【正文】 ................ 15 斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計 ........................................................................................................................................... 16 數(shù)學(xué)模型 ....................................................................................................................................................... 17 斜齒輪的建模 .............................................................................................................................................. 18 5 對話框設(shè)計 .................................................................................................................................................................... 20 6 結(jié)論與展望 ......................................................................................................................................................................... 24 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................................................. 25 4 1 緒論 研究背景 20 世紀(jì) 70 年代以來，一個以計算機(jī)輔助設(shè)計為代表的新技術(shù)改革浪潮席卷了全世界，它不僅促進(jìn)了計算機(jī)本身性能的提高和更新?lián)Q代，而且?guī)缀跤绊懙饺考夹g(shù)領(lǐng)域，沖擊著傳統(tǒng)的工作模式。 CAD 技術(shù)經(jīng)歷了曲面造型技術(shù) 、實(shí)體造型技術(shù)和參數(shù)化技術(shù)三代飛躍式發(fā)展已經(jīng)給人類帶來了巨大的影響和利益。 齒輪機(jī)構(gòu)用于傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動和動力，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、機(jī)床、礦山冶金等領(lǐng)域，它幾乎適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)。目前齒輪傳動技術(shù)已成為世界各國機(jī)械傳動發(fā)展的重點(diǎn)之一。 漸開線齒輪作為各種機(jī)械傳動設(shè)備中的重要裝置具有傳動比大、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用。隨著大批優(yōu)秀的三維 CAD 軟件的出現(xiàn)，一般機(jī)械零件的設(shè)計對于工程師來說已經(jīng)不再是困難的工作了。但是對于漸開線齒輪，由于其齒廓的復(fù)雜性，一 般設(shè)計者在中很難精確造型，繼而影響到后續(xù)的齒輪有限元分析、運(yùn)動仿真和數(shù)控加工工作 。 CAD 參數(shù)化設(shè)計的理念正是解決這一問題的有效途徑。進(jìn)算計輔助設(shè)計的廣泛應(yīng)用以及計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，為參數(shù)化設(shè)計提供了一個良好的基礎(chǔ)。參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)大大提高了模型的生成和修改速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計、相似設(shè)計及專用 CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價值。 研究的目的及意義 UG 進(jìn)入中國已有十幾個年頭了，有著廣泛的用戶群和應(yīng)用基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，在國際 CAD市場中占有非常重要的地位。 UG提供了界面良好的二次開發(fā)工具，并能通過高級語言接口，使 UG 的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結(jié)合起來，而且具有良好的用戶界面。因此，設(shè)計人員能夠自行開發(fā)滿足自己特殊需要的產(chǎn)品。本文對齒輪的參數(shù)化設(shè)計是 CAD技術(shù)與齒輪設(shè)計相結(jié)合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在，既實(shí)現(xiàn)了設(shè)計過程的自動化，完成了漸開線齒廓的精確造型，又可將設(shè)計計算、三維造型與和繪制工程圖無縫結(jié)合，同時為齒輪的有限元分析 、運(yùn)動仿真等工作奠定了基礎(chǔ)。所以本課題的研究在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要的意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 CAD 概念是 50 年代由麻省理工學(xué)院首次提出的， 60 年代研制成功試驗 CAD 系統(tǒng)、70年代開始實(shí)用化，從二維的電路到三維飛機(jī)、輪船、汽車等設(shè)計。目前國際上流行的三維 Cad 軟件主要有 Pro/E、 Catia、 UG 等，這些軟件全為國外公司開發(fā)的，國外由于計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的比較早，所以軟件技術(shù)相應(yīng)的比較成熟。我國在軟件和設(shè)備方面的發(fā)展比較緩慢，知道進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，我國的計算機(jī)行業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，正式因為這樣，我國的 cad技術(shù)才有了進(jìn)一步發(fā)展的空間。 2 UG 的二次開發(fā) UG 軟件概述 UG （ Unigraphics ） 是美國 EDS 公司開發(fā)的 CAD/CAM/CAE 系統(tǒng)，是當(dāng)前國際流 5 行的工業(yè)設(shè)計平臺。它在全球已經(jīng)擁有眾多用戶，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、飛機(jī)、電器、化工等各個行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、制造與分析。作為一款實(shí)用的工業(yè)設(shè)計軟件包， UG 為用戶提供了強(qiáng)大的復(fù)合建模手段，包括實(shí)體建模、自由曲面建模、特征建模、裝配建模等基本建模功能。同時，它的表達(dá)式功能也十分強(qiáng)大，為用戶提供了包括算術(shù)表達(dá)式（ Arithmetic Expressions）、條件表達(dá)式（ Conditional Expressions ）、幾何表達(dá)式（ Geometric Expressions）等 3 種表達(dá)式。表達(dá)式對于參數(shù)化建模是很有用的，因為它可以用來控制部件各個特征間的聯(lián)系，也能夠用來生成規(guī)律曲線（ Law Curves）。本文正是基于 UG的實(shí)體建模模塊對直齒齒輪進(jìn)行三維模型建立的，同時齒廓線的生成通過使用算術(shù)表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)。參數(shù)化設(shè)計模型是以約束來表達(dá)產(chǎn)品模型的形狀特征 ,以一組參數(shù)來控制設(shè)計結(jié)果 ,從而能通過變換一組參數(shù)值 ,方便地創(chuàng)建一系列形狀相似的零件。 參數(shù)化設(shè)計的基本手段有程序驅(qū)動與尺寸驅(qū)動。程序驅(qū)動法是通過分析圖形幾何模型的特點(diǎn) ,確定模型的主參數(shù)以及各尺寸間的數(shù)學(xué)關(guān)系 ,將這種關(guān)系輸入程序中 ,進(jìn)而在零件設(shè)計時只需輸入幾個參數(shù)即可生成所要求的模型。尺寸驅(qū)動是對程序驅(qū)動的擴(kuò)展 ,它的基本思想是由應(yīng)用程序生成所涉及的基圖 ,該圖的尺寸有一系列的尺寸標(biāo)識 ,這些尺寸由用戶在編程時輸入或交互式輸入 ,從而生成用戶的模型。參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)有 : 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計提供了有效的手段 。 參數(shù)化設(shè)計可以滿足設(shè)計具 有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。數(shù)化設(shè)計是一種把設(shè)計意圖融入計算機(jī)輔助設(shè)計模型的強(qiáng)大工具，利用多組參數(shù)驅(qū)動零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三維建模，從而為設(shè)計人員減少了大量重復(fù)、繁瑣、復(fù)雜的設(shè)計過程，大大提高了設(shè)計效率和設(shè)計精度。 UG是知識驅(qū)動自動化技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)先者。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識工程的組合，顯著地改進(jìn)了如汽車、航天航空、機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)率。它為各種規(guī)模的企業(yè)遞交可測量的價值；更快地遞交產(chǎn)品到市場；使復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計 簡化；減少產(chǎn)品成本和增加企業(yè)的競爭實(shí)力 。 NX 是一個交互的計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造和輔助工程（ CAD/CAE/CAM）系統(tǒng)。CAD 功能自動化是在今天制造公司中見到的一般工程、設(shè)計和制圖能力； CAM 功能利用NX 描述完成零件的設(shè)計模型，為現(xiàn)代機(jī)床提供 NC 編程； CAE 功能橫越一廣范的工程學(xué)科，提供許多的產(chǎn)品、裝配和零件的性能防真能力。 NX 是一個全三維、雙精度系統(tǒng)，它允許用戶精確地描述幾乎任一幾何形狀。通過組合這些形狀，用戶可以設(shè)計、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。一但設(shè)計完成，制造應(yīng)用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息，如刀具直徑并自動生成一刀 具位置，源文件（ CLSF），它可用來驅(qū)動大多數(shù) NC機(jī)床。目前 UGS 公司已經(jīng)推出 NX5 產(chǎn)品，本次設(shè)計中使用的是 NX4 版本的軟件。NX4的特點(diǎn)是： 為了數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)集成的自動化； 在所有開發(fā)學(xué)科中的新能力，包括工業(yè)設(shè)計、防真、工裝、加工和管理； 在一個全面的產(chǎn)品生命周期管理（ PLM） 6 解決力案內(nèi)的領(lǐng)先前沿的 CAD、 CAE和 CAM技術(shù)。 UG 功能模塊 利用 NX，可以建立、存儲、恢復(fù)和操縱設(shè)計與制造信息，典型地通過建立描述一零件的幾何體開始工作。 NX 功能被劃分成共同功能的一系列 “ 應(yīng)用（ Application） ” 共18 個模塊，各模塊分別為： 入口（ Gateway）：對所有其他交互應(yīng)用的首要必備的應(yīng)用； 建模（ Modeling）：包括實(shí)體、特征、自由形狀、鈑金特征建模和用戶定義特征；裝配（ Assembilies）：支持裝配建模； 幾何公差模塊（ Geometric Tolerancing Module）：讓用戶捕捉公差； 產(chǎn)品和制造信息（ PMI Introduction）：可用于在三維環(huán)境中對產(chǎn)品形成文檔說明； 分析（ Analysis）：包括注塑模流動分析、運(yùn)動應(yīng)用和ICAD； 制圖（ Drafting）：可將三維模型生成二維視圖； 高質(zhì)量圖像（ High Quality Image）：生成逼真照片的圖像； 知識熔接（ Knowledge Fusion）：允許用戶應(yīng)用工程知識驅(qū)動規(guī)則和設(shè)計意圖到 NX 中的幾何模型和裝配； 制造（ Manufacturing）：可進(jìn)行虛擬加工和自動加工編程； 1開放的用戶界面設(shè)計（ Open User Interface Styler）：允許用戶和第三方開發(fā)商生成 NX 對話框； 1編程語言（ Programming Languages）：包括 GRIP 和 API； 1質(zhì) 量控制（ Quallity Control）； 1走線（ Routing）：定義圍繞和通過其他 NX 裝配的裝配； 1鈑金（ Sheet Metal）：包括鈑金設(shè)計、沖壓和多零件加工的柵格； 1電子表格（ Spreadsheet）：提供一在 Xess或者電子表格應(yīng)用和 NX間的智能界面； 1 Web Express； 1 Wire Harness:可在用于描述產(chǎn)品機(jī)械裝配的同一三維空間建立電氣布線的表示。 UG 二次開發(fā)工具 UG 軟件提供了 CAD/CAE/CAM 業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要， 這組工具集稱之為 UG/Open，是一系列 UG 開發(fā)工具的總稱，它們隨 UG 一起發(fā)布，以開放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺提供靈活的開發(fā)支持。 UG/Open 包括以下幾個部分：UG/Open Menu scrip 開發(fā)工具，對 UG 軟件操作界面進(jìn)行用戶化開發(fā)，無須編程即可對UG標(biāo)準(zhǔn)菜單進(jìn)行添加、重組、剪裁或在 UG軟件中集成用戶自己的軟件功能； UG/Open UI Styler 開發(fā)工具是一個可視化編輯器，用于創(chuàng)建類似 UG的交互界面，利用該工具，用戶可為 UG/Open 應(yīng)用程序開發(fā)獨(dú)立于硬件平臺的交互界面； UG/Open API 開 發(fā)工具提供了 UG軟件直接編程接口，支持 C、 C++、 Fortran 和 Java 等主要高級語言； UG/Open GRIP開發(fā)工具是一個類似 API 的 UG 內(nèi)部開發(fā)語言，利用該工具用戶可生成 NC 自動化或自動建模等用戶的特殊應(yīng)用。利用 UG/Open 提供的應(yīng)用程序和開發(fā)工具，用戶可以在其提供的平臺上開發(fā)出適合自己需要的 CAD 產(chǎn)品。 UG/Open GRIP UG/Open GRIP(Graphics Interactive Programming)是一種專用的圖形交互編程 語言。這種語言與 UG 系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn) UG 下的絕大多數(shù)的操作。 GRIP 語言與一般的通用語言一樣，有其自身的語法結(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)，內(nèi)部函數(shù)，以及與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。 一個 GRIP 語句是由一個或幾個 GRIP 命令組成， GRIP 命令是 GRIP 語言的基本組成部分。 GRIP命令有三種表示格式： a)陳述格式。主要用于生成和編輯實(shí)體。 b)GPA 符號格式。 GPA是全局參數(shù)存取 (Global Parameter Access)的縮寫，用于訪問 UG 系統(tǒng)中各種對象的狀態(tài)和參數(shù)。 c)EDA 符號格式。 EDA 是實(shí)體數(shù)據(jù)存取 (Entity Data Access)的縮寫，用于訪問 UG 數(shù)據(jù)庫，能夠訪問各種對象的功能性數(shù)據(jù)。例如在屬性、繪圖和尺寸標(biāo)注以及幾何體等領(lǐng)域與 UG進(jìn)行交互操作時，其參數(shù)可用 EDA 格式的命令取得。 用 GRIP 語言編寫 GRIP 源程序，可以在 windows 的記事本中進(jìn)行，記為 *.grs；或 7 者在 GRIP 高級開發(fā)環(huán)境 (GRADGrip Advanced Development Environment)中編寫。執(zhí)行 GRIP 程序必需進(jìn)入 UG 環(huán)境中，運(yùn)行 File—