■ 常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 （江蘇常州 213011） 葛成榮

目前，UG軟件更多地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模工作，然而對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的工程師，一是UG建模功能不夠熟練，二是專(zhuān)業(yè)知識(shí)不夠清晰、系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的模型往往不合理或不準(zhǔn)確，需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師指導(dǎo)調(diào)整，如此往復(fù)就影響了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。因此，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)、原理和規(guī)范等專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合到UG產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模工作中就十分必要，即使是經(jīng)驗(yàn)不足或建模不熟練的工程師也能第一時(shí)間設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確的產(chǎn)品方案，工程師也能有更多時(shí)間思考產(chǎn)品的創(chuàng)新與優(yōu)化，而這正是知識(shí)工程與CAD技術(shù)相結(jié)合需要完成的任務(wù)。

因此，本文以撥叉零件的設(shè)計(jì)建模工作為例，探索并開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)UG環(huán)境中撥叉產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模塊，用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表示出撥叉產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并賦予其可重用性，以便工程師快速、方便且準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

1. UG/KF知識(shí)熔接技術(shù)

UG系統(tǒng)中知識(shí)熔接技術(shù)是介于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)和KBE技術(shù)之間的邊緣技術(shù)，將知識(shí)工程技術(shù)集成到了UG系統(tǒng)。用戶(hù)可以通過(guò)UG/KF技術(shù)制定行業(yè)的工程知識(shí)庫(kù)及工程演算規(guī)則，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，從而快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模的工作。UG系統(tǒng)為用戶(hù)提供了一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，即知識(shí)熔接語(yǔ)言KF，KF語(yǔ)言主要用類(lèi)（class）來(lái)描述，KF類(lèi)可以涵蓋UG中的大部分功能，用戶(hù)可以利用KF語(yǔ)言創(chuàng)建自己的函數(shù)來(lái)表示自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和思路。利用UG/KF知識(shí)熔接技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)思路通?？梢苑譃槿糠帧?/p>

（1）進(jìn)行工程配置 即完成UG設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶(hù)界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可視化操作，利用UG/Menuscript和UG/UIStyler兩個(gè)功能模塊，用戶(hù)可根據(jù)自己的要求設(shè)計(jì)出與UG同風(fēng)格的菜單、對(duì)話(huà)框和工具欄等用戶(hù)界面內(nèi)容。

（2）定義工程規(guī)則 用戶(hù)可以將過(guò)往積累的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)思路、解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)技能等各類(lèi)工程知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地整理，并通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言如C++、Java等（本文為UG二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言KF）來(lái)制定相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程規(guī)則及演算方法，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)工程驅(qū)動(dòng)CAD系統(tǒng)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能。

（3）實(shí)現(xiàn)三維建模 通過(guò)UG/KF語(yǔ)言可以無(wú)縫實(shí)現(xiàn)UG自身的強(qiáng)大建模功能，利用UG設(shè)計(jì)模塊自動(dòng)生成三維建模的功能，用戶(hù)可以更加直觀地展示符合工程規(guī)則的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行工程檢查，便于工程師的方案介紹和后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2. 撥叉設(shè)計(jì)需要考慮的因素

由于撥叉是經(jīng)常需要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的零件，因此本文以撥叉零件為例來(lái)闡述在UG環(huán)境中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)符合零件設(shè)計(jì)模塊的思路。首先我們需要對(duì)撥叉常用的設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)歸類(lèi)總結(jié)。

撥叉是手動(dòng)變速器總成中一個(gè)重要的零件，通過(guò)撥叉駕駛者可以將駕駛室換擋桿上的換擋力傳遞至同步器齒套上，從而推動(dòng)同步器完成預(yù)同步、同步及掛入檔位等一系列換擋動(dòng)作，若撥叉設(shè)計(jì)不合理將會(huì)導(dǎo)致?lián)Q檔桿抖動(dòng)、換擋不平順等問(wèn)題，另外作為換擋力最直接的作用物體，撥叉的抗疲勞、抗沖擊性能以及抗變形能力對(duì)整個(gè)撥叉設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也十分重要。

由于撥叉通常固定或浮動(dòng)在撥叉軸上，并與同步器齒套直接配合，因此對(duì)于撥叉的設(shè)計(jì)，其邊界條件或要求往往首先來(lái)源于這些零件。

（1）撥叉軸孔中心相對(duì)于齒套中心的位置 該參數(shù)確保撥叉與齒套配合的位置，尤其需要保證撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽直徑的配合，從設(shè)計(jì)上撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽應(yīng)該同軸線，否則換擋時(shí)可能造成撥叉腳面與齒套槽端面接觸不均勻。

（2）齒套槽直徑 為保證齒套槽面與撥叉腳內(nèi)圓弧面不相擦，再考慮到齒套在工作過(guò)程中存在一定的徑向圓跳動(dòng)，通常撥叉腳內(nèi)圓弧面直徑應(yīng)比齒套槽直徑大0.2mm左右。

（3）齒套槽擋肩直徑 考慮到齒套槽擋肩外圓上通常有0.5mm×45°的倒角，為保證撥叉腳面與齒套端面正常的接觸面積以及齒套發(fā)生側(cè)擺時(shí)仍能確保兩者的良好接觸，撥叉腳面的有效終止圓應(yīng)單邊至少能夠比齒套槽擋肩外圓大0.5mm。再考慮到撥叉腳面的加工工藝，在該終止圓弧與撥叉壁內(nèi)側(cè)圓之間應(yīng)該存在0.5mm左右的間隙以避讓刀具，這樣可以有效地保證換擋過(guò)程撥叉與齒套的配合性能。

（4）齒套槽寬 撥叉腳面的厚度取決于齒套槽寬的大小，首先兩者之間應(yīng)保持一定的間隙，確保非換擋時(shí)間不發(fā)生接觸磨損，且兩者的間隙值又直接影響了換擋時(shí)撥叉的行程以及是否可能發(fā)生換擋桿抖動(dòng)的問(wèn)題。另外考慮到齒套槽端面的軸向圓跳動(dòng)，通常齒套與撥叉腳面之間的間隙值設(shè)計(jì)為0.3～0.4mm。

（5）撥叉腳面受力平衡度 由于撥叉屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在換擋過(guò)程中兩個(gè)腳面即使承受相同的作用力，撥叉腳的變形量也可能存在較大的差別，即兩腳面的受力平衡度不好。這會(huì)嚴(yán)重影響撥叉的使用強(qiáng)度和壽命，也會(huì)影響換擋的平順性，因此撥叉應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

3. 基于UG/KF的撥叉設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

依據(jù)UG/KF建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路，本文開(kāi)發(fā)的UG撥叉設(shè)計(jì)模塊也包含上述三個(gè)功能。

（1）用戶(hù)界面設(shè)計(jì) 該功能主要完成撥叉設(shè)計(jì)模塊的菜單和對(duì)話(huà)框的開(kāi)發(fā)，應(yīng)用UG/Menuscript和UG/UIStyler二次開(kāi)發(fā)的菜單和對(duì)話(huà)框擁有與UG同樣的界面風(fēng)格。根據(jù)本文對(duì)撥叉設(shè)計(jì)影響因素的研究和總結(jié)，該設(shè)計(jì)模塊中設(shè)定需要用戶(hù)輸入的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：撥叉軸孔圓柱直徑、撥叉軸孔中心相對(duì)于齒套中心的位置、撥叉軸孔圓柱長(zhǎng)度、同步器齒套槽直徑、同步器齒套槽擋肩直徑、同步器齒套槽寬以及撥叉軸孔直徑。

根據(jù)UG/KF的開(kāi)發(fā)方法，需通過(guò)記事本編輯出純文本格式的菜單腳本文件（.men）及UIStyler生成的可視化對(duì)話(huà)框文件（.dlg文件），即可完成用戶(hù)界面設(shè)計(jì)。其中菜單腳本和對(duì)話(huà)框文件程序示例如圖1所示，最終的菜單和對(duì)話(huà)框顯示效果如圖2所示。

（2）基于UG/KF語(yǔ)言的撥叉設(shè)計(jì)工程知識(shí) 根據(jù)同步器換擋原理和以往解決換擋問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，有關(guān)撥叉的問(wèn)題主要體現(xiàn)在換擋桿抖動(dòng)、撥叉腳面磨損嚴(yán)重和撥叉腳面強(qiáng)度不足等?？偨Y(jié)上述問(wèn)題，在有經(jīng)驗(yàn)工程師的指導(dǎo)下，通過(guò)UG/KF語(yǔ)言編制符合工程知識(shí)和驗(yàn)算規(guī)則的驅(qū)動(dòng)程序（.dfa），該執(zhí)行文件的文件名需要和菜單執(zhí)行命令名（.actions）、對(duì)話(huà)框程序名（.dlg）保持一致，本文中這三種文件名均取為fork。為實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，本文將借用UG系統(tǒng)自身集成的KF類(lèi)的方法來(lái)完成該工程知識(shí)規(guī)則的編輯，部分程序示例如圖3所示。

（3）撥叉設(shè)計(jì)模塊 在完成上述兩項(xiàng)工作后，用戶(hù)便可通過(guò)該設(shè)計(jì)模塊很方便地進(jìn)行撥叉零件的設(shè)計(jì)建模，本文以某撥叉產(chǎn)品的邊界條件為例進(jìn)行輸入，依次從UG軟件菜單欄中選擇“撥叉設(shè)計(jì)→一二檔撥叉設(shè)計(jì)”，即可彈出撥叉設(shè)計(jì)輸入的對(duì)話(huà)框，輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如圖4所示。點(diǎn)擊“OK”確認(rèn)后即可自動(dòng)生成符合工程知識(shí)的撥叉設(shè)計(jì)模型，如圖5所示。

圖1 用戶(hù)界面設(shè)計(jì)文件示例

圖2 最終的菜單和對(duì)話(huà)框顯示效果

圖3 基于UG/KF的工程知識(shí)規(guī)則部分程序

圖4 參數(shù)輸入對(duì)話(huà)框

圖5 自動(dòng)生成的撥叉設(shè)計(jì)模型

4. 結(jié)語(yǔ)

基于UG/KF技術(shù)建立的撥叉設(shè)計(jì)模塊繼承了以往總結(jié)的撥叉設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，避免了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中重復(fù)錯(cuò)誤的發(fā)生，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以減少撥叉產(chǎn)品繁瑣建模的重復(fù)工作，使設(shè)計(jì)工程師有更多的時(shí)間完成產(chǎn)品的創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)，值得在企業(yè)內(nèi)部推廣。另外，該方法可以推廣到變速器其他重要零件，即在UG軟件中建立專(zhuān)用的“零件設(shè)計(jì)庫(kù)”。