基于UG的齒輪參數化建模系統(tǒng).pdf

第 34 卷 第 3 期2008 年 6 月東 華 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 )J F N (U 3J 2008文 章 編 號 : 1671 - 0444(2008)03 - 0326 - 06基 于 U G 的 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 3余 志 林(上 海 大 學 計 算 中 心 ,上 海 200444)摘 要 : 使 用 U 數 化 建 模 功 能 創(chuàng) 建 圓 柱 直 齒 輪 模 型 ,然 后 利 用 U G/ 用 程 序 二 次 開 發(fā) 技 術 ,設 計 單 和 話 框 及 其 控 制 程 序 ,組 成 了 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 下 ,用 戶 可 選 擇 齒 輪 的 結 構 類型 菜 單 項 ,在 用 戶 對 話 框 中 輸 入 齒 輪 的 設 計 參 數 和 結 構 參 數 后 ,系 統(tǒng) 將 自 動 生 成 完 全 符 合 用 戶 設 計 要 求 的 齒 輪 模 型 詞 : U G;圓 柱 直 齒 輪 ;漸 開 線 ; 單 ;U 話 框中 圖 分 類 號 : T H 128 文 獻 標 志 碼 : 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 設 計 中 ,齒 輪 的 精 確 建 模 具 有 一 定 的 難度 ,主 要 是 齒 廓 曲 線 的 精 確 創(chuàng) 建 用 一 般 件實 現(xiàn) 比 較 復 雜 . 由 于 U G 軟 件 是 大 型 ,它 具 有 很 強 的 建 模 功 能 和 二 次 開 發(fā) 功 能 ,因此 可 以 借 助 U 律 曲 線 創(chuàng) 建 功 能 ,生 成 漸 開 線齒 廓 曲 線 ,再 使 用 U 建 模 功 能 創(chuàng) 建 參 數 化 圓柱 直 齒 輪 模 型 ,實 現(xiàn) 齒 輪 的 精 確 建 模 . 為 了 減 少 設計 工 作 量 ,提 高 建 模 效 率 ,文 中 采 用 了 三 維 模 型 與程 序 控 制 相 結 合 的 方 法 ,在 U 互 環(huán) 境 下 預 先創(chuàng) 建 三 維 參 數 化 圓 柱 直 齒 輪 樣 板 模 型 ,然 后 利 用U G / 用 程 序 二 次 開 發(fā) 技 術 編 寫 菜 單 和用 戶 對 話 框 控 制 程 序 ,組 成 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 運 行 時 ,通 過 控 制 程 序 讀 入 用 戶 對 話 框 中 輸 入的 新 參 數 ,實 時 修 改 和 更 新 齒 輪 模 型 ,完 全 滿 足 了齒 輪 設 計 和 精 確 建 模 的 要 求 創(chuàng) 建 標 準 圓 柱 直 齒 輪 參 數 化 樣板 模 型常 見 的 標 準 圓 柱 直 齒 齒 輪 結 構 有 型 兩種 ,如 圖 1所 示 構 比 較 簡 單 , 構 則 比較 復 雜 ,其 參 數 化 建 模 可 以 按 以 下 步 驟 進 行 收 稿 日 期 : 2008 - 01 - 28作 者 簡 介 : 余 志 林 (1954 ) ,男 ,浙 江 慈 溪 人 ,副 教 授 ,碩 士 ,研 究 方 向 為 工 程 圖 學 及 應 用 . 期 余 志 林 : 基 于 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 327圖 1 圓 柱 直 齒 齒 輪 結 構 類 型1 of 1 輸 入 齒 輪 參 數 表 達 式在 U G 系 統(tǒng) 塊 環(huán) 境 下 ,使 用 表 達式 功 能 1選 擇 單 的 ,在 彈 出的 話 框 中 輸 入 表 1 中 的 齒 輪 參 數 輪 的 建 模 參 數 與 表 達 式 of 名 稱 參 數 符 號 參 數 初 值 或 表 達 式 參 數 類 型模 數 m 3 z 18 角 20 直 徑 db m 3 z 圓 直 徑 d m 3 z 圓 直 徑 da d + 2 3 圓 直 徑 df d - 2 3 高 ha m 高 . 25 3 m t 1 圓 心 角 0 /z 線 xt 2 + 2 線 yt 2 - 2 結 構 參 數 略 略 2 創(chuàng) 建 齒 廓 漸 開 線選 擇 單 項 ,再 單 擊 話 框 中 的 (按 鈕 ,然 后 依 次 確 定 t , x t , y t 初 始 值 和 表 達 式 ; z t 初 始 值為 0 ,通 過 單 擊 對 話 框 中 的 ( 按 鈕 后 輸入 . 由 此 創(chuàng) 建 的 漸 開 線 齒 廓 曲 線 如 圖 2 所 示 3 創(chuàng) 建 齒 輪 牙 齒進 入 x y 水 平 草 圖 ,過 圓 心 O 作 直 線 1 和 2 ,令 1 過 圓 心 O 作 直 線 3 ,其 端 點 與 漸 開 線起 點 相 連 ,標 注 角 度 再 作 齒 頂 圓 、 齒 根 圓 、 分度 圓 和 基 圓 ,并 標 注 必 要 的 尺 寸 (見 圖 2) 菜 單 項 ,彈 出 話 框 ,在 拉 列 表 中 選 擇 ,然 后 依 次 點 選 待 裁 剪 的 線 段 和 裁 剪 邊 ,修 剪 出 半 個牙 齒 輪 廓 (圖 3) 漸 開 線 齒 廓 曲 線2 In se De si g n t u r u 單 項 ,點 選 牙 齒 形 狀 ,輸 入 高 度 值 B (齒 寬 參 數 ) ,拉 伸 出 半個 牙 齒 立 體 In se r t | Da t u m / Da t u m 單項 ,在 彈 出 的 u m 話 框 中 單 擊 ( A tA n 按 鈕 ,點 選 x y 基 準 面 ,再 點 選 直 線 1 ,即 可 創(chuàng)建 過 直 線 1 ,垂 直 于 x y 平 面 的 新 的 基 準 面 In se A s so op y| a 單 項 ,單 擊 Mi r ro r Bo d y 按 鈕 ,點 選 牙 齒 ,再 點 選 基 準 面 ,即 可 創(chuàng) 建 對 稱 于 新 基 準 面 的 另 半 個 牙 齒 ,從 而 構 成全 齒 (圖 4) 半 個 牙 齒 輪 廓3 全 齒4 一 個 x y 草 圖 ,作 齒 根 圓 ,并 拉 伸 成 圓 柱 體 ,高度 為 B (齒 寬 參 數 ) . 選 擇 Co U 項 ,將 牙 齒 與 齒 根 圓 柱 體 作 并 運 算 建 一 個 x y 草 圖 ,作 齒 頂 圓 ,然 后 拉 伸 成 齒頂 圓 柱 體 ,高 度 為 B ( 齒 寬 參 數 ) ,用 mf e r 命 令對 兩 端 頂 圓 倒 角 ,倒 角 量 可 以 用 達 式 根 據 分 度圓 直 徑 d 確 定 In se A s so op y| a 單 項 ,單 擊 Ci rc r A r ra y 按 鈕 , 點 選 牙 齒 , 單 擊 O K 按鈕 ,依 次 輸 入 陣 列 數 量 z 、 陣 列 角 度 360 /z ,單 擊 O . 單 擊 u m A xi s 按 鈕 ,點 選 旋 轉 軸 z ,單 擊A p p l y 按 鈕 ,創(chuàng) 建 出 全 部 牙 齒 4 創(chuàng) 建 齒 輪 的 其 他 結 構選 擇 單 項 創(chuàng) 建328 東 華 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 ) 第 34 卷齒 輪 兩 端 的 環(huán) 形 凹 槽 , 形 狀 大 小 由 相 關 的 結 構 參 數表 達 式 決 定 I n se r t | D e si g n F e a t u r e | B o s s 菜 單 項 創(chuàng) 建齒 輪 兩 端 凸 臺 ,形 狀 大 小 由 相 關 參 數 表 達 式 決 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 單項 創(chuàng) 建 兩 端 環(huán) 形 凹 槽 底 部 的 圓 角 , 形 狀 大 小 由 相 關的 參 數 表 達 式 決 定 x y 草 圖 , 作 圓 孔 鍵 槽 形 狀 , 并 標 注 槽 寬 、槽 深 和 孔 直 徑 參 數 化 尺 寸 . 用 E x t r u d e 命 令 拉 伸 成立 體 ,再 與 齒 輪 作 “ 減 ( S u b t r a 令 ) ” 操 作 ,產 生 齒輪 孔 槽 I n se r t | D e si g n F e a t u r e | H o l e 菜 單 項 創(chuàng) 建兩 端 環(huán) 形 凹 槽 底 的 圓 孔 , 大 小 由 相 關 的 參 數 表 達 式決 定 . 再 用 Ci r c ul a r A r r a y 命 令 陣 列 6 個 圓 孔 I n se r t | D e t e a t u r e | C h a mf e r 菜 單 項 創(chuàng)建 鍵 槽 孔 兩 端 倒 角 ,大 小 由 相 關 參 數 表 達 式 決 定 建 完 成 的 參 數 化 齒 輪 模 型 作 為 樣 板 模 型以 文 件 名 sp u r _ ge a r _ a . p r t 存 盤 設 計 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng)齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 的 功 能 是 通 過 選 擇 下 拉菜 單 的 齒 輪 結 構 類 型 菜 單 項 (圖 5) ,彈 出 用 戶 交 互式 對 話 框 (圖 6) ,在 對 話 框 中 直 接 修 改 齒 輪 的 設 計參 數 和 結 構 參 數 ,并 在 對 話 框 的 列 表 區(qū) 中 根 據 軸 徑確 定 鍵 槽 的 標 準 參 數 后 ,按 ,系統(tǒng) 自 動 修 改 相 關 表 達 式 參 數 值 ,生 成 符 合 設 計 要 求的 構 圓 柱 直 齒 輪 模 型 菜 單 界 面5 用 戶 交 互 式 對 話 框6 齒 輪 建 模 系 統(tǒng) 的 關 鍵 是 使 用 U G /Op e I 應 用 程 序 二 次 開 發(fā) 技 術 2 ,確 定 用 戶 交 互 式 對話 框 的 布 局 與 形 式 ,編 寫 相 應 的 菜 單 程 序 及 對 話 框控 制 程 序 1 編 寫 菜 單 文 件用 記 事 本 創(chuàng) 建 名 為 菜單 程 序 如 下 ,由 此 而 創(chuàng) 建 的 菜 單 如 圖 5 所 示 20 A _B L 圓 柱 齒 輪 三 維 參 數 化 設 計A _ L A 型 結 構 圓 柱 直 齒 輪 . . _ _ _L B 型 結 構 圓 柱 直 齒 輪 . . _ 2. 2 設 計 用 戶 對 話 框 與 編 寫 相 應 的 控 制 程 序2. 2. 1 設 計 用 戶 對 話 框啟 動 U G N X 4. 0 系 統(tǒng) ,單 擊 鈕 ,選 擇 U 單 項 ,進入 U G / 用 戶 對 話 框 設 計 ) 模 式 ,彈出 話 框(圖 7) . 在 項 卡 中 設 置 用 戶 對 話 框 標 題名 ,在 項 卡 設 置 用 戶 對 話 框 中 的 3 個按 鈕 O K ,其 參 數 如 圖 8 所 示 話 框7 期 余 志 林 : 基 于 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 329圖 8 項 卡8 X Op e n U se r e rf t r 對 話 框 中 使用 工 具 欄 的 控 件 功 能 ,設 計 出 用 戶 對 話 框 中 參 數 輸入 的 形 式 (圖 9) 話 框9 X P R O _D E S I _ M 模 數 m 件 是 用 于 控 制 用 戶 對 話 框 中 的 參 數 m ( 模 數 ) ,具 體可 以 在 圖 10 對 話 框 的 A t t ri b s 選 項 卡 中 設 置 ,還 可 以 在 A t t ac h me nt s 選 項 卡 中 確 定 參 數 框 在 用 戶 對 話 框 中 的 位 置 ( 圖 11 ) . 使 用 同 樣 的圖 10 模 數 的 設 置10 ,使 用 控 件 設 置 其 他 參 數 的 輸 入 形 式 . 用 戶 對話 框 設 計 完 成 后 , 其 結 果 保 存 為 用 戶 對 話 框 文 件sp u r_ r _ a . dl g ,然 后 選 擇 t r 菜 單項 ,退 出 U G /Op e n U r 模 式 1 模 數 輸 入 框 位 置 設 置11 m 2. 2 編 寫 相 應 的 控 制 程 序(1) 創(chuàng) 建 應 用 程 序 框 架 . 如 果 在 t 錄下 已 存 在 工 程 向 導 文 件 幫 助文 件 則 可 以 在 + 環(huán) 境 下 開發(fā) U 程 序 中 文 + 6. 0 選 擇 “ 文 件 | 新 建 ” 菜 單項 在 彈 出 的 對 話 框 中 選 擇 “ 工 程 ” 選 項 卡 ,在 列 表區(qū) 中 選 擇 U X 1 (U 向 導 )項 ,在 “ 工 程 ” 編 輯 框 輸 入 工 程 名 sp 在 “ C 位 置 ” 項 點 按 鈕 ,選 擇 保 存 工 程 文 件 的 路徑 ,在 “ P 平 臺 ” 區(qū) 勾 選 項 單 擊 “ 確 定 ” 按鈕 在 彈 出 的 對 話 框 中 選 擇 An t be 內 部 運 行 模 式 ,可 生 成 件 ) 單 選 項 ,選 擇 “ C” 單 選 項 (產 生 的 源 代 碼 為 C 語言 ) 單 擊 “ 下 一 個 ” 按 鈕 勾 選 uf (用 uf 數 為 入 口 函 數 ) 選 擇 t he 當 應 用 程 序 結 束時 ,自 動 卸 載 ) 單 選 項 單 擊 “ 完 成 ” 按 鈕 單 擊 “ 確定 ” 按 鈕 ,自 動 創(chuàng) 建 sp h 和 sp c 應 用 程 序 框 架 文 件 .將 sp h 和 sp 為 sp a _ h 和 sp a _c ,再 修 改 sp c 中 的 包 含 文件 為 .(2) 修 改 主 程 序 . 編 輯 主 程 序 sp c ,添 加 uf 口 函 數 uf . 該 函 數 用 于 判 別 用 戶 在 U 開 的 齒 輪 樣 板模 型 是 否 為 指 定 的 模 型 ,若 不 是 指 定 模 型 則 顯 示330 東 華 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 ) 第 34 卷“ 當 前 顯 示 模 型 不 是 齒 輪 部 件 sp u r _ ge a r _ a . p r t , 不能 進 行 參 數 化 設 計 ” 的 信 息 . 但 如 果 打 開 的 齒 輪 樣板 模 型 正 確 , 則 裝 載 對 話 框 文 件 sp u r _ ge a r _ a . dl g ,并 彈 出 用 戶 對 話 框 ( 圖 6 ) .( 3 ) 編 寫 用 戶 對 話 框 控 制 程 序 . 打 開 程 序 sp u r _ge a r _ a _ di g . c , 將 回 調 函 數 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 調 用 對話 框 的 命 令 修 改 為 : 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 ) 編 寫 獲 取 齒 輪 相 關 參 數 表 達 式 值 的 程 序 文 件 sp u r _ ge a r _ a _ di g . c ,修 改 獲 取 齒 輪 相 關參 數 表 達 式 值 的 構 造 函 數 為 :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 獲 取 模 數 M 參 數 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 ) 編 寫 用 戶 對 話 框 “ A p p l y” 按 鈕 回 調 函 數 . 用戶 對 話 框 “ A p p l y” 按 鈕 回 調 函 數 , 用 于 獲 取 用 戶 在用 戶 對 話 框 中 輸 入 的 參 數 , 修 改 表 達 式 , 更 新 齒 輪 .在 sp u r _ g e a r _ a _ di g . c 文 件 中 編 寫 函 數 :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 獲 取 對 話 框 中 輸 入 的 模 數 M 參 數 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 數 中 調 用 了 獲 取相 關 控 件 值 的 函 數 U F _ S T R _ a s k _ u e ( ) , 還調 用 了 P R O _ D E S I G N _ e di t _ e ) 函 數 , 借 助 它 并根 據 用 戶 輸 入 的 參 數 值 修 改 齒 輪 模 型 的 參 數 表 達式 . 該 函 數 為 :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 戶 對 話 框 中 的 “ O K” 按 鈕 函 數 , 除 了 在 函 數尾 部 增 加 U F _ M O D L _ up da t e ( ) 函 數 ( 更 新 齒 輪 模型 ) 外 ,與 “ A p p l y” 按 鈕 回 調 函 數 代 碼 基 本 相 似 3 構 建 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng)2. 3. 1 設 置 + 環(huán) 境選 擇 “ 工 程 | 設 置 ” 菜 單 項 , 彈 出 對 話 框 ,切 換 到 “ C /C + + ” 選 項 卡 ,選 擇“ ” 下 拉 列 表 項 加 頭 文 件 ) . 再切 換 到 “ 選 項 卡 ,選 擇 “ Y 分 類 ” 下 拉 列 表 項其 他 選 項 取 默 認 設 置 ,單 擊 “ 確 定 ” 按 鈕 3. 2 加 入 工 程選 擇 “ 工 程 | 添 加 工 程 | 菜 單 項 ,依 次 加 入 文件 c 和 期 余 志 林 : 基 于 齒 輪 參 數 化 建 模 系 統(tǒng) 3312. 3. 3 加 入 目 錄 路 徑選 擇 “ 工 具 | 選 擇 ” 菜 單 項 ,在 彈 出 的 對 話 框中 選 擇 “ 目 錄 ” 選 項 卡 ,然 后 單 擊 “ 新 建 ” 按 鈕 ,再 單 擊 按 鈕 ,選 擇 包 含 文 件 和 庫 文 件 路 徑 以及 C : U N 0 U 錄 路 徑 3. 4 保 存 工 程 文 件選 擇 “ 文 件 | 全 部 保 存 ” 菜 單 項 3. 5 編 譯 程 序 生 成 動 態(tài) 庫 文 件 與 連 接 文 件選 擇 “ 編 譯 | 編 譯 ” 菜 單 項 ,編 譯 sp c 文 件 ;選 擇 “ 編 譯 | 構 件 ” 菜 單 項 ,編 譯 sp 件 3. 6 編 寫 用 于 修 改 齒 輪 路 徑 的 批 處 理 文 件編 寫 批 處 理 文 件 內 容 為 % c : N 0 U 將 此文 件 放 于 桌 面 ,當