王憲忠，吳鳳林

（太原理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，太原 030024）

0 引言

齒輪減速器是一種隨著原動機的輸出轉(zhuǎn)速減低到工作機的所需轉(zhuǎn)速，而把原動機的輸出功率傳給工作機的傳動裝置，在機械傳動領(lǐng)域較為常見。

傳統(tǒng)的減速器設(shè)計方法，需要根據(jù)已知條件分別對各個零件分析設(shè)計然后建模，既費時又費勁、效率低且設(shè)計過程繁瑣，也不便于統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。為此，可以利用UG軟件參數(shù)化設(shè)計的相關(guān)功能。對于減速器參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，用戶只需通過系統(tǒng)交互界面輸入基本條件參數(shù)，通過程序控制方式，即可實現(xiàn)對三維模型模板的實時修改和更新[1]，自動生成不同參數(shù)的新模型并進行裝配，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了設(shè)計效率。

1 參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計流程

建立參數(shù)化系統(tǒng)，需要對功能參數(shù)和幾何參數(shù)分析計算，由此推導(dǎo)模型的參數(shù)化表達式并建模，進行用戶菜單對話框等界面的設(shè)計，并通過UG Open技術(shù)實現(xiàn)各個零部件的模型生成及更新，最后將得到的零部件導(dǎo)入裝配體。在此以單級圓柱齒輪減速器介紹其過程。

2 零部件參數(shù)的設(shè)計計算

零部件參數(shù)的設(shè)計計算需要在充分了解結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，分析計算各零件的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)、輸入?yún)?shù)、中間計算參數(shù)及系統(tǒng)輸出參數(shù)和各零部件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系、參數(shù)關(guān)系以及裝配關(guān)系。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立的零部件參數(shù)程序化設(shè)計計算庫，可以滿足對減速器設(shè)計的便捷性、自主性，計算的準確性。基于Visual C++6.0建立減速器零部件關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計計算算法程序，得到設(shè)計參數(shù)。計算過程中調(diào)用對應(yīng)子程序，程序執(zhí)行完畢后，顯示設(shè)計計算結(jié)果。過程框圖如圖1所示。

圖1 參數(shù)設(shè)計計算框圖

3 減速器三維建模

根據(jù)已知條件和零部件參數(shù)設(shè)計計算獲取的數(shù)據(jù)確定設(shè)計過程，通過UG軟件繪制零部件的三維模型模板，將減速器工程數(shù)據(jù)體現(xiàn)到三維模型的幾何數(shù)據(jù)上。

減速器系統(tǒng)中包括齒輪、軸、箱體、軸承、軸承蓋、鍵等眾多零件。繪制減速器零部件的三維模型模板，需要在充分分析全參數(shù)相關(guān)尺寸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，綜合運用基于草圖驅(qū)動和特征驅(qū)動的建模方式，對模型的特征參數(shù)和尺寸約束、幾何約束聯(lián)系起來并進行驅(qū)動控制。

傳動零件齒輪的建模，在確定幾何特征參數(shù)后，齒廓漸開線的繪制可通過參數(shù)化表達式工具功能實現(xiàn)。為了簡化UG參數(shù)化表達式輸入過程，表達式可用記事本方式創(chuàng)建，保存為EXP文件， 然后在UG表達式中導(dǎo)入此文件，再利用UG“規(guī)律曲線”命令生成齒輪漸開線。生成漸開線及過渡曲線后, 通過鏡像、陣列、拉伸和布爾等命令的操作，即可得到完整齒輪三維模型模板。如圖2所示。

圖2 完整齒輪三維模型

減速器軸的建模利用UG中的基本成型特征即可。階梯軸的毛坯只要通過軸的直徑和長度等外形尺寸就能夠確立, 而槽、倒角圓角等結(jié)構(gòu)則通常利用UG中相關(guān)特征操作來完成。

減速器上下箱體的建模是基于草圖模式構(gòu)造箱體的輪廓并拉伸為實體。在箱蓋上添加凸臺并在凸臺部分進行孔命令等命令，箱座上添加凸墊并進行孔和腔體等命令，最后通過修剪、倒圓角等一系列特征操作來完成。

對于減速器中的軸承、螺栓、螺母、鍵等標準件，可從標準件庫中直接提取。使用標準件庫，可以實現(xiàn)資源共享，提高設(shè)計效率。

4 用戶界面設(shè)計和系統(tǒng)接口應(yīng)用程序設(shè)計

通過用戶菜單，對話框等界面選擇、輸入或修改設(shè)計參數(shù)，參數(shù)經(jīng)過系統(tǒng)應(yīng)用程序接口進行數(shù)據(jù)傳遞，通過程序控制的方式可生成新的三維模型。流程圖如圖3所示。

圖3 設(shè)計流程圖

4.1 用戶交互界面設(shè)計[2,3]

人機交互界面是參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。用戶菜單及對話框通過提供直觀人性化的環(huán)境，使系統(tǒng)的操作更加簡捷方便。

4.1.1 設(shè)置UG環(huán)境變量

在用戶自定義開發(fā)目錄下建立startup等文件夾。W in7環(huán)境下右鍵單擊計算機-高級系統(tǒng)設(shè)置-高級-環(huán)境變量，新建變量輸入UGII_USER_DIR，變量值為用戶自定義開發(fā)目錄。

4.1.2 制定用戶菜單

在UG開發(fā)中，可以通過UG/OpenMenuScript實現(xiàn)菜單的用戶化。菜單的腳本文件為記事本創(chuàng)建和編輯的*.men文件，放在startup目錄之下。效果如圖4所示。

圖4 制定的用戶菜單

4.1.3 設(shè)計用戶對話框

UG/Open Uistyler工具用來編輯生成可視化用戶對話框，此對話框是實現(xiàn)人機交互，讀取原始數(shù)據(jù)和處理輸入數(shù)據(jù)的重要接口工具。以齒輪為例，生成的對話框如圖5所示。對話框文件保存時會生成三個文件：.dlg (Uistyler界面文件)、.h（c語言頭文件）和.c（c語言源文件）。.dlg 文件放在application目錄下。

4.2 系統(tǒng)接口應(yīng)用程序設(shè)計

4.2.1 創(chuàng)建界面程序框架

基于VC++6.0中創(chuàng)建新的Unigraphics NX W izard V 1工程；設(shè)置工程環(huán)境；刪除工程中的.h和.c文件，然后將獲得的.h文件和.c文件(修改后綴為.cpp)拷貝到工程中；打開.cpp文件，根據(jù)要求對回調(diào)函數(shù)進行創(chuàng)建修改，生成所需的dll文件。最后利用DLL文件鏈接菜單文件，完成系統(tǒng)對菜單的調(diào)用和參數(shù)的獲取修改。

部分程序示例：

圖5 齒輪生成對話框

4.2.2 數(shù)據(jù)庫框架

系統(tǒng)建立了統(tǒng)一的模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中保存了大量可供使用的數(shù)據(jù)。

M FC ODBC為數(shù)據(jù)庫的訪問提供了統(tǒng)一接口。 首先在管理工具中創(chuàng)建并配置ODBC數(shù)據(jù)源,然后Visual C++6.0 編程實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫讀取操作，為按鈕添加響應(yīng)函數(shù)。

數(shù)據(jù)庫連結(jié)主要程序代碼如下：

利用ODBC數(shù)據(jù)庫操作類的封裝類，可實現(xiàn)與對數(shù)據(jù)庫的連接、顯示、訪問和查詢等大部分操作[4]。

5 零部件的虛擬裝配

對于實際裝配過程中可能會出現(xiàn)的零部件無法安裝，零部件之間的干涉等現(xiàn)象，通過UG軟件的虛擬裝配技術(shù)，可以直觀的評估其實際裝配性能，檢測零件設(shè)計的合理性和產(chǎn)品的可裝配性。

為了提高裝配路徑的優(yōu)化性，最大限度的提高裝配過程的合理性，采用從零件到整體的裝配方式，并自下而上的裝配建模過程[5]。裝配組件定位過程中要完整分析定位信息，建立正確的配對約束。減速器模型裝配體效果如圖6所示。

圖6 減速器裝配體

6 結(jié)論

詳細介紹了減速器參數(shù)化設(shè)計的過程。首先根據(jù)設(shè)計要求計算出減速器所需的設(shè)計參數(shù)，以UG軟件建立減速器的三維造型模板和虛擬裝配系統(tǒng)，通過UG/Open API標準化接口，結(jié)合VC++編程程序控制技術(shù)讀取數(shù)據(jù)庫，生成并更新模型，交互式實現(xiàn)減速器的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以方便快捷的完成減速器零部件的設(shè)計裝配，極大提高設(shè)計質(zhì)量和效率，并對其他參數(shù)化系統(tǒng)的設(shè)計也提供了一定的參考價值。

[1] 趙麗娟,張雙,伍正軍.基于MFC和Pro/TOOLKIT的NGW型行星減速器參數(shù)化設(shè)計[J].機械傳動,2012;(04):58-60.

[2] 荀曉云,顏昌翔.基于UG二次開發(fā)的諧波減速器的參數(shù)化設(shè)計[J].機械傳動,2012;(04):53-57.

[3] 馮瑋,周啟來.齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2011,4(33):103-104.

[4] 黃勇,張博林,薛運峰.UG二次開發(fā)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)與典型范例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[5] 黎華,王重華,吳清華.起重機漸開線圓柱齒輪減速器三維參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)[J].機械設(shè)計與制造,2006;(10):53-55.