基于UG的齿轮参数化建模.doc

海军航空工程学院毕业设计
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前言
1.1齿轮设计的概述
齿轮是机械传动系统中的重要传动零件，它的性能质量直接影响整体机械的运行性能质量。齿轮传动作为重要的机械传动形式，具有瞬时传动比恒定、传动效率高、传递功率范围广、寿命长等优点，但是在齿轮啮合传动过程中，对齿轮的齿廓设计、制造精度有很高的要求，否则将会引起传动过程中的振动、噪声，使得传动不稳定，降低传动质量。
齿轮的通用设计方法是对其传递的转矩进行分析计算，然后按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行设计和校核，而对啮合齿所受的应力分布状态则使用ADAMS、ANSYS等有限元分析软件进行受力分析，而这些都需要精确的齿轮三维数字模型。
齿轮设计可分为齿轮传动设计和齿轮结构设计两部分。
齿轮传动设计一般应首先选择材料和热处理方法,然后按齿面接触强度计算中心距,再根据中心距确定模数、齿数、齿宽等参数。设计过程中需要从有关的工程手册或设计规范中查找各种系数或数据,并套用经验公式。为了在UG进程中高效、快速处理,可以将数表、线图程序化,建立起图形几何尺寸与尺寸数据的关联，具备由于几何尺寸变化而使图形变换的尺寸驱动功能，编程实现齿轮参数的自动计算和数据输出。
齿轮结构设计通常先按齿轮的直径大小,选定合适的结构形式,还要确定齿轮与轴的联接形式,最后根据具体参数进行结构设计。目前齿轮的结构设计往往利用三维造型软件进行实体设计。因此，齿轮的三维建模是齿轮结构设计及计算机辅助设计中的一个主要问题，如何提高设计效率和保证设计精度，一直是当前三维实体设计和虚拟样机设计中的难点所在。
而参数化设计这一技术恰恰迎合了这种需求，避免了重复劳动和资源的浪费。在产品设计阶段应用参数化技术，能够提高产品的设计效率，缩短产品的开发周期，使设计人员从繁重的计算与绘图中解放出来，将主要精力放到创造性的设计工作中去。
1.2UG软件及齿轮模块开发的简介
一UG软件的概述
UnigraphicsNX（简称UG）软件是目前应用最为广泛的大型CAD/CAE/CAM集成化软件之一,其内容涵盖设计、分析、加工、管理等各个领域,它除了为用户提供零件建模、装配、有限元分析、数控加工编程等通用模块,还提供了各种专用、模块,如工业设计、模具设计加工、钣金设计加工、管路设计等。
UGNX同样支持用户进行二次开发,根据特定的需求,创建出用户定制的、专用的UG功能模块,给用户的使用带来极大的方便,满足用户个性化的需要。UG/OPENAPI是UG软件包中的一个模块，是用户最常用的二次开发工具，作为UG与外部应用程序之间的接口,UG/OPENAPI是一系列函数的集合。利用该语言开发的程序，可以直接完成与UG的各种交互操作，与UG系统集成。在这些二次开发模块的辅助下，UGNX的参数化能力变得更为强大。
主要应用于同类零件编程、特有的几何功能、计算和分析、绘图、零件标准化、数据访问等方面。通过UG/OPENAPI编程,用户几乎能够实现所有的Unigraphics功能,开发者可以通过用VisualC++编程来调用这些函数,从而达到实现用户化的需要。

二齿轮模块开发的简介
利用UG/OPENAPI开发UG环境下齿轮自动生成模块,用户只要通过接口界面输入齿轮的关键参数,如模数m及齿数z等,即可生成精确的齿轮模型，建立的模型是在现代CAPP/DFA/DFM系统中对齿轮机构进行后续开发及研究,如虚拟装配、运动仿真、有限元分析及数控加工编程的基础。
齿轮模块的开发包括2部分:齿轮模板的建立和应用程序的设计。
齿轮模板是基础,采用基于关键参数驱动的参数化、变量化相关性三维建模技术,建立齿轮的部件模型,部件模型能随着参数/变量的变化而变化,提取关键参数/变量,创建齿轮部件族模板。
应用程序是实现手段,其设计包括3个方面:用户菜单设计、接口界面设计及API应用程序设计。用户通过用户菜单,调用齿轮自动生成模块。通过接口界面输入关键参数,与API应用程序实现交互。API应用程序访问齿轮模板,根据用户输入的参数,创建该部件族模板的不同实例,从而获得用户所要求参数的齿轮模型。这样即实现了功能,又简化了编程。
1.3论文目的和设计思路
一论文的目的
齿轮的类型很多，在产品的建模过程中经常遇到各种标准件的设计造型，传统的造型方法都只是几何图素的简单叠加，不具备由于几何尺寸变化而使图形变换的尺寸驱动功能。设计人员只能花费时间去自己动手一步一步建模，这种简单的重复的工作严重影响设计效率。
鉴于渐开线的圆柱齿轮的广泛应用，本文利用UG/OPENAPI语言开发零件库的功能，开发用户常用的零件库，实现齿轮参数化。设计者只要通过接口界面输入自己所需要的齿轮的基本参数，即可生成精确的齿轮三维模型，大大提高了建模速度和精度，从而达到实现用户化