基于UG的齿轮参数化建模系统.pdf

第 34 卷 第 3 期2008 年 6 月东 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )J F N (U 3J 2008文 章 编 号 : 1671 - 0444(2008)03 - 0326 - 06基 于 U G 的 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 3余 志 林(上 海 大 学 计 算 中 心 ,上 海 200444)摘 要 : 使 用 U 数 化 建 模 功 能 创 建 圆 柱 直 齿 轮 模 型 ,然 后 利 用 U G/ 用 程 序 二 次 开 发 技 术 ,设 计 单 和 话 框 及 其 控 制 程 序 ,组 成 了 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 下 ,用 户 可 选 择 齿 轮 的 结 构 类型 菜 单 项 ,在 用 户 对 话 框 中 输 入 齿 轮 的 设 计 参 数 和 结 构 参 数 后 ,系 统 将 自 动 生 成 完 全 符 合 用 户 设 计 要 求 的 齿 轮 模 型 词 : U G;圆 柱 直 齿 轮 ;渐 开 线 ; 单 ;U 话 框中 图 分 类 号 : T H 128 文 献 标 志 码 : AP a r a m e t e r i z e d M o d e l i n g S y s t e m o f G e a r B a s e d o n U 00444 , U f is to t he sp ur t t he G / PI is to t U t t he of be t he he in h t he t he ut in U G;sp ur U 械 设 计 中 ,齿 轮 的 精 确 建 模 具 有 一 定 的 难度 ,主 要 是 齿 廓 曲 线 的 精 确 创 建 用 一 般 件实 现 比 较 复 杂 . 由 于 U G 软 件 是 大 型 ,它 具 有 很 强 的 建 模 功 能 和 二 次 开 发 功 能 ,因此 可 以 借 助 U 律 曲 线 创 建 功 能 ,生 成 渐 开 线齿 廓 曲 线 ,再 使 用 U 建 模 功 能 创 建 参 数 化 圆柱 直 齿 轮 模 型 ,实 现 齿 轮 的 精 确 建 模 . 为 了 减 少 设计 工 作 量 ,提 高 建 模 效 率 ,文 中 采 用 了 三 维 模 型 与程 序 控 制 相 结 合 的 方 法 ,在 U 互 环 境 下 预 先创 建 三 维 参 数 化 圆 柱 直 齿 轮 样 板 模 型 ,然 后 利 用U G / 用 程 序 二 次 开 发 技 术 编 写 菜 单 和用 户 对 话 框 控 制 程 序 ,组 成 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 运 行 时 ,通 过 控 制 程 序 读 入 用 户 对 话 框 中 输 入的 新 参 数 ,实 时 修 改 和 更 新 齿 轮 模 型 ,完 全 满 足 了齿 轮 设 计 和 精 确 建 模 的 要 求 创 建 标 准 圆 柱 直 齿 轮 参 数 化 样板 模 型常 见 的 标 准 圆 柱 直 齿 齿 轮 结 构 有 型 两种 ,如 图 1所 示 构 比 较 简 单 , 构 则 比较 复 杂 ,其 参 数 化 建 模 可 以 按 以 下 步 骤 进 行 收 稿 日 期 : 2008 - 01 - 28作 者 简 介 : 余 志 林 (1954 ) ,男 ,浙 江 慈 溪 人 ,副 教 授 ,硕 士 ,研 究 方 向 为 工 程 图 学 及 应 用 . 期 余 志 林 : 基 于 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 327图 1 圆 柱 直 齿 齿 轮 结 构 类 型1 of 1 输 入 齿 轮 参 数 表 达 式在 U G 系 统 块 环 境 下 ,使 用 表 达式 功 能 1选 择 单 的 ,在 弹 出的 话 框 中 输 入 表 1 中 的 齿 轮 参 数 轮 的 建 模 参 数 与 表 达 式 of 名 称 参 数 符 号 参 数 初 值 或 表 达 式 参 数 类 型模 数 m 3 z 18 角 20 直 径 db m 3 z 圆 直 径 d m 3 z 圆 直 径 da d + 2 3 圆 直 径 df d - 2 3 高 ha m 高 . 25 3 m t 1 圆 心 角 0 /z 线 xt 2 + 2 线 yt 2 - 2 结 构 参 数 略 略 2 创 建 齿 廓 渐 开 线选 择 单 项 ,再 单 击 话 框 中 的 (按 钮 ,然 后 依 次 确 定 t , x t , y t 初 始 值 和 表 达 式 ; z t 初 始 值为 0 ,通 过 单 击 对 话 框 中 的 ( 按 钮 后 输入 . 由 此 创 建 的 渐 开 线 齿 廓 曲 线 如 图 2 所 示 3 创 建 齿 轮 牙 齿进 入 x y 水 平 草 图 ,过 圆 心 O 作 直 线 1 和 2 ,令 1 过 圆 心 O 作 直 线 3 ,其 端 点 与 渐 开 线起 点 相 连 ,标 注 角 度 再 作 齿 顶 圆 、 齿 根 圆 、 分度 圆 和 基 圆 ,并 标 注 必 要 的 尺 寸 (见 图 2) 菜 单 项 ,弹 出 话 框 ,在 拉 列 表 中 选 择 ,然 后 依 次 点 选 待 裁 剪 的 线 段 和 裁 剪 边 ,修 剪 出 半 个牙 齿 轮 廓 (图 3) 渐 开 线 齿 廓 曲 线2 In se De si g n t u r u 单 项 ,点 选 牙 齿 形 状 ,输 入 高 度 值 B (齿 宽 参 数 ) ,拉 伸 出 半个 牙 齿 立 体 In se r t | Da t u m / Da t u m 单项 ,在 弹 出 的 u m 话 框 中 单 击 ( A tA n 按 钮 ,点 选 x y 基 准 面 ,再 点 选 直 线 1 ,即 可 创建 过 直 线 1 ,垂 直 于 x y 平 面 的 新 的 基 准 面 In se A s so op y| a 单 项 ,单 击 Mi r ro r Bo d y 按 钮 ,点 选 牙 齿 ,再 点 选 基 准 面 ,即 可 创 建 对 称 于 新 基 准 面 的 另 半 个 牙 齿 ,从 而 构 成全 齿 (图 4) 半 个 牙 齿 轮 廓3 全 齿4 一 个 x y 草 图 ,作 齿 根 圆 ,并 拉 伸 成 圆 柱 体 ,高度 为 B (齿 宽 参 数 ) . 选 择 Co U 项 ,将 牙 齿 与 齿 根 圆 柱 体 作 并 运 算 建 一 个 x y 草 图 ,作 齿 顶 圆 ,然 后 拉 伸 成 齿顶 圆 柱 体 ,高 度 为 B ( 齿 宽 参 数 ) ,用 mf e r 命 令对 两 端 顶 圆 倒 角 ,倒 角 量 可 以 用 达 式 根 据 分 度圆 直 径 d 确 定 In se A s so op y| a 单 项 ,单 击 Ci rc r A r ra y 按 钮 , 点 选 牙 齿 , 单 击 O K 按钮 ,依 次 输 入 阵 列 数 量 z 、 阵 列 角 度 360 /z ,单 击 O . 单 击 u m A xi s 按 钮 ,点 选 旋 转 轴 z ,单 击A p p l y 按 钮 ,创 建 出 全 部 牙 齿 4 创 建 齿 轮 的 其 他 结 构选 择 单 项 创 建328 东 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 34 卷齿 轮 两 端 的 环 形 凹 槽 , 形 状 大 小 由 相 关 的 结 构 参 数表 达 式 决 定 I n se r t | D e si g n F e a t u r e | B o s s 菜 单 项 创 建齿 轮 两 端 凸 台 ,形 状 大 小 由 相 关 参 数 表 达 式 决 定 I n se r t | D e t e a t u r e | E d g e d Bl e n d 菜 单项 创 建 两 端 环 形 凹 槽 底 部 的 圆 角 , 形 状 大 小 由 相 关的 参 数 表 达 式 决 定 x y 草 图 , 作 圆 孔 键 槽 形 状 , 并 标 注 槽 宽 、槽 深 和 孔 直 径 参 数 化 尺 寸 . 用 E x t r u d e 命 令 拉 伸 成立 体 ,再 与 齿 轮 作 “ 减 ( S u b t r a 令 ) ” 操 作 ,产 生 齿轮 孔 槽 I n se r t | D e si g n F e a t u r e | H o l e 菜 单 项 创 建两 端 环 形 凹 槽 底 的 圆 孔 , 大 小 由 相 关 的 参 数 表 达 式决 定 . 再 用 Ci r c ul a r A r r a y 命 令 阵 列 6 个 圆 孔 I n se r t | D e t e a t u r e | C h a mf e r 菜 单 项 创建 键 槽 孔 两 端 倒 角 ,大 小 由 相 关 参 数 表 达 式 决 定 建 完 成 的 参 数 化 齿 轮 模 型 作 为 样 板 模 型以 文 件 名 sp u r _ ge a r _ a . p r t 存 盘 设 计 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 的 功 能 是 通 过 选 择 下 拉菜 单 的 齿 轮 结 构 类 型 菜 单 项 (图 5) ,弹 出 用 户 交 互式 对 话 框 (图 6) ,在 对 话 框 中 直 接 修 改 齿 轮 的 设 计参 数 和 结 构 参 数 ,并 在 对 话 框 的 列 表 区 中 根 据 轴 径确 定 键 槽 的 标 准 参 数 后 ,按 ,系统 自 动 修 改 相 关 表 达 式 参 数 值 ,生 成 符 合 设 计 要 求的 构 圆 柱 直 齿 轮 模 型 菜 单 界 面5 用 户 交 互 式 对 话 框6 齿 轮 建 模 系 统 的 关 键 是 使 用 U G /Op e I 应 用 程 序 二 次 开 发 技 术 2 ,确 定 用 户 交 互 式 对话 框 的 布 局 与 形 式 ,编 写 相 应 的 菜 单 程 序 及 对 话 框控 制 程 序 1 编 写 菜 单 文 件用 记 事 本 创 建 名 为 菜单 程 序 如 下 ,由 此 而 创 建 的 菜 单 如 图 5 所 示 20 A _B L 圆 柱 齿 轮 三 维 参 数 化 设 计A _ L A 型 结 构 圆 柱 直 齿 轮 . . _ _ _L B 型 结 构 圆 柱 直 齿 轮 . . _ 2. 2 设 计 用 户 对 话 框 与 编 写 相 应 的 控 制 程 序2. 2. 1 设 计 用 户 对 话 框启 动 U G N X 4. 0 系 统 ,单 击 钮 ,选 择 U 单 项 ,进入 U G / 用 户 对 话 框 设 计 ) 模 式 ,弹出 话 框(图 7) . 在 项 卡 中 设 置 用 户 对 话 框 标 题名 ,在 项 卡 设 置 用 户 对 话 框 中 的 3 个按 钮 O K ,其 参 数 如 图 8 所 示 话 框7 期 余 志 林 : 基 于 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 329图 8 项 卡8 X Op e n U se r e rf t r 对 话 框 中 使用 工 具 栏 的 控 件 功 能 ,设 计 出 用 户 对 话 框 中 参 数 输入 的 形 式 (图 9) 话 框9 X P R O _D E S I _ M 模 数 m 件 是 用 于 控 制 用 户 对 话 框 中 的 参 数 m ( 模 数 ) ,具 体可 以 在 图 10 对 话 框 的 A t t ri b s 选 项 卡 中 设 置 ,还 可 以 在 A t t ac h me nt s 选 项 卡 中 确 定 参 数 框 在 用 户 对 话 框 中 的 位 置 ( 图 11 ) . 使 用 同 样 的图 10 模 数 的 设 置10 ,使 用 控 件 设 置 其 他 参 数 的 输 入 形 式 . 用 户 对话 框 设 计 完 成 后 , 其 结 果 保 存 为 用 户 对 话 框 文 件sp u r_ r _ a . dl g ,然 后 选 择 t r 菜 单项 ,退 出 U G /Op e n U r 模 式 1 模 数 输 入 框 位 置 设 置11 m 2. 2 编 写 相 应 的 控 制 程 序(1) 创 建 应 用 程 序 框 架 . 如 果 在 t 录下 已 存 在 工 程 向 导 文 件 帮 助文 件 则 可 以 在 + 环 境 下 开发 U 程 序 中 文 + 6. 0 选 择 “ 文 件 | 新 建 ” 菜 单项 在 弹 出 的 对 话 框 中 选 择 “ 工 程 ” 选 项 卡 ,在 列 表区 中 选 择 U X 1 (U 向 导 )项 ,在 “ 工 程 ” 编 辑 框 输 入 工 程 名 sp 在 “ C 位 置 ” 项 点 按 钮 ,选 择 保 存 工 程 文 件 的 路径 ,在 “ P 平 台 ” 区 勾 选 项 单 击 “ 确 定 ” 按钮 在 弹 出 的 对 话 框 中 选 择 An t be 内 部 运 行 模 式 ,可 生 成 件 ) 单 选 项 ,选 择 “ C” 单 选 项 (产 生 的 源 代 码 为 C 语言 ) 单 击 “ 下 一 个 ” 按 钮 勾 选 uf (用 uf 数 为 入 口 函 数 ) 选 择 t he 当 应 用 程 序 结 束时 ,自 动 卸 载 ) 单 选 项 单 击 “ 完 成 ” 按 钮 单 击 “ 确定 ” 按 钮 ,自 动 创 建 sp h 和 sp c 应 用 程 序 框 架 文 件 .将 sp h 和 sp 为 sp a _ h 和 sp a _c ,再 修 改 sp c 中 的 包 含 文件 为 .(2) 修 改 主 程 序 . 编 辑 主 程 序 sp c ,添 加 uf 口 函 数 uf . 该 函 数 用 于 判 别 用 户 在 U 开 的 齿 轮 样 板模 型 是 否 为 指 定 的 模 型 ,若 不 是 指 定 模 型 则 显 示330 东 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 34 卷“ 当 前 显 示 模 型 不 是 齿 轮 部 件 sp u r _ ge a r _ a . p r t , 不能 进 行 参 数 化 设 计 ” 的 信 息 . 但 如 果 打 开 的 齿 轮 样板 模 型 正 确 , 则 装 载 对 话 框 文 件 sp u r _ ge a r _ a . dl g ,并 弹 出 用 户 对 话 框 ( 图 6 ) .( 3 ) 编 写 用 户 对 话 框 控 制 程 序 . 打 开 程 序 sp u r _ge a r _ a _ di g . c , 将 回 调 函 数 e x t e r n i n tL a u nc h P r o D e si g n Di g ( i n t 3 r e sp o n 中 调 用 对话 框 的 命 令 修 改 为 : e r r o r _ co U F _ S T R _ c r e a t e _ di g( sp u r _ ge a r _ a . dl g ,P R O _ D E S I G _ c b s , / 3 b a c k s f r o g 3 /P R O _ D E S I G _ C O U N T , / 3 n u m b e r b a c k s 3 /N U L L , / 3 T hi s i s yo u r e n t d a t a 3 /r e sp o n ) ! = 0 )( 4 ) 编 写 获 取 齿 轮 相 关 参 数 表 达 式 值 的 程 序 文 件 sp u r _ ge a r _ a _ di g . c ,修 改 获 取 齿 轮 相 关参 数 表 达 式 值 的 构 造 函 数 为 :i n t P R O _ D E S I G_ co n st r u f u n ( i n t di d ,d 3 e n t _ d a t a ,U F _ S T R _ i t e m _ u e _ t yp e _ p _ tc b a c k _ d a t a ) do u bl e u e ;c h a r p r o m p t 2 5 6 ;U F _ S T R _i t e m _ u e _ t yp e _ t da t a ; U F _i ni t i ) ! = 0 )ur n ( U O N T O G ) ;da t a . i t e m _ a t t r = U F _ S T R _ V A L U E ;/ 3 获 取 模 数 M 参 数 3 /da t a . i t e m _i d = P R O _ D E S I E A L _ M ;U O e M , &a . ;U F _ S T R _ se t _ u e ( di g _i d , & da t a ) ;da t a . i t e m _ a t t r = U F _ S T R _ V A L U E ; U F _ t e r mi n a t e ( ) ;( 5 ) 编 写 用 户 对 话 框 “ A p p l y” 按 钮 回 调 函 数 . 用户 对 话 框 “ A p p l y” 按 钮 回 调 函 数 , 用 于 获 取 用 户 在用 户 对 话 框 中 输 入 的 参 数 , 修 改 表 达 式 , 更 新 齿 轮 .在 sp u r _ g e a r _ a _ di g . c 文 件 中 编 写 函 数 :i n t P R O _ D E S I G_ a p p l y _f u n ( i n t di g _i d ,d 3 e n t _ d a t a ,U F _ S T R _i t e m _ u e _ t yp e _p _ t c b a c k _ d a t a ) U F _ S T R _i t e m _ u e _ t yp e _ t d a t a ;do u bl e u e ;c h a r p r o m p t 2 5 6 ; U F _i ni t i ) ! = 0 )ur n ( U O N T O G ) ;a . it e t r = U T A L U E ;/ 3 获 取 对 话 框 中 输 入 的 模 数 M 参 数 值 3 /da t a . i t e m _i d = P R O _ D E S I E A L _ M ;F _ S T R _ a s k _ u e ( di g _ i d ,& da t a ) ;P R O _ D E N _e e M ,a . ;a . it e t r = U T A L U E ; U F _ t e r mi n a t e ( ) ;r e t u r n ( U F _ U B _ C O N T I N U I A L O G) ;在 P R O _ D E S I G_ a p p l y _f u n 函 数 中 调 用 了 获 取相 关 控 件 值 的 函 数 U F _ S T R _ a s k _ u e ( ) , 还调 用 了 P R O _ D E S I G N _ e di t _ e ) 函 数 , 借 助 它 并根 据 用 户 输 入 的 参 数 值 修 改 齿 轮 模 型 的 参 数 表 达式 . 该 函 数 为 :i n t P R O _ D E S I G N _ e di t _ e x p ( c h a r 3 di m _ n a m e ,do u bl e di m _ u e ) c h a r e 2 5 6 ,t e m p 5 0 ;i n t e r r ;st r cp y ( e di m _ n a m e ) ;st r c a t ( e x p , = ) ;sp ri n t e m p , % . 5f ,di m _ u e ) ;st r c a t ( e x p ,t e m p ) ;e r r = U F _ M O D L _ e di t _ e x p ( e ;r e t u r n e r r ;用 户 对 话 框 中 的 “ O K” 按 钮 函 数 , 除 了 在 函 数尾 部 增 加 U F _ M O D L _ up da t e ( ) 函 数 ( 更 新 齿 轮 模型 ) 外 ,与 “ A p p l y” 按 钮 回 调 函 数 代 码 基 本 相 似 3 构 建 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统2. 3. 1 设 置 + 环 境选 择 “ 工 程 | 设 置 ” 菜 单 项 , 弹 出 对 话 框 ,切 换 到 “ C /C + + ” 选 项 卡 ,选 择“ ” 下 拉 列 表 项 加 头 文 件 ) . 再切 换 到 “ 选 项 卡 ,选 择 “ Y 分 类 ” 下 拉 列 表 项其 他 选 项 取 默 认 设 置 ,单 击 “ 确 定 ” 按 钮 3. 2 加 入 工 程选 择 “ 工 程 | 添 加 工 程 | 菜 单 项 ,依 次 加 入 文件 c 和 期 余 志 林 : 基 于 齿 轮 参 数 化 建 模 系 统 3312. 3. 3 加 入 目 录 路 径选 择 “ 工 具 | 选 择 ” 菜 单 项 ,在 弹 出 的 对 话 框中 选 择 “ 目 录 ” 选 项 卡 ,然 后 单 击 “ 新 建 ” 按 钮 ,再 单 击 按 钮 ,选 择 包 含 文 件 和 库 文 件 路 径 以及 C : U N 0 U 录 路 径 3. 4 保 存 工 程 文 件选 择 “ 文 件 | 全 部 保 存 ” 菜 单 项 3. 5 编 译 程 序 生 成 动 态 库 文 件 与 连 接 文 件选 择 “ 编 译 | 编 译 ” 菜 单 项 ,编 译 sp c 文 件 ;选 择 “ 编 译 | 构 件 ” 菜 单 项 ,编 译 sp 件 3. 6 编 写 用 于 修 改 齿 轮 路 径 的 批 处 理 文 件编 写 批 处 理 文 件 内 容 为 % c : N 0 U 将 此文 件 放 于 桌 面 ,当