王孝寧 何新華合肥工業(yè)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(shù)化建模研究

王孝寧 何新華
合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009

本文介紹了UG環(huán)境下利用UG/Open API編程通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)漸開線齒輪的建模方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪的參數(shù)化、系列化。數(shù)據(jù)庫的引入，可視化窗口的應用，使?jié)u開線齒輪的參數(shù)更方便存儲，修改，以及讀取。通過數(shù)據(jù)庫接口，可以使數(shù)據(jù)更方便交流。

UG/Open API；二次開發(fā)；參數(shù)化；齒輪；數(shù)據(jù)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(yè)。它是一個集CAD／CAM／CAE于一體的軟件系統(tǒng)，可應用于整個產(chǎn)品從設計概念到實際產(chǎn)品開發(fā)的全過程，包括：概念設計、建模、工程圖、裝配、產(chǎn)品分析和加工等內(nèi)容。此外，UG軟件還提供了強大的二次開發(fā)功能。設計者可根據(jù)設計需要，為實現(xiàn)某種特定的功能，開發(fā)面向企業(yè)或用戶的專用軟件。UG軟件自身的二次開發(fā)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(fā)程序。

齒輪是眾多產(chǎn)品的主要零部件，特別是在機械行業(yè)有著廣泛的應用，因此改變傳統(tǒng)的設計方法，采用現(xiàn)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(shù)化思想的UG二次開發(fā)的工作原理

1.1 參數(shù)化設計方法選擇

目前，基于參數(shù)化思想的UG二次開發(fā)的方法主要有以下兩類：

（1）利用UG提供的參數(shù)化功能模塊實現(xiàn)模型的設計變量驅(qū)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(shù)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(shù)值實現(xiàn)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(huán)境之外，不利于數(shù)據(jù)庫的管理，且能存儲的參數(shù)種類有限，參數(shù)化驅(qū)動受到很大的限制，此外，零件庫數(shù)據(jù)不能共享，限制了異地協(xié)同工作和并行設計的功能；

(2）利用程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設計，即利用UG提供的系統(tǒng)開發(fā)應用程序接口，運用UG二次開發(fā)、高級開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫等相關技術，實現(xiàn)對參數(shù)化模型的建立、管理和使用，是一種高級的參數(shù)化設計方法。該方法不需要在UG環(huán)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(shù)據(jù)庫，方便數(shù)據(jù)的存儲、修改，交流。再通過UG二次開發(fā)工具實現(xiàn)無縫集成，能夠更深層次的實現(xiàn)UG的二次開發(fā)。

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(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)漸開線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模，通過MFC編輯對話窗口。該方法更方便齒輪參數(shù)的存儲、修改，同時通過數(shù)據(jù)庫接口能夠更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流。

1.2 基于UG/Open的UG開發(fā)方法

UG/Open是UG軟件為第三方開發(fā)人員提供的主要開發(fā)工具，是一系列開發(fā)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(shù)和過程的集合，支持C/C++等高級開發(fā)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(fā)人員可以通過添加腳本文件創(chuàng)建自定義的用戶菜單。

(3) UG/Open UIStyler，它是開發(fā)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(nèi)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(jù)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(shù)方程為：

圖2 螺旋線直角坐標圖

3 系統(tǒng)的總體設計

本系統(tǒng)采用C/S(client/server)結構。它由客戶層和數(shù)據(jù)層兩個層次組成?？蛻魧又饕瓿蓸藴始男畔⒉樵?、信息入庫、信息刪除及參數(shù)化建模等內(nèi)容；數(shù)據(jù)層主要用于存儲零件的數(shù)據(jù)信息，為客戶層提供數(shù)據(jù)支持，系統(tǒng)的組成參見圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的總體結構

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫是應用程序存儲數(shù)據(jù)的倉庫，在應用程序開發(fā)過程當中占有很重要的位置，簡單的數(shù)據(jù)設計過程分為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chuàng)建一個標準件關系模型數(shù)據(jù)庫表。

表1 漸開線齒輪關系模型

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.2.1 齒輪三維建模

對于齒輪來說，先根據(jù)數(shù)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(shù)，包括模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角、齒高系數(shù)、頂隙系數(shù)、齒寬等。參數(shù)窗口如圖4所示：

圖4 齒輪參數(shù)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(chuàng)建齒輪毛坯，然后通過復制旋轉，并通過布爾減，創(chuàng)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(fā)與數(shù)據(jù)庫應用基礎與典型范例[M].北京：電子工業(yè)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(shù)化設計系統(tǒng)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(shù)化系統(tǒng)開發(fā)[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(xiàn)了齒輪參數(shù)化設計。程序采用界面向?qū)驮O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(xù)的動態(tài)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