基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计.doc

基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计

基于UG的直齿圆锥齿轮的参数化、可视化设计

引言
计算机的进步与制造业的发展总是相辅共荣。越来越多的应用软件被推广与普及，如CAD/CAM、UG等一些辅助设计软件的广泛应用，就大大加快了机械零件的设计过程，缩短了产品的设计和制造周期。UG是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的用途进行再利用。

Unigraphics(简称UG）是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。它为制造行业产品开发的全过程提供解决方案，功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产效率。随着计算机性能的提高，现在在微机上就可以使用UG，这样UG的适用范围更加广阔，三维设计已经不是人们的奢侈品，会越来越多成为设计工程师的首选。

而在面对零部件批量设计的需要时，UG就不仅仅停留在制图、建模、装配、出图等基本功能的运用上。而应实现可编辑、参数驱动等功能。

本文的设计是采用CAD数字化的思想，运用电子表格与UG的智能化接口，抽取相关零部件的参数信息，再被用来更新零部件前做手工处理。再结合电子表格的目标搜索功能，可以对设计进行进一步的优化。

使用电子表格的前提是模型必须是参数化的，参数之间必须是相关的。通过抽取并编辑表达式中的参数达到控制模型的目的，而其中实用的内部函数为工程计算提供了强大的引擎。完整使用电子表格技术，则需要依赖表达式、内部函数和用户自定义函数三者的有机结合，其工作的实质就是对模型参数的驱动以更新模型。

本文以一对啮合的直齿锥齿轮在UG中的参数化、可视化设计为例。

第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
1.1.1课题研究的目的
齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭、水电等行业。在齿轮箱设计和生产过程中,需要大量的分析、计算和绘图工作,采用现代设计方法可彻底改变过去依靠手工计算和绘图时的效率低、易出错等局面,使齿轮设计人员借助计算机及相应软件可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图;为生产企业以高技术、高质量、低成本占领市场提供技术保障。
另外在传统圆柱齿轮设计中,对于齿轮的强度校核过程和设计过程主要是通过人工设计完成,计算繁琐,容易出现设计误差和错误,设计周期长且难以实现优化设计，此次设计即是针对圆柱齿轮的参数化设计而进行的,可极大地提高设计的精度和效率并实现其优化设计。
1.1.2课题研究的意义
渐开线齿轮是各种机械传动设备中常用的零件,在设计制造中工程设计人员经常需要对齿轮齿形进行精确的造型。由于其复杂性,有一些软件(如Solidworks,AutoCAD)没有提供齿形的精确造型功能。UG作为通用三维CAD/CAM系统在功能上完全能够满足机械产品的设计要求,但是在系统操作的人性化和易用性方面并非完全尽人意。为此,本文应用了UG的工具参数表达式、参数关系和对外输出接口,建立了基于UG的渐开线齿轮参数化设计模型,来解决齿轮精确造型快速化方面的难题。系统的开发具有如下意义:1保证了齿形造型的精确性。2造型速度快,避免了传统手工造型的复杂繁琐过程。3为后续的齿轮CAE、CAM等提供了精确的三维实体。4对UG参数化建模的有益探索。

1.2本课题在国内的研究现状及分析
1.2.1国内CAD的应用现状
如果让我们调查一下国内企业中CAD的应用，会得出如下结论，很多所谓CAD应用很好的企业，也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，当然计算机出图是有很多优点的，漂亮、规范、修改容易、存档方便等。但是如果我们只是停留在这个阶段，就失去了CAD的作用，因为CAD是辅助设计，不是辅助绘图。既然是设计就不但想到产品的机械模型，还应想到产品的结构分析、运动机构分析和生产加工处理等，只有这样才能真正发挥CAD的作用。如果真正做到这一点，单凭二维设计是不够的，虽然传统的制图方法是通过二维视图来描述三维实体，但这种描述做不到进一步的结构分析、运动机构分析和数控加工，不能真正做到生产的自动化，更有甚者，二维视图的描述经常出现二意性和理解错误，因为人们只是按着一些规定在想象三维的模样，限于这种描述方法的缺陷，必须找到更先进的、更合理的三维设计手段，使CAD、CAM、CAE以及PDM容为一体。当然这个目标要有一个过程，但现在我们必须明确。其实，很早就有了先进的解决办法，那就是采用在图形工作站上使用三维CAD软件，只所以采用工作站是因为当