，并將輪齒底端的余量留的大些，然后將輪齒實(shí)體與齒根圓柱體做并操作。具體操作如下： （1） 建立漸開線齒廓曲線新建部件，在建模模塊下輸入相關(guān)的表達(dá)式，按前面介紹的方法畫出漸開線。選擇XOY為

58、基準(zhǔn)面作草圖，畫出齒頂圓、齒根圓和基圓，畫出一條直線，該直線與X軸所成的角為分度圓上半齒厚處的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線與正X方向的夾角。應(yīng)注意的是應(yīng)將該直線的端點(diǎn)固定約束在原點(diǎn)上。連接漸開線尾部和基圓上與漸開線同一側(cè)上任一點(diǎn)，再將該點(diǎn)與漸開線起始點(diǎn)連接。如下圖5-1所示：圖5-1 草圖建立的結(jié)果建立齒輪的基本齒形拉伸齒根圓建立齒根圓柱實(shí)體，拉伸高度為齒輪的齒寬。以原點(diǎn)為起點(diǎn)在Z軸建立一條直線，通過該直線與剛在草圖中作的與X軸成一定角度的連線做基準(zhǔn)平面1。將在草圖中作的與漸開線連接的兩條直線和漸開線連接起來，并以這三條線為輪廓拉伸實(shí)體，拉伸方向?yàn)閆軸負(fù)方向，拉伸厚度不定，只要把它拉伸成實(shí)體就可。繼續(xù)拉

59、伸，將剛拉伸的實(shí)體中靠近原點(diǎn)的一個(gè)面拉伸，拉伸厚度是db/2-df/2+0.5，將拉伸好的實(shí)體與原實(shí)體進(jìn)行合并。該步做法是為了在基圓大于齒根圓的情況下能使輪齒與齒根圓柱實(shí)體相交。以平面1為參考平面，修剪上述實(shí)體，留下漸開線起始點(diǎn)那一側(cè)。將修剪后的實(shí)體用平面1做鏡像，再將鏡像后的實(shí)體進(jìn)行合并。合并后就得到輪齒的基本齒形，如圖5-2所示：圖5-2 齒輪的基本齒形 接著做一個(gè)基準(zhǔn)平面2，該平面與XOY平面平行，且在Z軸正方向上與XOY平面的距離為齒寬的一半。以基準(zhǔn)平面2為參考平面鏡像齒輪的基本齒形。齒輪的建立以圖5-1中的右端點(diǎn)為起點(diǎn)，繪制一條與Z軸平行的直線，該直線作為被投影曲線。選擇齒根圓柱實(shí)體

60、作為投影面，生成投影曲線。然后利用生成的投影曲線為引導(dǎo)線，建立齒輪的一個(gè)基本齒形。對(duì)該齒形和齒根圓柱實(shí)體進(jìn)行求和特征操作，然后進(jìn)行環(huán)行陣列，最后利用拉伸齒頂圓進(jìn)行修剪即得到一個(gè)齒輪。第六章 斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)在生產(chǎn)中廣泛用到斜齒輪，雖然使用斜齒輪傳遞動(dòng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，但與直齒輪相比，有明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）嚙合性能好：斜齒圓柱齒輪輪齒之間是一種逐漸嚙合過程，輪齒上的受力也是逐漸由小到大，再由大到?。灰虼诵饼X輪嚙合較為平穩(wěn)，沖擊和噪聲小，適用于高速、大功率傳動(dòng)。（2）重合度大：在同等條件下，斜齒輪的嚙合過程比直齒輪長(zhǎng)，即重合度較大，這就降低了每對(duì)齒輪的載荷，從而提高了齒輪的承載能力，延長(zhǎng)了齒輪的使