基于UG的斜齿轮参数化精确建模研究设计.doc

论文题目：基于UG的斜齿轮参数化精确建模研究学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机电技术教育导师姓名：完成时间：摘要传统的造型方法都只是几何要素的简单堆叠，仅描述了产品的几何形状，而不具备由于几何尺寸变化而使图形变换的尺寸驱动功能。这样一来，哪怕是要改变复杂模型的一个尺寸，也需要擦掉原有图形，重新构建一个新的图形，这种简单的重复工作严重影响设计效率。能否建立起图形几何尺寸与几何数据的关联，通过更改数据实现几何模型的变化呢？这就是参数化设计！UG作为新一代的三维造型系统具有先进的参数化设计功能，本文主要分析了在UG下渐开线生成的方法及斜齿轮参数化建模的过程，在UG下建立了斜齿轮的基本结构模型，并且斜齿轮模型的基本尺寸参数都通过表达式加以关联，实现了斜齿轮的参数化驱动，这样通过修改斜齿轮模型相应的基本结构参数就可以快速实现斜齿轮的三维建模。从而提高了建模速度、降低了造型难度、减少了重复性的劳动、节约了时间、提高了设计效率。关键词:UG,参数化设计,表达式,斜齿轮,渐开线TheParameterizationDesignofHelicalgearBasedonUGAbstractTraditionalmodelmethodsareallonlythepilingpilebrieflyofkeyelementsofgeometric.Theyonlydescribethegeometricformoftheproducts,buttheycantpossessthepromotingfunctionofchangingthefiguredependsonthevarietiesofgeometricsize.Inthiscase,evenchangingassizeofthecomplicatedmodel,itneedstowipeofftheoriginalfigure,andconstructanewfigureagain.Suchsimplerepeatedwokinfluencestheefficiencyofdestgningseriously.Whethercanitsetuprelationshipbetweenthegeometricsizeofthefigureandgeometricdataandgeometricdataandsealizethechangeofthegeometricmodelthroughchangingthedata?Thisisthedesignofparameter!UGhasadvancedfunctionofdesigningbyparameterastri-dimensionalmodelsystemofnewgeneration.Thepapermainlyanalysisthemethodofinvolutesgenerationandthebuildingcourseofthehelicalhelicalgearparametricdesign,andthebasicsizeparameterofhelicalgearmodelislinkedwitheachotherthroughexpression,thedriveofthehelicalgearparametercanbeachieved,thehelicalgearfastthree-dimensionalbuildmouldcanrealizedthroughmodifyingthebasicstructuralparameterofcorrespondinghelicalgearmodel.Itrisespeedofbuildingmould,reducemodelingdifficultyandtherepeatabilitylabors,savetime,raisedesignefficiency.Keywords:UG，Parametricdesign，Expression，helicalgear，I目录1绪论.12UG的参数化设计概念.13斜齿轮参数化设计过程.23.1渐开线的形成原理.23.242齿以下斜齿轮的绘制.33.2.1斜齿轮基本曲线的轮廓绘制.33.2.2渐开线表达式建立与生成.53.2.3齿廓的生成.63.2.4单个轮齿的生成.73.2.5齿轮生成.93.341齿以上斜齿轮绘制.103.3.1斜齿轮基本曲线的轮廓绘制.103.3.2渐开线表达式建立与生成.123.3.3齿廓的生成.143.3.4单个轮齿的生成.153.3.5齿轮生成.164结束语.17谢辞.18参考文献.181绪论齿轮传动机构是在各种机械传动形式中应用最多的一种传动机构，它广泛应用于各种机器的传动装置中，齿轮又是齿轮传动机构中的核心零件,所以齿轮在机械传动中的作用非常重要。近年来随着运用计算机进行机械运动仿真和对齿轮机构进行准确有效分析的需要,齿轮的精确建模也显得极其重要。由于齿轮轮廓不是标准曲线,工程设计人员在齿轮的精确建模和设计制造中会涉及到曲线公式坐标旋转等较为复杂的问题,而且在工程设计中经常需要对齿轮进行造型，大多数三维建模系统都不能直接、快速、高效、精确的生成齿轮的三维模型，因此齿轮的三维建模过程比较困难。所以齿轮的参数化设计显得非常重要。所谓参数化就是对零件上各个特征施加各种约束，各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示，如定义某个特征变量的参数发生了改变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸的大小将随参数的改变而改变1。目前有许多三维造型软件如UG、Pro/E、SolidWorks等，本文是基于UG下对齿轮进行参数化设计，是用表达式生成方法即用尺寸来驱动图形，UG的表达式是算术或条件语句，它可以用来控制同一零件上的不同特征间的关系。利用UG表达式并利用渐开线方程和与齿轮几何尺寸相关的计算公式，建立表达式生成渐开线曲线及其它相关联的曲线，并通过特征操作实现齿轮的参数化设计。2UG的参数化设计概念UG（Unigraphics）是美国EDS公司开发的CAD/CAM/CAE系统，是当前国际流行的工业设计平台。它在全球已经拥有众多用户，广泛应用于机械、汽车、飞机、电器、化工等各个行业的产品设计、制造与分析。作为一款实用的工业设计软件包，UG为用户提供了强大的复合建模手段，包括实体建模、自由曲面建模、特征建模、装配建模等基本建模功能。同时，它的表达式功能也十分强大，为用户提供了包括算术表达式（ArithmeticExpressions）、条件表达式（ConditionalExpressions）、几何表达式（GeometricExpressions）等3种表达式。表达式对于参数化建模是很有用的，因为它可以用来控制部件各个特征间的联系，也能够用来生成规律曲线（LawCurves）。本文正是基于UG的实体建模模块对直齿齿轮进行三维模型建立的，同时齿廓线的生成通过使用算术表达式来实现。参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征,以一组参数来控制设计结果,从而能通过变换一组参数值,方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点,确定模型的主参数以及各尺寸间的数学关系,将这种关系输入程序中,进而在零件设计时只需输入几个参数即可生成所要求的模型。尺寸驱动是对程序驱动的扩展,它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图,该图的尺寸有一系列的尺寸标识,这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入,从而生成用户的模型。参数化设计的优点有:参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计、产品建模和修改系列产品设计提供了有效的手段；参数化设计可以满足设计具有相同或相近几何拓扑结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要2。数化设计是一种把设计意图融入计算机辅助设计模型的强大工具，利用多组参数驱动零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三维建模，从而为设计人员减少了大量重复、繁琐、复杂的设计过程，大大提高了设计效率和设计精度。3斜齿轮参数化设计过程在渐开线标准斜齿轮中，有三种情况需要讨论，当齿数为41.45时，齿轮的齿根圆直径fd等于基圆直径bd（见图1所示），这种情况在理论上存在，但是在实际生产中不存在，所以不做讨论；当齿数在42个齿以下时，齿轮的齿根圆直径fd大于基圆直径bd；当齿数在41个齿以上时，齿轮的齿根圆直径fd小于基圆直径bd。在这种情况下，对齿轮的建模应分为两种情况讨论。图1齿根圆直径和基圆直径重合的情况3.1渐开线的形成原理根据机械原理中的知识，我们可以得出（1）渐开线的极坐标参数方程式：/coskbrrtan（1）其中，kr渐开线上任意点的向径；br基圆半径；k压力角；k渐开线AK段的展角(如图1所示)图1渐开线形成原理在UG中，我们要使用直角坐标函数，所以必须要将渐开线的极坐标参数方程转化成直角坐标方程，其方程式为（2）:sin-()costbbxrurraduucos()sintbbyrurraduu（2）其中，u为渐开线的发生线所滚过的弧长对应的圆心角，即弧AB所对应的圆心角，u。其中arccos(/)brr3，tank3。因为本次斜齿轮设计中使用的三角函数较多，所以多采用角度,且直接变量只能在t=（01）之间变化。因此为了便于在UG中输入表达式,可利用UG中从0到1变化的变量t,建立参数表达式,从而使渐开线从齿根圆变化到齿顶圆,这样就为绘制一条渐开线做