【導(dǎo)讀】齒輪作為各種機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中的重要裝置，具有傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有著非常廣泛的應(yīng)用前景。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算困難，本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容包括以下兩部分:首先，深入掌握UG二次開發(fā)方法，選用UG/OPENAPI、UG/OPENGRIP、UG/OPENMenuScript和UG/OPENUIStyler. 作為UG的二次開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒的三維參數(shù)化造型。的查詢齒輪的參數(shù)，提高設(shè)計(jì)效率的目的。

　　

【正文】 法實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)計(jì)。前者主要是利用 UG的全參數(shù)化功能，利用設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)模型的編輯。但此 方法對(duì)用戶的要求較高，需要用戶掌握UG 的實(shí)體造型、裝配以及對(duì)變量表的編輯等使用技巧。后者是完全的程序驅(qū)動(dòng)，一系列形狀相似的模型可以通過一個(gè)專用程序來生成，模型的各種參數(shù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)際操作時(shí)用戶只需在數(shù)據(jù)庫(kù)界面中選擇所需的零件型號(hào)。該方法編程量大，對(duì)開發(fā)人員的要求較高，需要掌握扎實(shí)的編程基礎(chǔ)。 根據(jù)上面所述的兩種思路，常用的利用 UG 二次開發(fā)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法分為兩類，第一類就是利用 UG 提供的參數(shù)化功能模塊進(jìn)行二次開發(fā)，主要有以下方法 :電子表格 (SpreadSheet)法、關(guān)系表達(dá)式 (Expression)法、用戶自定義特征 (UDF)法和知識(shí)熔接 (KnowledgeFusion)法等。另一類就是編程方法，利用UG 提供的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境應(yīng)用程序二次開發(fā)接口、高級(jí)語言和數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)技術(shù)，來定義產(chǎn)品的參數(shù)化模型，并支持對(duì)參數(shù)化模型的建立、管理和使用，它是一種高級(jí)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。 漸開線的形成及其特性 漸開線的形成的原理 當(dāng)有一條直線 (常稱發(fā)生線 )在一個(gè)半徑為 rb 的固定圓的圓周上作純滾動(dòng)時(shí)，如圖 31 所示 ，直線上任意點(diǎn) A 的運(yùn)動(dòng)軌跡線 AA。就是形成的漸開線。圖中半徑為 rb 的固定圓 3 直齒輪、斜 齒輪及直齒錐齒輪的數(shù)學(xué)模型的建立與參數(shù)化建模稱為漸開線的基圓。由圖可知，當(dāng)發(fā)生線在基圓上做純滾動(dòng)時(shí)，發(fā)生線上的一些任意點(diǎn)如 B、 C 都會(huì)展出漸開線。盡管這些漸開線的位置不同，但漸開線 第 3 章 齒輪的參數(shù)化建模研究 18 的形狀相同，如圖 31 所示。漸開線齒輪的輪齒齒形就是由兩條對(duì)稱的漸開線所形成。 圖 31 漸開線的形成 漸開線特性 (1) 漸開線自基圓開始，基圓外面才有漸開線，基圓以內(nèi)無漸開線。 (2) 漸開線上任意點(diǎn)的法線必切于基圓，切于基圓的直線必為漸開線上一點(diǎn)的法線。 (3) 發(fā)生線與基圓的切點(diǎn) 0G 是 漸開線 在點(diǎn) A 的曲率中心，線段 0AG 是漸開線在點(diǎn) A 的曲率半徑，漸開線上越接近基圓的點(diǎn)，其曲率半徑越小。 (4) 同一基圓上任意兩條漸開線之間各處的公法線長(zhǎng)相等。 (5) 漸開線的形狀取決于基圓的大小。在相同展開角處，基圓半徑越大，其漸開線的曲率半徑越大，當(dāng)基圓半徑為無窮大時(shí)，其漸開線變成直線。故齒條的齒 廓曲線就是變?yōu)橹本€的漸開線。 (6) 漸開線上任意點(diǎn)的法線長(zhǎng)度 (也是曲率半徑 )等于發(fā)生線在基圓上滾過的弧長(zhǎng)。 漸開線數(shù)學(xué)模型 以上討論的漸開線的一些性質(zhì)，但在漸開線齒輪三維參數(shù)化造型的過程 中， 第 3 章 齒輪的參數(shù)化建模研究 19 還要進(jìn)一步知道輪齒漸開線齒形的各點(diǎn)坐標(biāo)值。如圖 32 所示，當(dāng)直線 BK 沿半徑為 rb 圓周作純滾動(dòng)，直線之上任意一點(diǎn) K 的軌跡 AK展開漸開線。直線 BK 稱為漸開線的發(fā)生線。 圖 32 漸開線的形成 用 UG Grip 語言實(shí)現(xiàn)漸開線方程 詳見附錄一。 Grip 編程生成 漸開線 直齒輪 GRIP 作為一種專用的圖形交互編程語言，可以自動(dòng)完成絕大部分操作，包括點(diǎn)線繪制、特征操作、實(shí)體建模、工程制圖等， GRIP 程序需要經(jīng)過編譯、鏈接后，生成可執(zhí)行程序才能運(yùn)行，建立 GRIP 程序有四個(gè)主要步驟： (1) 編寫 GRIP 源程序代碼 。 用 GRIP 語言編寫 GPIP 源程序，可以用 Windows的記事本編寫，并存為 *.grs 的格式， GRIP 程序除必須有主程序外，還可能包含若干子程序，子程序可以單獨(dú)進(jìn)行編寫和編譯，然后與主程序鏈接。 (2) )編譯 GRIP 源程序 。 進(jìn)入 NX OPEN GRIP 環(huán)境，在 GRIP 編譯環(huán)境 GRADE中選擇 Compile 功能，輸入文件名 *.grs 進(jìn)行編譯，若編譯成功，則生成一個(gè)新文件 *.gri，即可進(jìn)入鏈接。 (3) 鏈接 。 在 GRIP 編譯環(huán)境 GRADE 中選擇 Link 功能，輸入文件名 *.grs 進(jìn)行鏈接，若鏈接成功，將自動(dòng)生成格式為 .腳的執(zhí)行 文件。 第 3 章 齒輪的參數(shù)化建模研究 20 (4) 執(zhí)行 。 運(yùn)行前面編譯鏈接的程序，必須先進(jìn)入 UG，在 UG 環(huán)境下選擇 文件， 執(zhí)行 ， NX Open 來運(yùn)行。 采用編程方法需要掌握 GRIP 這種編程命令，而且需要有一定的編程基礎(chǔ)，所以公開的文獻(xiàn)中大多數(shù)是采用表達(dá)式方法來實(shí)現(xiàn)的，但是使用表達(dá)式生成的過程中，用到了修剪等建模操作，所以整個(gè)設(shè)計(jì)并沒有實(shí)現(xiàn)齒輪的完全參數(shù)化設(shè)計(jì)。綜合比較 ，本設(shè)計(jì) 將采用 GRIP 編程，來實(shí)現(xiàn)齒輪的完全參數(shù)化設(shè)計(jì)。 具體程序源代碼見附錄 一 。 在本設(shè)計(jì)自定義目錄 E:\zhichilun 下新建文件夾 grip,在文件夾 grip 中新建 txt 文檔，重命名為 ,編輯附錄 1 中源代碼后保存。在 GRIP 編譯環(huán)境中編譯，鏈接。這時(shí)可以在文件夾 grip 中看到 和 兩個(gè)文檔。其中 是可執(zhí)行文件，它從可視化界面讀取參數(shù)后就能生成齒輪。至于如何將它和前面建立菜單、可視化界面鏈接起來，將在下一節(jié)中實(shí)現(xiàn)。 齒輪參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 創(chuàng)建 VC++項(xiàng)目 (1) 我們首先要 檢查 VC 安裝目錄 C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\Common\MSDev98\Template下是否有 這兩個(gè)文件，若有則進(jìn)入步驟（ 2），沒有則可在網(wǎng)上下載這兩個(gè)文件，將其添加到上面的文件夾下。如圖 33 所示。 圖 33 安裝 UG項(xiàng)目文檔 (2) 啟動(dòng) VC++，選擇【文件】，【新建】新建工程項(xiàng)目，在創(chuàng)建對(duì)話框中選擇 Unigraphics NX AppWizard V1,創(chuàng)立如圖 34 所示工程，然后全是默認(rèn)下一步，直到完成。 第 3 章 齒輪的參數(shù)化建模研究 21 圖 34 UG/OPEN API Wizard (3) 這 時(shí) 在 自 定 義 目 錄 E:\zhichilun\zhichilun1 文 件 夾 中 生 成 和 文檔，把這兩個(gè) 文檔 刪除，我們將用第二章中最后生成的 和 模板文檔替換。把 改名為 。 編寫回調(diào)函數(shù) (1) 雙擊 VC++工作空間的 ,在 中屏蔽 ufsta前后的預(yù)編語句，如 圖 35 所示。 圖 35 屏蔽函數(shù) (2) 在 中添加 “ void write_para(int dialog_id)” 語句。該 第 3 章 齒輪的參數(shù)化建模研究 22 函數(shù)用于讀取用戶界面輸入的參數(shù)值，需要在頭文件中進(jìn)行聲明。在 中將 UG 二次開發(fā)工具包中的函數(shù)頭文件包含進(jìn)來。注意到，可視化用戶界面中有一個(gè)“齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)”的按鈕，它要把數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)讀入到界面中，而數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)中創(chuàng)建了一個(gè) shujuku_func 函數(shù)（數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)將在下一章詳細(xì) 介紹），在這屬于外部函數(shù)，需要對(duì)它進(jìn)行聲明。最后在定義“ UF_STYLER_item_value_type_t data[8]。”。如圖 36 所示。 圖 36 步驟（ 3）操作內(nèi)容 (3) 在 的 ZHICHILUN_ok_zhichilun()函數(shù)中添加自己的代碼，用來響應(yīng)用戶自定義【確定】按鈕；編寫 read_zhichilun_from_shujuku()函數(shù)，用來把數(shù)據(jù)顯示在 UG 界面中；編寫 ZHICHILUN_action_0_act_cb()，用來響應(yīng)單擊【齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)】按鈕；編寫 write_para()函數(shù)，來讀取用戶界面輸入的參數(shù)。以上四段代碼 依次 詳見附錄 二 。 其他代碼無需改動(dòng)，都用模板自動(dòng)生成的。以上編寫好的代碼， 暫時(shí)不做編譯，鏈接，只保存就行。因?yàn)?，它需要?shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)后的 *.lib。 本章小結(jié) 本章首先介紹了參數(shù)化的定義和 UG 環(huán)境下參數(shù)化設(shè)計(jì)的兩類方法，通過比較，最后選用編程的方法來實(shí)現(xiàn)本課題的二次開發(fā)，然后推導(dǎo)了漸開線的直角坐標(biāo)方程，根據(jù)漸開線方程，利用 UG/OPENGRIP 編寫了直齒圓柱齒輪的程序，最后 要 通過 VC++編譯，連接，運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 第 4 章 齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā) 23 第 4 章 齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā) 本章主要是利用 UG/OPEN API、 VC++技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了齒輪信息數(shù)據(jù)庫(kù)。本章主要設(shè)置了齒輪 各參數(shù)的 信息， 方便的查詢，規(guī)范設(shè)計(jì)流程，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)效率。 數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí) 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的所有相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合，其基本思想是要對(duì)所有用戶數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的、集中的管理操作和維護(hù)并能使數(shù)據(jù)獨(dú)立于程序而存在，能夠表達(dá)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和提供給不同的應(yīng)用以廣泛的共享。 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一個(gè)數(shù)據(jù)管理軟件，它具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理以及數(shù)據(jù)通信接口等功能。用戶通過操作數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可以有效的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義與訪問，如查詢、添加、刪除和更改，并能 對(duì)數(shù)據(jù)的安全性、有效性和恢復(fù)性進(jìn)行有效的控制。目前常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有 :Access、 SQL Server、 FoxPro 等 . 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指把數(shù)據(jù)庫(kù)引用計(jì)算機(jī)后的整個(gè)系統(tǒng)的組成。一般由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶 六 大部分組成。 數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象?，F(xiàn)實(shí)世界中大量信息需要經(jīng)過抽象、提取其中有意義、有價(jià)值的信息，以數(shù)據(jù)形式表示，數(shù)據(jù)模型是描述這些數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的工具。它其實(shí)是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只要有了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，就能把它轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的存儲(chǔ)方式，即物理結(jié)構(gòu)。 常用的數(shù)據(jù)模型有概念模型、層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型及面向?qū)ο竽Ｐ?。其中關(guān)系模型是目前應(yīng)用最廣泛的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是采用二維表結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體及其關(guān)系的模 型。 ODBC 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) ODBC(Open Database Connective)是由微軟公司提出的一個(gè)用于訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一界面標(biāo)準(zhǔn)，它提供了一個(gè)一致的應(yīng)用程序編程接口，該接口使用一個(gè)針 第 4 章 齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā) 24 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)程序與不同的數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)同工作。通過 ODBC 訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，需要先指定訪問的數(shù)據(jù)源 DSN(Data Source Name)，以指定 ODBC 與相 關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)應(yīng)的入口。 ODBC 是用來訪問數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的一個(gè)統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)。它是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問庫(kù)，能夠讓應(yīng)用程序處理數(shù)據(jù)。 ODBC API 可以使客戶應(yīng)用程序能夠從底層設(shè)置和控制數(shù)據(jù)庫(kù)，完成一些高層數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)無法完成的功 能。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 Access 是美國(guó) Microsoft 公司推出的系列自動(dòng)化辦公軟件 office 中的一個(gè)非常重要的組成部分，是一個(gè)基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)模型 。 它是一款小型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并不適合本文所述這樣一個(gè)集標(biāo)準(zhǔn)件、常用機(jī)械零部件和一般零件圖庫(kù)這樣一個(gè)具有一定數(shù)據(jù)規(guī)模的系統(tǒng)來使用。 建立 的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)庫(kù)是 應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，在應(yīng)用程序開發(fā)過程當(dāng)中占有很重要的位置 。本 次設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)采用 Access 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)建立步驟如下： (1) 新建 Access，重命名為 。 (2) 使用設(shè)計(jì)器創(chuàng)建表結(jié)構(gòu)，如圖 41 所示。 圖 41 設(shè)計(jì)器選擇界面 (3) 使用設(shè)計(jì)器創(chuàng)建表 。設(shè)計(jì)中如果數(shù)據(jù)類型是數(shù)字，要注意選擇數(shù)字的類型，是整數(shù)還是實(shí)數(shù)型等類型，否則，在編輯數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候可能輸入數(shù)字自動(dòng)切換為設(shè)計(jì)時(shí)的類型，導(dǎo)致結(jié)果出錯(cuò)。 設(shè)計(jì)完成后，選擇關(guān)閉設(shè)計(jì)器，保存表名shujuku。如圖 42 所示。 (4) 編輯表 shujuku，編輯內(nèi)容如圖 43 所示。 第 4 章 齒輪數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā) 25 圖 42 表 shujuku 設(shè)計(jì) 圖 43 表的數(shù)據(jù)庫(kù) (5) 將表放在 E:\zhichilun\shujuku 的文件夾內(nèi)。 (6) 過程為 選擇【管理工具】， 【數(shù)據(jù)源】命令， 進(jìn)入數(shù)據(jù)源注冊(cè)界面 ，單擊【添加】按鈕， 彈出數(shù)據(jù)源注冊(cè)對(duì)話框，