基于UG/Open API的齒輪參數化建模研究

王孝寧 何新華合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009

基于UG/Open API的齒輪參數化建模研究

王孝寧 何新華
合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009

本文介紹了UG環境下利用UG/Open API編程通過數據庫實現漸開線齒輪的建模方法，該方法能夠實現齒輪的參數化、系列化。數據庫的引入，可視化窗口的應用，使漸開線齒輪的參數更方便存儲，修改，以及讀取。通過數據庫接口，可以使數據更方便交流。

UG/Open API；二次開發；參數化；齒輪；數據庫

引言

UG(unigraphics)軟件是美國EDS公司推出的當今世界上最先進的主流軟件之一，廣泛地應用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶、家用電器等行業。它是一個集CAD／CAM／CAE于一體的軟件系統，可應用于整個產品從設計概念到實際產品開發的全過程，包括：概念設計、建模、工程圖、裝配、產品分析和加工等內容。此外，UG軟件還提供了強大的二次開發功能。設計者可根據設計需要，為實現某種特定的功能，開發面向企業或用戶的專用軟件。UG軟件自身的二次開發工具有：UG/Open API，UG/Open MenuScript，UG/Open UIStyler， UG/Open Grip。另外UG還支持諸如VC++等開發程序。

齒輪是眾多產品的主要零部件，特別是在機械行業有著廣泛的應用，因此改變傳統的設計方法，采用現代化的設計方法，即計算機輔助設計（CAD）來提高設計效率，就顯得特別有意義。

1 基于參數化思想的UG二次開發的工作原理

1.1 參數化設計方法選擇

目前，基于參數化思想的UG二次開發的方法主要有以下兩類：

（1）利用UG提供的參數化功能模塊實現模型的設計變量驅動，即在模型構建過程中用變量來控制模型的幾何尺寸和約束關系。該方法主要是利用UG的全參數化功能，利用設計變量控制模型的形狀和大小，即用戶通過直接修改變量表中的數值實現對模型的編輯。但此方法零件庫存在于主模板零件（template part）文件中，而不是獨立存在于UG環境之外，不利于數據庫的管理，且能存儲的參數種類有限，參數化驅動受到很大的限制，此外，零件庫數據不能共享，限制了異地協同工作和并行設計的功能；

(2）利用程序實現參數化設計，即利用UG提供的系統開發應用程序接口，運用UG二次開發、高級開發語言和數據庫等相關技術，實現對參數化模型的建立、管理和使用，是一種高級的參數化設計方法。該方法不需要在UG環境中進行各種特征的操作，將零件的特征操作寫入語句，通過建立數據庫，方便數據的存儲、修改，交流。再通過UG二次開發工具實現無縫集成，能夠更深層次的實現UG的二次開發。

鑒于以上兩種方法，本文運用UG/Open API技術采用編程的方法建立數據庫，實現漸開線斜齒圓柱齒輪的參數化建模，通過MFC編輯對話窗口。該方法更方便齒輪參數的存儲、修改，同時通過數據庫接口能夠更好地實現數據的交流。

1.2 基于UG/Open的UG開發方法

UG/Open是UG軟件為第三方開發人員提供的主要開發工具，是一系列開發工具的總稱。主要包括如下模塊：

(1) UG/Open API，它是UG與外部應用程序之間的接口，是一系列函數和過程的集合，支持C/C++等高級開發語言。

(2) UG/Open MenuScript，它是一種定義UG菜單的腳本語言，是以.men為擴展名的文本文件。開發人員可以通過添加腳本文件創建自定義的用戶菜單。

(3) UG/Open UIStyler，它是開發UG對話框的可視化工具，生成的對話框方便用戶高效地與UG進行交互操作。

(4) UG/Open GRIP，它是UG內嵌式的圖形交互編程語言。

2 齒輪關鍵曲線

2.1 齒輪端面齒廓漸開線表達式

根據漸開線的形成原理可知漸開線的極坐標方程為：

圖1 直角坐標系

2.2 斜齒輪螺旋線方程

在斜齒輪建模過程中，螺旋線是一條關鍵曲線，如圖2所示

由機械原理得到斜齒輪螺旋線參數方程為：

圖2 螺旋線直角坐標圖

3 系統的總體設計

本系統采用C/S(client/server)結構。它由客戶層和數據層兩個層次組成。客戶層主要完成標準件的信息查詢、信息入庫、信息刪除及參數化建模等內容；數據層主要用于存儲零件的數據信息，為客戶層提供數據支持，系統的組成參見圖3所示。

圖3 系統的總體結構

3.1 系統數據庫的建立

數據庫是應用程序存儲數據的倉庫，在應用程序開發過程當中占有很重要的位置，簡單的數據設計過程分為數據庫的邏輯設計與物理設計兩個部分。以漸開線圓柱齒輪的數據庫建立為例，其邏輯設計實際上就是要確定標準件的關系模型，詳見表1所示。關系模型一定要反映出該零件的主要特征，且符合國家標準；而物理設計是建立在邏輯設計的基礎上，利用Access來創建一個標準件關系模型數據庫表。

表1 漸開線齒輪關系模型

3.2 系統實現

3.2.1 齒輪三維建模

對于齒輪來說，先根據數學模型繪制相應的曲線，掃描的到齒輪齒槽實體。

（1）確定齒輪的基本參數，包括模數、齒數、壓力角、螺旋角、齒高系數、頂隙系數、齒寬等。參數窗口如圖4所示：

圖4 齒輪參數化窗口

（2）繪制漸開線、螺旋線等曲線，形成齒槽輪廓，掃描生成齒輪單個齒輪齒槽實體。如圖5所示：

圖5 齒輪槽實體

（3）以齒頂圓創建齒輪毛坯，然后通過復制旋轉，并通過布爾減，創建鍵槽等操作完成齒輪的三維建模。如圖6所示：

圖6 齒輪三維實體

[1]鄭文緯,吳克堅.機械原理[M].北京：高等教育出版社.2005

[2] 黃勇，張博林，薛運鋒.UG二次開發與數據庫應用基礎與典型范例[M].北京：電子工業出版社.2008

[3] 張廣玉,李隆球,郭鑫民. 基于MFC和UG的汽輪機葉片工裝參數化設計系統的研究[J].信息技術.2006

[4] 周卿，趙韓等. 基于UG／OPEN API的蝸桿傳動參數化系統開發[J].機械傳動.2008

3.2.2 建模的主要程序

4 結束語

運用UG/Open API功能編程實現了齒輪參數化設計。程序采用界面向導型設計方式，設計者可以快速完成齒輪的設計，提高了設計效率。為齒輪后續的動態仿真、NC加工、干涉檢驗以及有限元分析提供了精確的模型。

The study of gear parametric 3D modeling technology based on UG/Open API

Wang Xiaoning He Xinhua
School of Mechanical and Automotive Engineering,HeiFei University of Technoligy ,hefei,230009

The article introduces the modeling method of involute gear in the way of using UG/Open API in database with the software of UG, which can establish gear models of parameterization and serialization. Parameters of involute gear could be easy to save, modify and read with the introduction of database and application of visual studio. Data would be more convenient for communication with data base interface.

UG/Open API;secondary development;parametric;gear;database

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.066