【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計變量來控制模型的形狀和大小。UG設(shè)計者從產(chǎn)品要求和功能上入手，對產(chǎn)品的每個零件建立了最佳模型。零件和裝配可統(tǒng)稱為模型，所以三維實體造型包括三維零件造型和裝配造型兩個部分。在產(chǎn)品的設(shè)計過程中零件不單單是孤立的幾何元素。從設(shè)計制圖、數(shù)控加工、分析和裝配都存在相關(guān)性。相關(guān)性設(shè)計為我們提供了非常方便的修改產(chǎn)品的方法，減少了重復(fù)性的工作，保持了信息的一致性，是支持并行設(shè)計的基礎(chǔ)軟件之一。應(yīng)用現(xiàn)代UG技術(shù)，對產(chǎn)品進行參數(shù)化建模，可以用參數(shù)建立起零件內(nèi)各個特征之間的相關(guān)關(guān)系和不同部件中幾何體的相關(guān)關(guān)系。通過對部件的關(guān)鍵參數(shù)進行調(diào)整，達到優(yōu)化性能的目的。同時，通過設(shè)計時設(shè)定的相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)相關(guān)部件的關(guān)聯(lián)改變，可以有效的減少設(shè)計改變的時間及成本，并維護設(shè)計的完整性。產(chǎn)品設(shè)計包括零件設(shè)計和裝配設(shè)計，在設(shè)計產(chǎn)品時可以先設(shè)計產(chǎn)品的每一個零件然后在進行裝配設(shè)計，這是一種自底向下的設(shè)計方法。二是自頂向下的設(shè)計方法，即從裝配圖到零件圖的設(shè)計方法，先建立裝配圖在逐步添加零件或設(shè)計幾何，產(chǎn)生子裝配或部零件。當設(shè)計人員在進行齒輪的計算機輔助設(shè)計時，利用UG軟件的表達式(Expression )工具并結(jié)合解析算法，可較好保證計算精度并減小編程工作量；利用矩陣變換方式可提高對稱輪廓的設(shè)計精度；利用單齒陣列操作可減小計算量，生成較小的零件文件；建立的方程重復(fù)利用率高，只需改變其中部分參數(shù)即可生成新的曲線，提高了設(shè)計效率。該方法不僅可應(yīng)用于產(chǎn)品的有限元分析和虛擬裝配，而且還可用于計算機輔助教學。此外，應(yīng)用該方法可顯著提高計算機輔助加工精度。 UG在參數(shù)化設(shè)計方面的優(yōu)點UG系統(tǒng)最典型的特點是參數(shù)化，體現(xiàn)參數(shù)化除使用尺寸參數(shù)系統(tǒng)控制外，還在尺寸間建立數(shù)學關(guān)系式。使其保持始終相對的大小，位置或約束條件。在零件模式下，系統(tǒng)允許建立特征之間的關(guān)系式，使零件中不同特征產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，此時創(chuàng)建的參數(shù)關(guān)系式或為零件關(guān)系式。UG的參數(shù)化設(shè)計是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或修改己定義好的零件參數(shù)，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動，其參數(shù)驅(qū)動的方式便于用戶修改和設(shè)計。用戶在設(shè)計輪廓時無需準確的定位和定形，只需勾畫出大致輪廓，然后通過修改標注的尺寸值來達到最終的形狀，或者只需將鄰近的關(guān)鍵部分定義為某個參數(shù)，通過對參數(shù)的修改實現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計。UG的參數(shù)化設(shè)計極大的改善了圖形的修改手段，提高了設(shè)計的柔性，在概念設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、實體造型、裝配，公差分析與綜合、機構(gòu)方針、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價值。(1)支持設(shè)計過程的完整階段 傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)基于幾何模型設(shè)計，所能處理的只能是圖形元素的幾何信息，而UG系統(tǒng)可以記錄幾何形體的精確坐標信息，大量豐富的具有實際工程意義的集合拓撲和尺寸約束信息、功能要求信息，其應(yīng)用能支持設(shè)計過程的完整階段，適用于產(chǎn)品的詳細設(shè)計階段。(2)支持快速的設(shè)計修改和有效地利用以前的設(shè)計結(jié)果 傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)只記錄了產(chǎn)品的幾何坐標信息。這樣一來，即使一個很小的設(shè)計修改也往往會引起整個設(shè)計模型的刪除或重畫，導(dǎo)致放棄以前大量設(shè)計工作，這不僅效率低而且難以保證設(shè)計約束的前后一致性。而UG具有很好的關(guān)聯(lián)性，通過對關(guān)鍵部分定義為參數(shù)，通過對參數(shù)的修改實現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計。(3)很好地支持設(shè)計的一致性維護工作 UG系統(tǒng)可以記錄下設(shè)計對象內(nèi)部元素間相互關(guān)系，在修改設(shè)計時，某局部的改動能自動反映到相關(guān)部分的變動，需要設(shè)計人員逐步進行修改，這樣，往往可以保證設(shè)計要求在設(shè)計反復(fù)時可靠地得到保證。(4)符合工程設(shè)計人員的習慣 傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)面向具體的幾何形狀，使工程設(shè)計人員過多地局限于某些設(shè)計細節(jié)，而在應(yīng)用UG時工程設(shè)計人員只需通過對原型的不斷定義和調(diào)整，逐步細化達到最佳的設(shè)計結(jié)果的。(5)支持并行設(shè)計過程 一個產(chǎn)品的設(shè)計過程，需要多個設(shè)計人員多方面、多層次、多階段設(shè)計活動的參與，這就要求從一開始就考慮到產(chǎn)品從概念設(shè)計到最終消亡的整個生命周期的所有因素，強調(diào)設(shè)計過程的并行協(xié)調(diào)。UG系統(tǒng)可以支持并行的設(shè)計過程。UG軟件是當今世界上較為先進的一款三維制圖軟件，利用UG的表達式功能并結(jié)合解析算法分析進行參數(shù)化設(shè)計并建立三維模型快速方便，可以極大的減少設(shè)計人員的工作量，縮短工作周期，還可以對漸開線齒輪機構(gòu)進行運動仿真，從而校核漸開線齒輪的設(shè)計、裝配以及傳動是否合理，提高產(chǎn)品響應(yīng)市場的能力，其豐富的數(shù)據(jù)接口，可以為后續(xù)的有限元動力學分析提供精確的三維模型，實現(xiàn)CAD系統(tǒng)和CAE系統(tǒng)的無縫鏈接，大大提高分析效率。3 齒輪三維建模方法齒輪的三維建模，既可以用齒輪設(shè)計計算所得到的各種數(shù)據(jù)進行三維實體造型，也可以通過對話框直接輸入齒輪的有關(guān)參數(shù)，如模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、齒側(cè)間隙、齒輪厚度、和齒輪的精度等等，進行三維實體模型設(shè)計，齒輪輪齒建模有多種方法：（1）根據(jù)齒輪的有關(guān)參數(shù)，在工作平面上生成齒輪的全部齒形，然后根據(jù)拉伸命令進行整體拉伸生成齒輪模型。如圖31：圖31（2）根據(jù)齒輪的有關(guān)參數(shù)，先生成單個齒形，在拉伸成三維實體造型，然后再繞中心點進行旋轉(zhuǎn)拷貝最后聯(lián)合成一個整體。如圖32：圖32（3）按齒輪的有關(guān)參數(shù)先生成齒輪的齒坯和齒槽輪廓，并將齒槽輪廓拉伸成三維實體，相當于生成了一把加工齒輪的刀具，然后將齒槽輪廓實體繞齒輪中心進行旋轉(zhuǎn)拷貝，再用齒坯減去齒槽實體從而生成齒形，這種生成齒輪的三維實體的方法與加工齒輪的方式相同。如圖33： 圖33對于漸開線圓柱齒輪，不管采用哪種齒輪建模方法，都需要生成漸開線齒形輪廓。但在實際開發(fā)過程中，生成的并不是真正的漸開線齒廓，而是一條關(guān)鍵點在漸開線上的樣條曲線，因為多數(shù)CAD系統(tǒng)無法直接生成漸開線。生成齒輪的齒形輪廓的方法是，先根據(jù)齒輪參數(shù)和漸開線方程式計算出漸開線上的各點，再用樣條曲線擬合這些點，從而生成一條近似漸開線的齒槽輪廓。由于各種齒輪建模方法都是用樣條曲線作為齒形輪廓，因此生成齒輪方式不同，則數(shù)據(jù)計算量的多少也不相同，生成齒輪的速度也不一樣，所生成的齒輪文件大小也有差別。由于第一種方法是對全部齒形輪廓進行整體拉伸，其運算量最大，運行的速度最慢，生成的零件文件最大；第二種方法和第三種方法增加了合并的步驟，其速度較第三種方法慢；因此，第三種方法生成齒輪的速度最快，零件文件最小。本文正是基于第三種方法的以直尺圓柱齒輪為